能量的基础知识
或许你会告诉我，我的数学不好啊！能学好液压吗？
别担心，我们的课程着重点在于用大白话讲解一些概念性的知识，不涉及复杂的公式推导，大家尽可放心学习。
在本小节中，我们主要了解 关于能量、力、力矩、功和功率的概念。
1、能量
能量在实际生活中是一个看不见，摸不着的东西。 它只是我们用来描述一个物体性质的一个术语，就像颜色亦或是冷暖一样。
我们先举一些例子，看看哪些物质是具备能量的：
一个快速运动的物体具有较大的动能；
一个温度高的物体具有热能；
汽油等燃料具有化学能；
运动的电子具有电能和电磁能。
当我们说一个物体具有能量时，我们主要关注以下两点：
能量会导致这个物体本身会发生什么变化？
能量是如何改变周围的事物的，也就是说能量是如何传递的？
前面我们说过，能量并非实际看得见，摸得着的物体，所以很难画出它的样子。但是请看图1，如果你用鼠标点击这个动图，那么你就正在给它施加一定的动能。
综上，我们知道，能量是可以在不同物体之间传递的。请看图2和图3，都可以很好证明这一点。
当能量在物体之间进行传递时，必然会有一些能量会在这个过程中损失掉，这主要是由于摩擦之类的阻力造成的。
我们之所以称之为损失，是因为他们并没有起到我们希望它们应该起到的作用。也就是没有做有用功，做的都是无用功。
例如：在汽车发动机内，当化学能从汽油中转化为汽车的动能时，一些能量会以向外散发热量以及噪声的形式损失掉了。如图4所示。
最完美的引擎是你用手摸上去是冰凉的，而且是完全静音的。但是，大千世界，芸芸众生，没有任何系统是如此的完美。生活中我们所看到的一切能量转换系统都是有能量损失的。
正因为摩擦损失的存在，我们可以得出结论，有效的输出能量总是会小于输入的能量。图5很好地给我们展示了这个结论。
不过，如果你加上损失掉的能量，那么能量一定是守恒的，也就是输入的能量等于有效的输出能量加上损失掉的能量。如下述公式所示。
能量输入 = 能量输出 + 能量损耗
能量守恒定律说的是能量可以从一种形式变化到另一种形式，但是能量从来没有被创造或毁灭。在一点处产生的能量必然都会在某一处消散。
系统的效率是用来衡量有效输出能量占总的输入能量的比重；效率越高的系统，就说明越多的能量用于做有用功，相反损失的能量也就越少。
好了，现在我们回到我们今天的主角，液压系统；液压系统如果设计合理，且能得到很好的维护，是可以达到很高的效率的。
2、力
我们先举一个例子：
一辆火车，以非常快的速度向西行驶。
突然，火车撞上了一块巨石，我的天呐。
呃呃呃，别担心，没有人员伤亡！
其实，你需要考虑的只是下面两个问题：
1、巨石会何去何从呢？
巨石会开始向西运动，因为火车是向西推它的。
巨石发生了运动，说明它从火车上获得了动能。
2、火车会发什么变化？
火车的运动会减慢，因为它把一部风动能给了石头。
当发生碰撞时，火车对巨石施加了一个力。即火车上的一部分能量传递到了石头上，所以石头发生了移动。
那么，力究竟是指什么呢？它是两物体接触后，发生的一种相互作用，这种作用能使两者发生相对的运动。
我们最熟悉的力莫过于重力了。你的身体受到重力的作用而拖拽你向地心运动。如果你跳到空中，重力会重新把你拽回地面。看看图6的跳一跳，娱乐一下！
力既即可以使物体沿某一条直线运动，也可以使物体绕某一个中心转动。图7为直线力，图8为旋转力。
多种力可以同时施加在一个物体之上。在图9所示的铲车上，有多个力施加在上下运动的箱子上。到底有几个力呢？大家可以思考一下。
首先，重力永远是将重物拽向地面的，即便重物在向上运动的过程中也是如此。
其二，摩擦力总是起减慢物体运动的作用，它从物体中获取动能，并转化为热和噪声，作了无用功。
另外，压力也同样是一种力。当液压油或者是压缩气体被压缩时，它们自身就存储了大量的能量。当压力得到释放时，油液或压缩空气中存储的能量，就会跟随介质一起流动，这些能量可以提升重物或者使重物下降。
