Mikä on voiman työ. Miten työtä mitataan?

mekaaninen työ on liikkeen energiaominaisuus fyysiset kehot, jolla on skalaarimuoto. Se on yhtä suuri kuin kehoon vaikuttavan voiman moduuli kerrottuna tämän voiman aiheuttamalla siirtymämoduulilla ja niiden välisen kulman kosinilla.

Formula 1 - Mekaaninen työ.

F - Kehoon vaikuttava voima.

s - kehon liike.

cosa - Voiman ja siirtymän välisen kulman kosini.

Tällä kaavalla on yleinen muoto. Jos kohdistetun voiman ja siirtymän välinen kulma on nolla, niin kosini on 1. Vastaavasti työ on yhtä suuri kuin voiman ja siirtymän tulo. Yksinkertaisesti sanottuna, jos kappale liikkuu voiman kohdistamissuuntaan, mekaaninen työ on yhtä suuri kuin voiman ja siirtymän tulo.

Toinen erikoistapaus kun kehoon vaikuttavan voiman ja sen siirtymän välinen kulma on 90 astetta. Tässä tapauksessa 90 asteen kosini on vastaavasti nolla, työ on yhtä suuri kuin nolla. Ja todellakin tapahtuu, että käytämme voimaa yhteen suuntaan, ja keho liikkuu kohtisuorassa sitä vastaan. Eli keho ei ilmeisesti liiku voimamme vaikutuksen alaisena. Siten voimamme työ kehon liikuttamiseksi on nolla.

Kuva 1 - Voimien työ kehoa liikutettaessa.

Jos kehoon vaikuttaa useampi kuin yksi voima, lasketaan kehoon vaikuttava kokonaisvoima. Ja sitten se korvataan kaavalla ainoana voimana. Voiman vaikutuksen alainen kappale voi liikkua paitsi suorassa linjassa myös mielivaltaista lentorataa pitkin. Tässä tapauksessa työ lasketaan pienelle liikkeen osalle, jota voidaan pitää suorana ja sitten summata koko polun varrelta.

Työ voi olla sekä positiivista että negatiivista. Eli jos siirtymä ja voima osuvat yhteen suuntaan, niin työ on positiivinen. Ja jos voimaa kohdistetaan yhteen suuntaan ja keho liikkuu toisessa, niin työ on negatiivinen. Esimerkki negatiivisesta työstä on kitkavoiman työ. Koska kitkavoima on suunnattu liikettä vastaan. Kuvittele kehon liikkuminen tasoa pitkin. Kehoon kohdistuva voima työntää sitä tiettyyn suuntaan. Tämä voima tekee positiivista työtä kehon liikuttamiseksi. Mutta samalla kitkavoima tekee negatiivista työtä. Se hidastaa kehon liikettä ja suuntautuu sen liikettä kohti.

Kuva 2 - Liikevoima ja kitka.

Mekaniikkatyö mitataan jouleina. Yksi joule on työ, jonka tekee yhden Newtonin voima, kun kappale liikkuu metrin. Kehon liikesuunnan lisäksi myös kohdistetun voiman suuruus voi muuttua. Esimerkiksi kun jousi puristetaan kokoon, siihen kohdistettu voima kasvaa suhteessa kuljettuun matkaan. Tässä tapauksessa työ lasketaan kaavan mukaan.

Formula 2 - Jousen puristustyö.

k on jousen jäykkyys.

x - siirtokoordinaatti.

Huomaa, että työllä ja energialla on sama mittayksikkö. Tämä tarkoittaa, että työ voidaan muuntaa energiaksi. Esimerkiksi kehon nostamiseksi tietylle korkeudelle, sillä on potentiaalienergiaa, tarvitaan voima, joka tekee tämän työn. Nostovoiman työ muunnetaan potentiaalienergiaksi.

Sääntö työn määrittämiseksi riippuvuusgraafin F(r) mukaan: työ on numeerisesti yhtä suuri kuin voiman ja siirtymän kaavion alla olevan kuvan ala.

