کار زور چیست؟ کار چگونه سنجیده می شود؟

کارهای مکانیکیاین ویژگی انرژی حرکت است بدن های فیزیکی، که فرم اسکالر دارد. برابر است با مدول نیروی وارد بر جسم، ضرب در مدول جابجایی ناشی از این نیرو و در کسینوس زاویه بین آنها.

فرمول 1 - کار مکانیکی.

و - نیروی وارد بر بدن.

s - حرکت بدن.

cosa - کسینوس زاویه بین نیرو و جابجایی.

این فرمول دارد فرم کلی. اگر زاویه بین نیروی اعمال شده و جابجایی صفر باشد، کسینوس برابر با 1 است. بر این اساس، کار فقط برابر با حاصل ضرب نیرو و جابجایی خواهد بود. به بیان ساده، اگر جسمی در جهت اعمال نیرو حرکت کند، کار مکانیکی برابر است با حاصل ضرب نیرو و جابجایی.

دومین مورد خاص، زمانی که زاویه بین نیروی وارد بر جسم و جابجایی آن 90 درجه باشد. در این حالت کسینوس 90 درجه برابر با صفر است، بنابراین کار برابر با صفر خواهد بود. و در واقع اتفاقی که می افتد این است که در یک جهت نیرو وارد می کنیم و جسم عمود بر آن حرکت می کند. یعنی بدن به وضوح تحت تأثیر نیروی ما حرکت نمی کند. بنابراین، کار انجام شده توسط نیروی ما برای حرکت بدن صفر است.

شکل 1 - کار نیروها هنگام حرکت یک جسم.

اگر بیش از یک نیروی بر جسم وارد شود، کل نیروی وارد بر جسم محاسبه می شود. و سپس به عنوان تنها نیرو در فرمول جایگزین می شود. یک جسم تحت تأثیر نیرو نه تنها می تواند به صورت مستقیم، بلکه در طول یک مسیر دلخواه حرکت کند. در این حالت، کار برای بخش کوچکی از حرکت محاسبه می‌شود که می‌توان آن را مستقیماً در نظر گرفت و سپس در کل مسیر خلاصه می‌شود.

کار می تواند مثبت و منفی باشد. یعنی اگر جابجایی و نیرو در جهت منطبق باشد، کار مثبت است. و اگر نیرویی در یک جهت وارد شود و جسم در جهت دیگر حرکت کند، کار منفی می شود. نمونه ای از کار منفی، کار نیروی اصطکاک است. از آنجایی که نیروی اصطکاک بر خلاف حرکت هدایت می شود. جسمی را در حال حرکت در امتداد هواپیما تصور کنید. نیرویی که به جسم وارد می شود آن را در جهت خاصی هل می دهد. این نیرو برای حرکت بدن کار مثبت انجام می دهد. اما در عین حال، نیروی اصطکاک کار منفی انجام می دهد. حرکت بدن را کند می کند و به سمت حرکت آن هدایت می شود.

شکل 2 - نیروی حرکت و اصطکاک.

کار مکانیکی با ژول اندازه گیری می شود. یک ژول کاری است که توسط نیروی یک نیوتن هنگام حرکت یک متری جسم انجام می شود. علاوه بر جهت حرکت بدن، مقدار نیروی وارده نیز می تواند تغییر کند. به عنوان مثال، هنگامی که یک فنر فشرده می شود، نیروی وارد شده به آن به نسبت مسافت طی شده افزایش می یابد. در این حالت کار با استفاده از فرمول محاسبه می شود.

فرمول 2 - کار فشرده سازی فنر.

k سختی فنر است.

x - مختصات متحرک.

توجه داشته باشید که کار و انرژی واحدهای اندازه گیری یکسانی دارند. این بدان معنی است که کار می تواند به انرژی تبدیل شود. به عنوان مثال، برای اینکه یک جسم را به ارتفاع معینی برسانیم، آنگاه انرژی بالقوه خواهد داشت، نیرویی لازم است که این کار را انجام دهد. کار انجام شده توسط نیروی بالابر به انرژی بالقوه تبدیل می شود.

قانون تعیین کار با توجه به نمودار وابستگی F(r):کار از نظر عددی برابر است با مساحت شکل زیر نمودار نیرو در مقابل جابجایی.

