关于物理学里面的功，有以下几个疑惑，有大佬解答一下吗？
2024-11-19 阅读 22
当然可以，我会尽力回答你的问题。请问你有哪些关于物理学中的功的疑惑呢？
更新于 2024年11月21日
这个问题，在费曼的《讲义》中说的非常清楚了。最直接的回答就是，这是骨骼肌自身的特点决定的。
从做功的角度，第二种情况下你当然做功了，只不过对物体而言，做功效率为零。你做的功产生的效果就是骨骼肌的颤动，进而耗散成为热。
推而不动时，宏观上你确实没有对箱子做功，但是肌肉确实消耗了化学能，这里需要一点生物学知识。
人的肌肉在宏观上收缩时，在微观看是大量微小的肌纤维之间的相对运动叠加起来的（可以去b站搜索关键词：肌动蛋白，肌纤维等的动画掩饰）当推而不动时，肌肉微观上并不是静止的，而是发生着微小的抖动，也就是肌纤维之间不断发生着微小而往复的相对运动。
这个问题很有意思，很多初学物理的同学都弄不明白。我就不卖关子了，直接说答案吧！
确实有可能你在两种情况下消耗的能量是一样的，两种情况都是消耗了你体内的化学能量。
对于情况1，物体运动了，你的一部分能量转换成了物体的动能（之所以是一部分能量是因为能量转换效率无法百分之百，有一部分能量转变成热耗散出去了，参见热力学第二定律。）。
对于情况2，物体没有动，但是你确实消耗能量了，这些能量都到哪里去了呢？答案是被你自己的身体吸收了，通过多次能量转换之后最后都变成热消耗掉了。
很多人不理解情况2中能量是如何消耗掉的，我们把人体推物体的过程简化气缸推物体就容易理解了。假定气缸内有可燃气体和氧气混合，点燃缸内气体，情况1相当于气体膨胀推动活塞，活塞推动物体做功。现在我们把活塞焊死（或者把物体焊死，结果一样）情况会怎么样呢？气体受热，但没法对外输出能量，温度会变得很多，比第一种情况要高得多，然后这个热量只能被气缸壁吸收，然后慢慢向环境散发去。
回答是：一、关于功的概念：功有狭义与广义两种理解。
狭义的功，就是机械功，在我们中学定义为W=FLcosa。
大学物理教科书的定义更为严格，例如，《新概念物理教程 力学》的定义是：力与位移矢量的标积（即力沿位移的分量与位移的乘积） 沿运动轨道的线积分定义为力对该物体所做的功（记作A):
简单的，当作用力为恒力F，受力物体的位移为△r时，功W=F•△r。
功的概念可以扩展到其他领域，例如，电流通过电阻生热的过程称为电流做功，简称为电功。又例如，在化学电池内部，由于发生化学反应而产生电动势的过程，称为非静电力做功，这些都不是机械功，而是广义功。
广义功一般定义为广义力与广义位移的乘积，但在中学教材中则需要变通，例如，初中教材讲电功时："消耗多少电能，就说电流做了多少功"，这实际上是从能量转化的角度去认识广义功。
先回忆一下初中学生对功的认识过程：按照以前统一使用的人教社教材的安排，在初中二年级学习力学时，有一章"简单机械和功"，学生第一次在物理课堂上学习了功，它就是狭义的功，即机械功，那时的定义是：一个力作用在物体上，使物体沿力的方向移动了一段距离，就说这个力做了功。功 W的大小等于力F与物体沿力的方向移动的距离s的乘积，即W=Fs。
到了初中三年级，学习热学时，要讲引起物体（实际是热力学系统）内能变化有两种途径：一种是热传递，另一种是做功。这里没有出现热力学第一定律的名词，但实际上这是在讲热力学第一定律，即△E内=W+Q。这里的 W实际上并不限于机械功，而是可以扩展到其他领域的广义的功，但为了教学上的简便，这时并不明确地把功的概念扩展开来，而是只举些诸如摩擦生热、弯折铁丝、压缩气体引燃起爆等实验和例子，学生（至少是绝大多数学生）会认为此时的W仍然是指机械功。再往后学习到电学时，要讲电流做功，明确地把功的概念扩展开来，说明"消耗多少电能，就说电流做了多少功"，这时的电功（电流做的功）可以说是"电能转化为其他形式能量的量度"，这里功的概念正式从机械功扩展到其他领域。
也就是说广义功可以从能量变化角度，“功是能量转化的量度”来理解。
二、人举着杠铃不动为什么要消耗能量？
人举着杠铃停在空中不动，人对杠铃的作用力不做功，从而杠铃的机械能也不发生变化，但运动员把上百千克甚至更重的杠铃举在空中，不能像把杠铃放在水泥台子上一样，要完全靠骨骼支撑，同时肌肉也是紧张的。再说重重的杠铃举在上面，属于不稳平衡，难免会有微小的晃动，需要人时时注意调整，而这些动作都需要骨骼和肌肉同时参与，骨骼相当于杠杆，由肌肉拉着骨骼转动，这都是人体内的内力做功的过程（不是单纯的机械功），因此同样要消耗能量。
