A munka az az energia, amelyet egy tárgyhoz egy erő F
alkalmazásával r
bizonyos távolságon keresztül r
hozzáadunk.
Ez jelentheti pl. egy tárgy felemelését r
a gravitáció ellenében. A hozzáadott energia ekkor potenciális energia. Ebben az esetben azonban azt szeretném megmutatni, hogy a munka hogyan függ össze a mozgási energiával.
Ha erőt alkalmazunk egy tárgyra, hogy az gyorsabban mozogjon, akkor növeljük a mozgási energiáját.
A korábban tárgyalt mozgásegyenletek egyikének segítségével megmutatom, hogyan függ össze a kettő.
A definícióval (1)
kezdjük, majd egyszerűsítjük (2)
azt, hogy a kezdeti sebesség v₀
és a megtett kezdeti távolság r₀
egyaránt nulla.
Végül átrendezzük (3)
az egyenletet, hogy megkapjuk a r
kifejezés módját, így azt be tudjuk helyettesíteni W = Fr
-ba.
A gyorsulást is ki akarjuk iktatni az egyenletből, mert a mozgási energia kifejezése nem tartalmazza azt. Rendezzük át Newtons második törvényét:
Most megkaptuk a darabokat, hogy levezessük a mozgási energia egyenletét.
(7)
Helyettesítsük a r
egyenletet a (3)
egyenletével. Ezután a (9)
egyenletben lévő a
-et helyettesíthetjük a (8)
egyenletben lévő gyorsulás definíciójával.
Végül (11)
láthatjuk, hogy a munka egyenlő a mozgási energiával.
Mikor véletlenül újra átolvastam ezt a hozzászólást, észrevettem, hogy a megközelítésem sokkal egyszerűbb lehetett volna.
Ha W = Fv²/2a és F = ma-ból indulunk ki, akkor az a helyett közvetlenül F-et helyettesítjük, és W = mav²/2a-t kapunk helyette. Ekkor az a könnyen kiiktatható, és a végeredmény W = mv²/2 lesz.