زاویه بین بردار نیرو و جابجایی

1) جهت نیرویی که کار را انجام می دهد به درستی تعیین کنید. 2) ما بردار جابجایی را به تصویر می کشیم. 3) بردارها را به یک نقطه منتقل می کنیم و زاویه مورد نظر را به دست می آوریم.

در شکل، نیروی گرانش (mg)، واکنش تکیه گاه (N)، نیروی اصطکاک (Ftr) و نیروی کشش طناب F که تحت تأثیر آن جسم قرار می گیرد، روی بدن وارد می شود. حرکت می کند r.

کار جاذبه

کار واکنش زمین

کار نیروی اصطکاک

کار با کشش طناب انجام می شود

کار با نیروی حاصل انجام می شود

کار انجام شده توسط نیروی حاصل را می توان به دو صورت یافت: روش اول - به عنوان مجموع کار (با در نظر گرفتن علائم "+" یا "-") همه نیروهای وارد بر بدن، در مثال ما.
روش 2 - اول از همه، نیروی حاصل را پیدا کنید، سپس مستقیماً کار آن را پیدا کنید، شکل را ببینید

کار نیروی الاستیک

برای یافتن کار انجام شده توسط نیروی کشسان باید در نظر گرفت که این نیرو تغییر می کند زیرا بستگی به ازدیاد طول فنر دارد. از قانون هوک چنین بر می آید که با افزایش طول مطلق، نیرو نیز افزایش می یابد.

برای محاسبه کار نیروی کشسان در هنگام انتقال فنر (جسم) از حالت تغییر شکل نیافته به حالت تغییر شکل، از فرمول استفاده کنید.

قدرت

یک کمیت اسکالر که سرعت کار را مشخص می کند (می توان یک قیاس با شتاب ترسیم کرد که میزان تغییر سرعت را مشخص می کند). با فرمول تعیین می شود

بهره وری

کارایی یک نسبت است کار مفید، یک ماشین کامل، برای تمام کارهایی که صرف شده (انرژی تامین شده) برای یک زمان

ضریب اقدام مفیدبه صورت درصد بیان می شود. هر چه این عدد به 100% نزدیکتر باشد، عملکرد دستگاه بالاتر است. بازدهی بیشتر از 100 وجود ندارد، زیرا انجام کار بیشتر با انرژی کمتر غیرممکن است.

بازده یک صفحه شیبدار نسبت کار انجام شده توسط گرانش به کار صرف شده در حرکت در امتداد صفحه شیبدار است.

نکته اصلی که باید به خاطر بسپارید

1) فرمول ها و واحدهای اندازه گیری.
2) کار به زور انجام می شود.
3) قادر به تعیین زاویه بین بردار نیرو و جابجایی باشد

اگر کار انجام شده توسط یک نیرو هنگام حرکت یک جسم در مسیر بسته صفر باشد، چنین نیروهایی نامیده می شوند محافظه کاریا پتانسیل. کاری که توسط نیروی اصطکاک هنگام حرکت یک جسم در مسیر بسته انجام می شود هرگز برابر با صفر نیست. نیروی اصطکاک بر خلاف نیروی گرانش یا نیروی کشسانی است غیر محافظه کاریا غیر بالقوه.

شرایطی وجود دارد که تحت آن فرمول نمی تواند استفاده شود
اگر نیرو متغیر باشد، اگر مسیر حرکت یک خط منحنی باشد. در این حالت مسیر به بخش های کوچکی تقسیم می شود که این شرایط برای آنها فراهم است و کار ابتدایی روی هر یک از این بخش ها محاسبه می شود. کل کار در این مورد برابر است با مجموع جبری کارهای ابتدایی:

ارزش کار انجام شده توسط یک نیروی خاص به انتخاب سیستم مرجع بستگی دارد.

در تجربه روزمره ما، کلمه "کار" اغلب ظاهر می شود. اما باید بین کار فیزیولوژیکی و کار از نظر علم فیزیک تمایز قائل شد. وقتی از کلاس به خانه می آیید، می گویید: "اوه، من خیلی خسته هستم!" این کار فیزیولوژیکی است. یا مثلاً کار یک تیم در داستان عامیانه"شلغم".

شکل 1. کار به معنای روزمره کلمه

ما در اینجا در مورد کار از دیدگاه فیزیک صحبت خواهیم کرد.

