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來自 孔夫子舊書網 的圖片

有用功是中國科技名詞。

世界上所有的國家中,只有我們中國的文化[1]是始終沒有間斷過的傳承下來,也只有 「漢字」是世界上唯一的古代一直演變過來沒有間斷過的文字形式[2]

名詞解釋

物理學中的一種概念。做功是指能量由一種形式轉化為另一種的形式的過程。做功的兩個必要因素:作用在物體上的力和物體在力的方向上通過的距離。經典力學的定義:當一個力作用在物體上,並使物體在力的方向上通過了一段距離,力學中就說這個力對物體做了功。而有用功則是人們做的功中對人們有用的一部分。做功中,有用功越大越好。

有用功是指對人們需要的,有價值的功。而有用功的定義在不同的情況下,有着不同的解釋。

如在機械中:任何機械本身都受到力的作用,相對運動的零件間又存在摩擦,所以使用任何機械,除了做有用功外,都不可避免地要做額外功,記作W額外。這時動力所做的總功等於有用功加額外功。有用功跟總功的比值叫機械效率。而我們需要的、有價值的功,叫做有用功,記作W有用。實驗表明總功大於有用功。

如在電機學中:總電功必須減去各種各樣的損耗,例如銅耗、機械損耗等的額外功。最終才等於有用功。

在熱力學中:在生產過程中熵的減少是由所用的功、操作技能和智慧而獲得的。當出入過程的物料量和能量必然平衡時,就不存在對功的這種要求。功只是用來補充能量平衡中易轉化成熱的那部分能量的一種形式。在可逆過程中,有用功是絕對溫度T0時,使液體或物體從現有狀態變化達到與環境平衡可以從中抽取的功的最大數量。

舉例

如圖《有用功在力學中的例子》所示為有用功在力學中的一個簡單例子,它可以幫助我們解釋有用功的概念。作用在左側重物上的重力與浮力被右側的平衡塊所平衡。力的矢量和為零,系統處於靜止狀態。如果撤銷某個力(將細線剪斷),平衡就被破壞了,剩下來的力就不能被完全抵消,系統就能做功。這份功未被儲存起來,而是用來在克服液體內摩擦力的過程中產生熵。通過採取某些措施,我們可以利用它來達到一些其他目的(如拉動小車、驅動發電機等),或者重建平衡(拉住細線)。我們甚至能夠使過程逆向進行(拉動細線),並復原已被釋放掉的能量。

如要把物體勻速舉高H(不計空氣阻力),由於舉力等於重力G,必須對物體做GH的功,這個功是有用的。

如果要使用其他機械完成此舉,由於機械自身的重和機械的自身的摩擦等,所用的動力做的功要大於GH,此時動力做的功就是總功。所以有用功必然小於且不等於總功,這是因為機械本身都受到重力的作用,且機械在運行過程中,總存在着摩擦力,當我們使用機械做功時,就必須克服機械本身部件的重力和摩擦力等做一定量的功。

參考文獻