Voimavektorin ja siirtymän välinen kulma

1) Määritä oikein työn tekevän voiman suunta; 2) Kuvaamme siirtymävektorin; 3) Siirrämme vektorin yhteen pisteeseen, saamme halutun kulman.

Kuvassa kehoon vaikuttavat painovoima (mg), tukireaktio (N), kitkavoima (Ftr) ja köyden vetovoima F, joiden vaikutuksesta keho liikkuu r.

Painovoiman työ

Tue reaktiotyötä

Kitkavoiman työ

Köyden kiristys toimii

Tuloksena olevan voiman työ

Tuloksena olevan voiman työ voidaan löytää kahdella tavalla: 1 tapa - kaikkien kehoon vaikuttavien voimien työn summana (ottaen huomioon merkit "+" tai "-") kaikkien kehoon vaikuttavien voimien summana.
Menetelmä 2 - etsi ensin resultanttivoima, sitten suoraan sen työ, katso kuva

Elastisen voiman työ

Elastisen voiman tekemän työn löytämiseksi on otettava huomioon, että tämä voima muuttuu, koska se riippuu jousen venymisestä. Hooken laista seuraa, että absoluuttisen venymän kasvaessa voima kasvaa.

Laskeaksesi kimmovoiman työn jousen (rungon) siirtyessä epämuodostuneesta tilasta epämuodostuneeseen, käytä kaavaa

Tehoa

Skalaariarvo, joka kuvaa työnteon nopeutta (analogia voidaan vetää kiihtyvyyteen, joka kuvaa nopeuden muutosnopeutta). Määritetään kaavalla

Tehokkuus

tehokkuus on suhde hyödyllistä työtä, täydellinen koneella, kaikkiin töihin (toimitettuun energiaan) samaan aikaan

Kerroin hyödyllistä toimintaa prosentteina ilmaistuna. Mitä lähempänä tämä luku on 100 %, sitä parempi on koneen suorituskyky. Tehokkuus ei voi olla suurempi kuin 100, koska on mahdotonta tehdä enemmän työtä vähemmällä energialla.

Kaltevan tason tehokkuus on painovoiman tekemän työn suhde kaltevaa tasoa pitkin liikkumiseen kuluvaan työhön.

Tärkein asia muistaa

1) Kaavat ja mittayksiköt;
2) Työtä tehdään väkisin;
3) Osaa määrittää voima- ja siirtymävektorien välinen kulma

Jos voiman työ liikutettaessa kappaletta suljettua polkua pitkin on nolla, niin tällaisia ​​voimia kutsutaan konservatiivinen tai potentiaalia. Kitkavoiman työ liikutettaessa kappaletta suljettua polkua pitkin ei ole koskaan yhtä suuri kuin nolla. Kitkavoima, toisin kuin painovoima tai elastisuusvoima, on ei-konservatiivinen tai ei-potentiaalinen.

On olosuhteita, joissa kaavaa ei voida käyttää
Jos voima on muuttuva, jos liikkeen rata on kaareva viiva. Tässä tapauksessa polku jaetaan pieniin osiin, joille nämä ehdot täyttyvät, ja kunkin osuuden perustyö lasketaan. Kokonaistyö tässä tapauksessa on yhtä suuri kuin perustöiden algebrallinen summa:

Jonkin voiman työn arvo riippuu vertailujärjestelmän valinnasta.

Jokapäiväisessä kokemuksessamme sana "työ" on hyvin yleinen. Mutta fysiologisen työn ja työn välillä on tehtävä ero fysiikan tieteen näkökulmasta. Kun tulet luokasta kotiin, sanot: "Voi, kuinka väsynyt olen!". Tämä on fysiologista työtä. Tai esimerkiksi tiimin työ kansantaru"Nauris".

Kuva 1. Työ sanan jokapäiväisessä merkityksessä

Puhumme täällä työstä fysiikan näkökulmasta.