اگر جسمی تحت تأثیر نیرو حرکت کند، کار مکانیکی انجام می شود. کار با حرف لاتین A مشخص می‌شود. تعریف دقیق‌تر کار به این شکل است.

کار زور نامیده می شود کمیت فیزیکیبرابر با حاصل ضرب قدر نیرو و مسافت طی شده توسط جسم در جهت نیرو.

شکل 2. کار یک کمیت فیزیکی است

این فرمول زمانی معتبر است که نیروی ثابتی بر جسم وارد شود.

در سیستم بین المللی واحدهای SI، کار با ژول اندازه گیری می شود.

به این معنی که اگر تحت تأثیر نیروی 1 نیوتن جسمی 1 متر حرکت کند، 1 ژول کار توسط این نیرو انجام می شود.

واحد کار به نام دانشمند انگلیسی جیمز پرسکات ژول نامگذاری شده است.

شکل 3. جیمز پرسکات ژول (1818 - 1889)

از فرمول محاسبه کار بر می آید که سه حالت ممکن است که کار برابر با صفر باشد.

حالت اول زمانی است که بر جسمی نیرو وارد می شود اما جسم حرکت نمی کند. به عنوان مثال، یک خانه در معرض نیروی عظیم گرانش است. اما او هیچ کاری انجام نمی دهد زیرا خانه بی حرکت است.

حالت دوم زمانی است که جسم با اینرسی حرکت می کند، یعنی هیچ نیرویی به آن وارد نمی شود. مثلا، سفینه فضاییدر فضای بین کهکشانی حرکت می کند

حالت سوم زمانی است که نیرویی عمود بر جهت حرکت جسم بر جسم وارد می شود. در این حالت اگرچه جسم حرکت می کند و نیرویی بر آن وارد می شود، اما حرکتی از بدن صورت نمی گیرد در جهت نیرو.

شکل 4. سه مورد که کار صفر است

همچنین باید گفت که کار انجام شده توسط یک نیرو می تواند منفی باشد. اگر بدن حرکت کند این اتفاق می افتد برخلاف جهت نیرو. مثلاً وقتی جرثقیلبا کمک یک کابل، بار را از سطح زمین بلند می کند، کار گرانش منفی است (و برعکس، کار نیروی کشسانی کابل که به سمت بالا هدایت می شود، مثبت است).

فرض کنید، هنگام اجرا کار ساخت و سازگودال باید با ماسه پر شود. چند دقیقه طول می کشد تا یک بیل مکانیکی این کار را انجام دهد، اما یک کارگر با بیل باید چندین ساعت کار کند. اما هم بیل مکانیکی و هم کارگر تمام می کردند همان شغل.

شکل 5. یک کار را می توان در زمان های مختلف تکمیل کرد

برای مشخص کردن سرعت کار انجام شده در فیزیک، از کمیتی به نام توان استفاده می شود.

قدرت یک کمیت فیزیکی است که برابر با نسبت کار به زمان انجام آن است.

قدرت با یک حرف لاتین نشان داده می شود ن.

واحد SI قدرت وات است.

یک وات توانی است که یک ژول کار در یک ثانیه انجام می شود.

این نیروگاه به افتخار دانشمند انگلیسی، مخترع موتور بخار، جیمز وات نامگذاری شده است.

شکل 6. جیمز وات (1736 - 1819)

بیایید فرمول محاسبه کار را با فرمول محاسبه توان ترکیب کنیم.

اکنون به یاد بیاوریم که نسبت مسیر طی شده توسط بدن برابر است اس، در زمان حرکت تینشان دهنده سرعت حرکت بدن است v.

بدین ترتیب، قدرت برابر با محصول است مقدار عددینیروی وارد بر سرعت حرکت بدن در جهت نیرو.

استفاده از این فرمول هنگام حل مسائلی که در آنها نیرویی بر جسمی که با سرعت مشخصی حرکت می کند، وارد می شود، راحت است.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. لوکاشیک V.I.، Ivanova E.V. مجموعه مسائل فیزیک پایه های 7-9 موسسات آموزش عمومی. - ویرایش هفدهم - م.: آموزش و پرورش، 1383.
2. پریشکین A.V. فیزیک. درجه 7 ام - ویرایش چهاردهم، کلیشه. - M.: Bustard، 2010.
3. پریشکین A.V. مجموعه مسائل فیزیک، پایه های 7-9: ویرایش پنجم، کلیشه. - م: انتشارات امتحان، 1389.

