http://www.physics.umd.edu/lecdem/services/avmats/slides/C4.%20SECOND%20LAW%20OF%20MOTION/C4%20Cartoon%20-%20FoxTrot%20-%20F=MA.gif
WORK ANDENERGY
3
WORK
Work is done when an object ismoved through a distance.  It isdefined as the product of thecomponent of force applied alongthe direction of displacement and themagnitude of the displacement.
W = F • d cos
4
C:\Users\Rich\Desktop\Physics Figs\07_Figures\07_01_Figure.jpg
5
Units of Work
Look at the equation:
W = F • d cos, the units are theunits of force times displacement.
So, Newton • meter
A Newton • meter is called a Joule
1 Joule = 1 Newton • meter
1 J = 1 N • m
6
Units of Work
SI or MKSNewtonmeterJoule
CGSDynecentimeterErg
EnglishPoundfootftlb
The unit is named after the Englishphysicist James P. Joule
7
img32
James Joule(1818-1889)
Not formally trainedas a physicist.
He ran experimentsduring hishoneymoon.
He later found themechanicalequivalent of heat.
Heat is energy not asubstance.
8
C:\Users\Rich\Desktop\Physics Figs\07_Figures\07_02_Figure.jpg
u2a3_7
9
Work: positive or negative?
Work is a scalar quantity
Work is positive when thecomponent of force and thedisplacement are in the samedirection.
Work is negative when thecomponent of force and thedisplacement are in theopposite directions.
10
C:\Users\Rich\Desktop\Physics Figs\07_Figures\07_04_Figure.jpg
11
C:\Users\Rich\Desktop\Physics Figs\07_Figures\07_05_Figure.jpg
12
Displacement
Force
Area under Curve is Work
13
C:\Users\Rich\Desktop\Physics Figs\07_Figures\07_06_Figure.jpg
Can you determine the workdone?
14
C:\Users\Rich\Desktop\Physics Figs\07_Figures\07_19_Figure.jpg
15
Who’s Doing Work?
prisonerwall
lifting
pushing
forrest_eggdrop
A
B
C
D
16
Try this problem
A horse pulls a stationary 300 kg cart for 55 m.The horse pulls on the cart at an angle of 35with a450 N constant force.
Find the force along the direction of motion.
Find the work done by the horse.
Find the acceleration of the cart.
Find the total time this takes.
Find the weight of the cart.
What would the d-t, v-t, a-t, F-d graphs looklike?
17
POWER !
Power is the rate of doing work.
Power is measured in units called Watts
18
Units of Power
The units of power are:
The Inclined PlaneA Simple Machine
19
C:\Users\Rich\Desktop\Physics Figs\07_Figures\07_conceptualcheckpt_01.jpg
20
Independence of Path
mg
Force applied
Length of ramp
Work is thesame
Height
Forms ofEnergyForms ofEnergy
21
http://www.greenearthproject.com/Forms8xllb.jpg
22
Chemical EnergyChemical Energy
pg078co
Tree-8
23
Solar EnergySolar Energy
smaller_IMG_1013
New%20Skies%20Satellite
image002
24
Electrical EnergyElectrical Energy
3ln
elect4
20011001_104838-800
25
Wind EnergyWind Energy
altamont_wind
tornado
26
sightofsound
Sound EnergySound Energy
speaker
tommy84
27
Nuclear EnergyNuclear Energy
nuclear
war-tech-nuclear-bomb-200
atom
28
Heat EnergyHeat Energy
camp_fire
18-cooking
ircat
29
Kinetic EnergyKinetic Energy
Kinetic Energy is energy of motion.Kinetic Energy is energy of motion.
30
Work-Energy TheoremWork-Energy Theorem
The result of work is that there is achange of speed, or an acceleration.The result of work is that there is achange of speed, or an acceleration.
W=F•dW=F•d
W=ma•dW=ma•d
vf2 vi2 2ad and solve for advf2 vi2 2ad and solve for ad
ad (vf2 – vi2)/2ad (vf2 – vi2)/2
Insert into W=madInsert into W=mad
W=m(vf2 – vi2)/2W=m(vf2 – vi2)/2
31
Work-Energy TheoremWork-Energy Theorem
32
Work-Energy TheoremWork-Energy Theorem
33
Gravitational Potential EnergyGravitational Potential Energy
The force of gravity does work.  Itaccelerates objects.The force of gravity does work.  Itaccelerates objects.
