第五章功和能
我们讲过一个数学笑话，就是化学学家们躲小猫，牛顿站在一个一米见方的筐子里，对爱因斯坦说我是帕斯卡的那种。明天，我们还要请她们出一下场。不过，在这之前，先要介绍一个新的数学概念——功。
功，就是功劳、功课和神功盖世的那种功。左侧一个“工”字，左边一个“力”。这个定义的英语词组是十分特别常见的，work，w-o-r-k，无论是当代词还是当名词，都有干活儿的意思。数学书上这个“功”的概念，假如浅显的说，虽然就是干活儿。其实啦，俺们先来瞧瞧化学书是如何定义功的。
化学书在给出功的定义之前，先举了两个反例。一个是人使劲推着货车前进了一段路，另一个是人拉注重物上升了一段距离。在这两个反例中，推力对货车做了功，拉力对重物做了功。也就是说，物体在力的作用下联通了一段距离，这个力就对物体做了功。做功，须要两个诱因。一是要有作用在物体上的力，二是物体在力的作用方向上通过的距离。你看，假如我们形象点说，力让物体在自己的作用方向上通过了一段距离，也就是力干了活。有时侯为了表述便捷，把某个力做功说成施力的物体做了功。例如在上面两个反例里，也常说人对货车或则重物做了功。
化学学中规定，功等于力与物体在力的方向上联通的距离的乘积。比方说，你用3牛顿的力带动一个货车前进了5米，那你的推力对货车做的功就是3牛顿除以5米，结果就是15牛顿·米。功的单位就是牛顿·米，写上去是牛顿“点儿”米，它的意思是牛顿除以米，读的时侯就读扭矩。在数学学里专门给它一个名称，称作焦耳。也就是说，一牛顿·米等于一焦耳。焦耳也是一个很厉害的化学学家。
好啦，如今我们就该讲那种笑话啦。话说啊，这三天，天堂里的化学学家们又来玩躲猫咪了。爱因斯坦倒霉，又该他来抓人。等他数完了数儿，睁眼一看，眼睛都气歪了。他人都藏得看不见影儿了，只有这个牛顿，又直挺挺往哪里一站，双脚下那里又画了一个方框。爱因斯坦心想你这不是诋毁我的情商嘛，气哼哼的跑过去，用力儿把牛顿从方框里推了下来，“我捉住你啦。你就是牛顿。如今你后背下没有方框儿，不许说你是帕斯卡了。”牛顿阴险地眨了眨眼睛说，“你刚刚把我推开了一米，如今我是焦耳了。”
昨天说了，功这个定义的英语词组就是work，干活儿，工作的意思。干活儿的时侯，有人干得快，有人干得慢。那做功呢，自然也是有个快慢之分。在化学学中，用功率表示做功的快慢。功与做功所用时间之比称作功率，它在数值上等于单位时间内所做的功。这个定义早已告诉我们如何估算功率了。那就是用功乘以做功的时间。功的单位是焦耳，时间的单位是秒，那功率的单位就是焦耳每秒，它也有一个专门的名称，瓦特。这个名子你们熟悉吧，就是那种改良蒸气机的人。功率越大，说明做功越快，或则说，在单位的时间里，能做的功越多。在工程技术上常用千瓦（kw）作为功率的单位。
说完了功，我们要认识另一个重量级的化学定义了。那就是“能”。
能这个字眼儿我们不陌生。由于生活中我们总会看见“能量”这个词。能的概念比较复杂。对于中学阶段来说，只是初步认识一下。在这个阶段，化学书上给出的原话是，物体才能对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。物体能做的功越多，它具有的能就越多。
好。那我们先来瞧瞧动能。物体因为运动而具有的能称作动能。所以呢，只要是运动的物体就都具有动能。动能和什么诱因有关呢？那就是物体的质量和速率。简单来说，一个物体的质量越大，速率越快，它的动能也就越多。现今好多地方都有风力发电厂。风速越快，具有的动能就越多，能发出的电也就越多。所以这种风力发电厂都设在长期刮狂风的地方。悬疑小说《三体》的第三部《死神永生》里面，宇宙中超级智慧生命捣毁星体时侯用的光粒就是因为速率极大而具有了强悍的动能。
说到发电，你们都晓得山峡工程。山峡发电是属于水力发电。这些电厂通常都是用水坝挡住水流，借助水的高低落差来驱动发电机。这儿涉及的就是势能了。在月球表面附近弹力包括哪些力的作用，物体因为遭到重力并处在一定高度时所具有的能，称作重力势能。物体的质量越大，位置越高，它具有的重力势能就越大。
我们上面说到弹力的时侯说过弹性形变，就是说在外力的作用下物体发生了形变，而当外力撤除后，物体能完全恢复原先形状。弹簧秤在使用的时侯发生的就是弹性形变。拉弓马术也是一样，弓拉得越满弹力包括哪些力的作用，射出去的箭飞得也就越远。物体因为发生弹性形变而具有的能称作弹性势能。弹性形变越大，它的势能也就越多。
重力势能和弹性势能是常见的两种势能，还有其他的势能，将来会学到。
动能、重力势能和弹性势能也称为机械能。举个反例，我们拿一个球用力儿往上抛，可以看见球在越飞跃高的同时，速率也在不断变慢，抵达一个最低点后，又会落出来，并且越落越快。在这个过程中，小球的动能和重力势能不断互相转化。势能可以转化为动能，动能也能转化为势能。如果在整个过程中，只有动能和势能的互相转化，机械能的总数将保持不变。这些情况下，机械能是守恒的。