1. پورتال اینترنتی Physics.ru ().
2. پورتال اینترنتی Festival.1september.ru ().
3. پورتال اینترنتی Fizportal.ru ().
4. پورتال اینترنتی Elkin52.narod.ru ().

مشق شب

1. در چه مواردی کار برابر با صفر است؟
2. کار در طول مسیر طی شده در جهت نیرو چگونه انجام می شود؟ در جهت مخالف؟
3. وقتی آجر 0.4 متر حرکت می کند چه مقدار کار توسط نیروی اصطکاک وارد شده بر آجر انجام می شود؟ نیروی اصطکاک 5 نیوتن است.

میدونی کار چیه؟ بدون شک. هر فردی می داند کار چیست، مشروط بر اینکه در سیاره زمین به دنیا آمده باشد و زندگی کند. کار مکانیکی چیست؟

این مفهوم برای اکثر مردم کره زمین نیز شناخته شده است، اگرچه برخی افراد درک نسبتا مبهمی از این فرآیند دارند. اما اکنون در مورد آنها صحبت نمی کنیم. حتی تعداد کمتری از مردم می دانند که چیست کار مکانیکی از دیدگاه فیزیک.در فیزیک، کار مکانیکی کار انسان برای غذا نیست، این یک کمیت فیزیکی است که ممکن است به شخص یا هر موجود زنده دیگری ارتباطی نداشته باشد. چطور؟ حالا بیایید بفهمیم

کار مکانیکی در فیزیک

بیایید دو مثال بزنیم. در مثال اول، آب رودخانه در مواجهه با پرتگاه، با سروصدا به شکل آبشار به پایین سقوط می کند. مثال دوم شخصی است که دستانش را دراز کرده است جسم سنگینبه عنوان مثال، سقف شکسته ای را روی ایوان نگه می دارد خانه روستاییاز زمین خوردن در حالی که همسر و فرزندانش دیوانه وار به دنبال چیزی برای حمایت از او هستند. کارهای مکانیکی چه زمانی انجام می شود؟

تعریف کار مکانیکی

تقریباً همه، بدون تردید، پاسخ خواهند داد: در دوم. و اشتباه خواهند کرد. برعکس این قضیه صادق است. در فیزیک، کار مکانیکی توصیف می شود با تعاریف زیر:کار مکانیکی زمانی انجام می شود که نیرویی بر جسمی وارد شود و آن حرکت کند. کار مکانیکی با نیروی اعمال شده و مسافت طی شده نسبت مستقیم دارد.

فرمول کار مکانیکی

کار مکانیکی با فرمول تعیین می شود:

جایی که A کار است،
F - قدرت،
s مسافت طی شده است.

بنابراین، با وجود همه قهرمانی های نگهدارنده سقف خسته، کاری که انجام داده است صفر است، اما آب با سقوط تحت تأثیر جاذبه از یک صخره بلند، مکانیکی ترین کار را انجام می دهد. یعنی اگر فشار بیاوریم کابینت سنگیندر صورت ناموفق بودن، آنگاه کاری که ما از نظر فیزیک انجام داده ایم با وجود اینکه تلاش زیادی انجام می دهیم برابر با صفر خواهد بود. اما اگر کابینت را با فاصله معینی حرکت دهیم، کار را برابر حاصل ضرب نیروی وارده و فاصله ای که بدنه را طی کرده ایم انجام خواهیم داد.

واحد کار 1 ژول است. این کاری است که توسط نیروی 1 نیوتن انجام می شود تا جسمی را در فاصله 1 متری به حرکت درآورد. اگر جهت نیروی اعمالی با جهت حرکت جسم مطابقت داشته باشد، آنگاه قدرت داده شدهکار مثبت انجام می دهد یک مثال زمانی است که جسمی را هل می دهیم و حرکت می کند. و در موردی که نیرو در جهت مخالف حرکت بدن وارد شود، مثلاً نیروی اصطکاک، سپس این نیرو کار منفی انجام می دهد. اگر نیروی وارده به هیچ وجه بر حرکت بدن تأثیری نداشته باشد، نیروی وارد شده توسط این کار برابر با صفر است.