Mekaanista työtä tehdään, kun voima liikuttaa kehoa. Työtä merkitään latinalaisella kirjaimella A. Tarkempi työn määritelmä on seuraava.

Voiman työtä kutsutaan fyysinen määrä, yhtä suuri kuin voiman suuruuden tulo matkalla, jonka kappale kulkee voiman suunnassa.

Kuva 2. Työ on fyysinen suure

Kaava pätee, kun kehoon vaikuttaa vakiovoima.

Kansainvälisessä SI-yksikköjärjestelmässä työ mitataan jouleina.

Tämä tarkoittaa, että jos kappale liikkuu 1 metrin 1 newtonin voiman vaikutuksesta, tämä voima tekee 1 joulea työtä.

Työyksikkö on nimetty englantilaisen tiedemiehen James Prescott Joulen mukaan.

Kuva 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

Työn laskentakaavasta seuraa, että tapauksia, joissa työ on nolla, on kolme.

Ensimmäinen tapaus on, kun voima vaikuttaa kehoon, mutta keho ei liiku. Esimerkiksi taloon vaikuttaa valtava painovoima. Mutta hän ei tee työtä, koska talo on liikkumaton.

Toinen tapaus on, kun keho liikkuu inertialla, eli siihen ei vaikuta voimia. Esimerkiksi, avaruusalus liikkuvat galaksien välisessä avaruudessa.

Kolmas tapaus on, kun voima vaikuttaa kehoon kohtisuorassa kehon liikesuuntaan nähden. Tässä tapauksessa vaikka keho liikkuu ja voima vaikuttaa siihen, mutta kehossa ei ole liikettä voiman suunnassa.

Kuva 4. Kolme tapausta, jolloin työ on nolla

On myös sanottava, että voiman työ voi olla negatiivinen. Näin tapahtuu, jos kehon liikettä tapahtuu voiman suuntaa vastaan. Esimerkiksi milloin nosturi kaapelin avulla nostaa kuormaa maanpinnan yläpuolelle, painovoiman työ on negatiivinen (ja kaapelin ylöspäin suuntautuvan voiman työ on päinvastoin positiivinen).

Oletetaan, että suoritettaessa rakennustyöt kuoppa on peitettävä hiekalla. Kaivinkone tarvitsee tähän useita minuutteja ja lapiolla työskentelevän työntekijän useita tunteja. Mutta sekä kaivinkone että työntekijä olisivat toimineet sama työ.

Kuva 5. Sama työ voidaan tehdä eri aikoina

Fysiikan työn nopeuden kuvaamiseen käytetään suuruutta, jota kutsutaan tehoksi.

Teho on fysikaalinen suure, joka on yhtä suuri kuin työn suhde sen suoritusaikaan.

Teho osoitetaan latinalaisella kirjaimella N.

Tehon SI-yksikkö on watti.

Yksi watti on teho, jolla yksi joule tehdään yhdessä sekunnissa.

Tehoyksikkö on nimetty englantilaisen tiedemiehen ja höyrykoneen keksijän James Wattin mukaan.

Kuva 6. James Watt (1736 - 1819)

Yhdistä työn laskentakaava tehon laskentakaavaan.

Muista nyt, että kehon kulkeman polun suhde, S, liikkeen aikana t on kehon nopeus v.

Tällä tavalla, teho on yhtä suuri kuin tuote numeerinen arvo voima kehon nopeuteen voiman suunnassa.

Tätä kaavaa on kätevä käyttää ratkaistaessa ongelmia, joissa voima vaikuttaa tunnetulla nopeudella liikkuvaan kappaleeseen.

Bibliografia

1. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Kokoelma fysiikan tehtäviä oppilaitosten 7-9 luokille. - 17. painos - M.: Enlightenment, 2004.
2. Peryshkin A.V. Fysiikka. 7 solua - 14. painos, stereotypia. - M.: Bustard, 2010.
3. Peryshkin A.V. Fysiikan tehtäväkokoelma, luokat 7-9: 5. painos, stereotypia. - M: Exam Publishing House, 2010.