如图10所示，即使物体处于静止状态，但这不代表没有力作用于它。
当然，如果一个物体静止不动，或者以匀速运动，那么作用于该物体上的所有力是平衡的。
如果一个物体处在加速运动或者是减速运动，亦或是运动方向发生改变的过程中，那么作用于该物体上的力是不平衡的。
为了求解作用于物体上的力，你需要知道下面两件事。
质量——你需要知道该物体的构成成分。
加速度——由于力的作用，该物体在加速或减速时速度变化的快慢。
举个例子，我们从飞机上扔下一个质量为2500kg的重物，如图11所示。由于受到重力的作用，这个物体会以9.81m/s2的加速度向下加速运动。施加于该物体上的重力到底是多少呢？我们看下面的计算。
力 = 质量 x 加速度，数学式为F=ma
F = 2500 kg x 9.81 m/s2
F = 24525 kg·m/s2
F = 24525 N
我们继续往下看，牛顿是衡量力大小的单位。表示这个力能改变某一质量块的运动（加速、减速、运动方向的改变）的快慢程度
如果你想快速改变质量为100kg的物体的速度，那就需要对其施加很大的力。
如果你想快速改变质量10kg的物体的速度，那就需要对其施加中等的力。
如果你想慢慢地、逐渐地改变质量100kg的物体的速度，那就需要对其施加中等的力。
如果你想慢慢地、逐渐地改变质量10kg的物体的速度，那就需要对其施加很小的力。
3、力矩
力矩是用来衡量旋转力的大小的物理量。
有很多方法可以产生旋转力。最常见的就是如图12所示，你用老虎钳去拧螺栓了。
为了计算出图12中的力矩，我们需要计算出施加给扳手的合力的大小，以及力臂的长度。
替换高清大图
力矩 = 力 x 力臂
力矩 = 15 newtons x 0.2 meters
力矩 = 3 newton-meters（Nm）
综上，施加于老虎钳上的力矩是3Nm。记住，力矩的单位是Nm。
4、功
当力施加于某一物体时，物体会改变其原先的运动状态，与此同时，该物体会得到或损失一部分能量。为了衡量这部分能量的大小，我们引入功的概念。
如果力作用于物体之上，并没有改变物体的运动状态，那就说明没有发生能量的传递，也就是该力没有对物体做功。看看图13能给你什么启发？
想要计算出功的大小，你必须知道以下两个量：
力的大小
物体运动的距离
让我们举个例子，如图14所示，向上举升15kg的质量块到4米高的位置。为了是描述简单，我们取重力加速度的值为10m/s2
力F = 质量m x 加速度a
F = 15kg x 10 m/s2
F = 150 newtons
功W = 力F x 距离S
W = 150 newtons x 4 meters
W = 600 joules
功的单位是焦耳J。1J是指1N的力施加于质量块上，使质量块移动1m所做的功。
虽然我们用焦耳来衡量力对物体做的功，但是焦耳也同样可以表示物体所蕴含的能量的大小。就比如，食物、燃料汽油等所含的能量我们都用焦耳表示。其实两者并不矛盾，因为力对物体做功，也是物体中能量的相互传递的过程。
5、功率
功率是指单位时间内力对物体所做的功。它的单位是J/s，也是我们所熟知的瓦特w。
瓦特这个单位是以蒸汽机的发明者James Watt的名字来命名的，下面放一张伟人的头像，供大家膜拜。
在上一小节功的介绍中，我们谈到向上举升15kg的重块4米的所消耗的功是600J。现在，我们再来计算一下，如果我们想在30s内举升上述重块，需要消耗多少功率呢？请多关注图15的秒表。
功率P = 功W ÷ 时间t
P = 600 joules ÷ 30 seconds
P = 20 watts
如果两个相同的物体以不同的速率移动了相同的距离，那么力对他们两者所做的功是相同的。因为，当我们在计算功的时候并未考虑时间因素。
但是两者所消耗的功率确是截然不同的。
