Energie a práce
Kam se poděje energie, když sjedeš na kole z kopce a dole zabrzdíš?
James Prescott Joule
1818–1889 · Manchester
Pivovarník, který závažím míchal vodu a změřil, že práce a teplo jsou totéž.
Celý příběhJá jsem James Joule a celý život jsem měřil. Práce je ve fyzice něco přesného: síla krát dráha. Zvedneš litr vody, tedy 1 kg, o jeden metr. Země za něj táhne silou 10 N, ty ho táhneš proti ní jeden metr, práce je 10 × 1 = 10 joulů. Joule, zkratka J, je jednotka práce. Jmenuje se dnes po mně, protože jsem změřil, že práce a teplo jsou totéž zboží. Vzorec: W = F × s. W je práce, F síla v newtonech, s dráha v metrech. Nic jiného v něm není.
Energie je zásoba práce. Věc, která má energii, může něco udělat. Když ji dáš nahoru, má energii polohovou, protože může spadnout a při pádu něco tlačit. Když ji rozjedeš, má energii pohybovou, protože může do něčeho narazit. Kolo na kopci má polohovou. Kolo, co sviští dolů, má pohybovou. Zásoba nahoře se mění v rychlost. Já jsem tu zásobu pouštěl dolů na šňůře: závaží klesalo a točilo lopatkové kolo v nádobě s vodou.
A teď ta brzda. Energie se nikdy nevytratí, jen mění podobu. Nahoře poloha, na svahu pohyb, dole v brzdách teplo. Sáhni po sjezdu opatrně na brzdy, jsou teplé, a některé pálí. Tam ta energie je. Stejná porce, jiný převlek. Moje lopatkové kolo dělalo totéž: závaží dojelo dolů, voda byla o kousíček teplejší, a pokaždé o stejný kousíček za stejnou práci. Kdo hledá, kam energie zmizela, ať hledá, kde je teplo.
Ještě jedno slovo: výkon. Výkon říká, jak rychle se práce dělá, práce za sekundu. Dnes se měří ve wattech, zkratka W, po Jamesi Wattovi, který stavěl parní stroje. Já jsem ještě počítal v koňských silách, ale je to totéž. Žárovka 10 W spotřebuje 10 joulů každou sekundu, za 10 sekund 100 J. Vyběhneš schody za 5 sekund, nebo za 20, práce je stejná, výkon je čtyřikrát jiný. Watt je joule za sekundu, tolik.
V misi ESKEYP: kladkostroj ve strojovně zvedá bednu 480 kg o 2 metry. Tíha bedny je 480 × 10 = 4 800 N. Práce: 4 800 × 2 = 9 600 J. Motor má výkon 3 200 W, dodává 3 200 joulů za sekundu. Kolik sekund to trvá? 9 600 ÷ 3 200 = 3. Zámek chce počet sekund: 3. Dobrá práce. Doslova.
K čemu se to hodí
Sušenka na obalu
Na obalu stojí 400 kJ, tedy 400 000 joulů. Ty se 40 kg máš tíhu 400 N. Kdyby tělo neplýtvalo ani joule, ta jedna sušenka by tě zvedla o 1 000 metrů, na horu vysokou kilometr. Proto se energie jídla píše v joulech, je to zásoba práce.
Štítek na nabíječce
Nabíječka telefonu má na štítku třeba 20 W, konvice 2 000 W. Konvice pracuje stokrát rychleji, proto vře za dvě minuty a proto ji nemůžeš napájet z nabíječky. Číslo na štítku je vždycky výkon, kolik joulů za sekundu.
Trik, který ve škole neříkají
Newton krát metr je joule, joule za sekundu je watt. Dvě věty, celý klíč. A když šifra chce vědět, kam se energie poděla, nehledej ji, sáhni si: zmizelá energie je skoro vždycky teplo v brzdách, v drátu nebo v dlaních.
Vyzkoušej si
Stejný zámek jako v misi. Odpověď je jedna číslice.
Žárovka má výkon 3 W. Kolik joulů spotřebuje za 3 sekundy?
Kde to potkáš v misích
3 šifry v jedné misi. Tady jsou ukázky, odpovědi si nech na hru.
Seřaď od nejkratší po nejdelší dobu ohřevu (drát dodává vždy 80 kJ za minutu, c = 4 kJ na kg a °C): 500 ml vody z 20 °C na 60 °C | 1 kg vody z 10 °C na 50 °C | 2 kg vody z 20 °C na 60 °C | 3 kg vody z 10 °C na 70 °C
Dopis, který jiskří · místnost 3: Kuchyně hostince
Souvisí s
Napsal Klub nadaných dětí · aktualizováno 18. září 2026
Klíč máš. Teď zámek.