1. Internet-portaali Physics.ru ().
2. Internet-portaali Festival.1september.ru ().
3. Internet-portaali Fizportal.ru ().
4. Internet-portaali Elkin52.narod.ru ().

Kotitehtävät

1. Milloin työ on yhtä kuin nolla?
2. Mitä työtä tehdään voiman suunnassa kuljetulla polulla? Päinvastaiseen suuntaan?
3. Mitä työtä tekee tiileen vaikuttava kitkavoima sen liikkuessa 0,4 m? Kitkavoima on 5 N.

Tiedätkö mitä työ on? Epäilemättä. Mikä on työ, sen jokainen tietää, jos hän on syntynyt ja asuu planeetalla Maa. Mitä mekaaninen työ on?

Tämä käsite on myös useimpien planeetan ihmisten tiedossa, vaikka joillakin henkilöillä on melko epämääräinen käsitys tästä prosessista. Mutta heistä ei nyt ole kyse. Vielä harvemmalla on aavistustakaan, mitä mekaaninen työ fysiikan näkökulmasta. Fysiikassa mekaaninen työ ei ole ihmisen työtä ruoan vuoksi, se on fyysinen suure, joka voi olla täysin riippumaton ihmisestä tai muusta elävästä olentosta. Kuinka niin? Otetaan nyt selvää.

Fysiikan mekaaninen työ

Otetaan kaksi esimerkkiä. Ensimmäisessä esimerkissä joen vedet törmäävät kuiluun, putoavat äänekkäästi alas vesiputouksen muodossa. Toinen esimerkki on henkilö, joka pitää kädet ojennettuina raskas esine esimerkiksi pitää halkeilevaa kattoa kuistin päällä maalaistalo kaatumasta, kun hänen vaimonsa ja lapsensa etsivät kiihkeästi jotain tukeakseen häntä. Milloin mekaaniset työt tehdään?

Mekaanisen työn määritelmä

Melkein kaikki vastaavat epäröimättä: toisessa. Ja he ovat väärässä. Asia on juuri päinvastainen. Fysiikassa kuvataan mekaanista työtä seuraavat määritelmät: mekaanista työtä tehdään kun voima vaikuttaa kehoon ja se liikkuu. Mekaaninen työ on suoraan verrannollinen käytettyyn voimaan ja kuljettuun matkaan.

Mekaaninen työkaava

Mekaaninen työ määräytyy kaavalla:

missä A on työ,
F - voima,
s - kuljettu matka.

Joten kaikesta väsyneen kattotelineen sankaruudesta huolimatta hänen tekemä työ on nolla, mutta korkealta kalliolta painovoiman vaikutuksen alaisena putoava vesi tekee mekaanisin työn. Eli jos työnnämme raskas kaappi epäonnistuneesti, niin fysiikan näkökulmasta tekemämme työ on yhtä suuri kuin nolla, huolimatta siitä, että ponnistelemme paljon. Mutta jos siirrämme kaappia tietyn matkan, teemme työtä, joka on yhtä suuri kuin voiman tulo etäisyydellä, jonka liikutimme kappaletta.

Työn yksikkö on 1 J. Tämä on työ, jonka 1 newtonin voima tekee liikuttamaan kappaletta 1 m:n etäisyydellä. Jos kohdistetun voiman suunta on sama kuin kappaleen liikesuunta, niin annettu voima tekee positiivista työtä. Esimerkki on, kun työnnämme kehoa ja se liikkuu. Ja siinä tapauksessa, että voimaa kohdistetaan esimerkiksi kehon liikettä vastakkaiseen suuntaan, kitkavoima, silloin tämä voima tekee negatiivista työtä. Jos käytetty voima ei vaikuta kehon liikkeeseen millään tavalla, niin tämän työn tuottama voima on yhtä suuri kuin nolla.