F• dF• d
mg • dmg • d
mg • hmg • h
(h height above referencepoint)(h height above referencepoint)
34
Gravitational Potential EnergyGravitational Potential Energy
Note: AP Physics uses thesymbol U for potentialenergy
35
Potential Energy and WorkPotential Energy and Work
When work is done by gravity oragainst it, the change in PE is equalto the work done.When work is done by gravity oragainst it, the change in PE is equalto the work done.
Work and Gravity
36
C:\Users\Rich\Desktop\Physics Figs\Energy\08_01_Figure.jpg
Work and Friction
37
C:\Users\Rich\Desktop\Physics Figs\Energy\08_02_Figure.jpg
38
Conservation of EnergyConservation of Energy
Energy is conserved in all systems.This means that in the Universe,all the energy that was at thebeginning of time is still in theUniverse today.Energy is conserved in all systems.This means that in the Universe,all the energy that was at thebeginning of time is still in theUniverse today.
As we isolate systems, we find thatthe total energy before is equal tothe total energy after.As we isolate systems, we find thatthe total energy before is equal tothe total energy after.
The energy just changes form.The energy just changes form.
39
Mechanical Energy
40
Try this Problem
Find the final speedof the object as ithits the pavement.
35m
The Roller Coaster
41
C:\Users\Rich\Desktop\Physics Figs\Energy\08_05_Figure.jpg
C:\Users\Rich\Desktop\Physics Figs\Energy\08_11_Figure.jpg
Conservation of Energy-The Roller Coaster
42
43
The Roller CoasterProblem
40 m
20 m
30 m
A
C
B
E
D
F
Find the Speeds at points A-F
25 m
Atwood’s Machine Revisited
44
C:\Users\Rich\Desktop\Physics Figs\Energy\08_23_Figure.jpg
45
Spring Potential EnergySpring Potential Energy
Springs possess potential energy ifthey are elongated or compressedfrom their rest positions.Springs possess potential energy ifthey are elongated or compressedfrom their rest positions.
This is called spring (or elastic)potential energy.This is called spring (or elastic)potential energy.
The formula is derived from Hooke’sLaw:The formula is derived from Hooke’sLaw:
46
Spring Potential EnergySpring Potential Energy
47
S103_3_010i
energy
48
spring_summary
49
spring_summary
50
Conservative Force
A conservative force is such that the workdone on the object is independent of thepath.
OR
The force does NO work as the objectmoves around a closed path from start tofinish.
51
Conservative vs. Non-conservativeForce
Conservative
Gravity
Elastic Spring
Electric
Non-conservative
Friction
Air resistance
Tension
Normal force
Conservative Force
52
C:\Users\Rich\Desktop\Physics Figs\Energy\08_03_Figure.jpg
Non-Conservative Force
53
C:\Users\Rich\Desktop\Physics Figs\Energy\08_04_Figure.jpg
54
Internal Energy
The total energy contained within athermodynamic system.
Basically we are talking about heat when weuse the term internal energy
Usually in mechanical systems, heat iscreated because of friction, air resistance, orwater resistance
Energy in this form is typically wastedenergy
55
Non-Conservative Forces
A force is non-conservative if the workdone on an object is dependent upon thepath of travel.
 
56
Review QuestionsReview Questions
Write responses to each question on separatesheet of paper to be handed in.Write responses to each question on separatesheet of paper to be handed in.
There are questions.There are questions.
Some are equations, some require written responsesand deep thought, while some are graphical.Some are equations, some require written responsesand deep thought, while some are graphical.
57
Question 1
What is the definition ofWork in Physics?
Weight%20lifter
58
Question 2
Name two ways in which Work and Energyare related.
Energy
Work
59
Question 3Question 3
What equation equatesWork with Kinetic Energy?What equation equatesWork with Kinetic Energy?
60
niagara-waterfall-landscape-wallpaper
Question 4
Explain how thispicture shows that:
61
CampsBaySunset
Question 5Question 5
How does the statement, “the Earth getsall its energy from the Sun,” explain howyou can be awake here today?How does the statement, “the Earth getsall its energy from the Sun,” explain howyou can be awake here today?
student
62
Question 6
Draw a graph that shows how PE and KEchange while riding this roller coaster.Label points W, X, and Y on the graph.
44graphicaa
In Summary
63
Work is Force times a displacement.
Kinetic Energy is 1/2 mv2.
Gravitational Potential Energy
is mgh.
The work-energy theorem is
W=  K.
Conservation of energy
Spring potential energy is 1/2 kx2