Vad är styrkans arbete. Hur mäts arbete?

mekaniskt arbeteär rörelsens energikaraktär fysiska kroppar, som har en skalär form. Det är lika med modulen för kraften som verkar på kroppen, multiplicerad med förskjutningsmodulen som orsakas av denna kraft och cosinus för vinkeln mellan dem.

Formel 1 - Mekaniskt arbete.

F - Kraft som verkar på kroppen.

s - kroppsrörelse.

cosa - Cosinus för vinkeln mellan kraft och förskjutning.

Denna formel har allmän form. Om vinkeln mellan den applicerade kraften och förskjutningen är noll, är cosinus 1. Följaktligen kommer arbetet endast att vara lika med produkten av kraften och förskjutningen. Enkelt uttryckt, om kroppen rör sig i kraftens appliceringsriktning, är det mekaniska arbetet lika med produkten av kraften och förskjutningen.

Andra specialfall när vinkeln mellan kraften som verkar på kroppen och dess förskjutning är 90 grader. I det här fallet är cosinus på 90 grader lika med noll, respektive arbetet kommer att vara lika med noll. Och vad som faktiskt händer är att vi applicerar kraft i en riktning, och kroppen rör sig vinkelrätt mot den. Det vill säga att kroppen uppenbarligen inte rör sig under påverkan av vår kraft. Således är vår krafts arbete för att flytta kroppen noll.

Figur 1 - Krafternas arbete vid förflyttning av kroppen.

Om mer än en kraft verkar på kroppen, beräknas den totala kraften som verkar på kroppen. Och sedan ersätts det i formeln som den enda kraften. En kropp under inverkan av en kraft kan röra sig inte bara i en rak linje, utan också längs en godtycklig bana. I detta fall beräknas arbetet för en liten del av rörelsen, som kan betraktas som rak och sedan summeras längs hela banan.

Arbete kan vara både positivt och negativt. Det vill säga, om förskjutningen och kraften sammanfaller i riktning, är arbetet positivt. Och om kraften appliceras i en riktning och kroppen rör sig i den andra, kommer arbetet att vara negativt. Ett exempel på negativt arbete är friktionskraftens arbete. Eftersom friktionskraften är riktad mot rörelsen. Föreställ dig en kropp som rör sig längs ett plan. En kraft som appliceras på en kropp trycker den i en viss riktning. Denna kraft gör positivt arbete för att röra kroppen. Men samtidigt gör friktionskraften negativt arbete. Den saktar ner kroppens rörelser och är riktad mot dess rörelse.

Figur 2 - Rörelsekraft och friktion.

Arbete inom mekanik mäts i joule. En Joule är det arbete som utförs av en kraft på en Newton när en kropp rör sig en meter. Förutom kroppens rörelseriktning kan storleken på den applicerade kraften också ändras. Till exempel, när en fjäder komprimeras, kommer kraften som appliceras på den att öka i proportion till den tillryggalagda sträckan. I det här fallet beräknas arbetet med formeln.

Formel 2 - Arbete med kompression av en fjäder.

k är fjäderns styvhet.

x - flytta koordinaten.

Observera att arbete och energi har samma måttenhet. Det gör att arbete kan omvandlas till energi. Till exempel, för att lyfta en kropp till en viss höjd, då kommer den att ha potentiell energi, det behövs en kraft som kommer att göra detta arbete. Lyftkraftens arbete kommer att omvandlas till potentiell energi.

Regeln för att bestämma arbete enligt beroendegrafen F(r): arbete är numeriskt lika med arean av figuren under grafen för kraft kontra förskjutning.

Vinkel mellan kraftvektor och förskjutning

1) Bestäm riktningen för kraften som gör arbetet korrekt; 2) Vi avbildar förskjutningsvektorn; 3) Vi överför vektorn till en punkt, vi får den önskade vinkeln.

I figuren påverkas kroppen av gravitation (mg), stödreaktion (N), friktionskraft (Ftr) och repspänningskraft F, under vilken kroppens inverkan rör sig r.

Tyngdkraftsarbetet

Stöd reaktionsarbete

Friktionskraftens arbete

Repspänningsarbete

Den resulterande styrkans arbete

Den resulterande kraftens arbete kan hittas på två sätt: 1 sätt - som summan av arbetet (med hänsyn till tecknen "+" eller "-") för alla krafter som verkar på kroppen, i vårt exempel
Metod 2 - först av allt, hitta den resulterande kraften, sedan direkt dess arbete, se figur

Den elastiska kraftens arbete

För att hitta det arbete som utförs av den elastiska kraften är det nödvändigt att ta hänsyn till att denna kraft förändras, eftersom den beror på fjäderns förlängning. Av Hookes lag följer att med en ökning av den absoluta töjningen ökar kraften.

För att beräkna den elastiska kraftens arbete under övergången av en fjäder (kropp) från ett odeformerat tillstånd till ett deformerat, använd formeln

Kraft

Ett skalärt värde som kännetecknar hastigheten att utföra arbete (en analogi kan dras med acceleration, som kännetecknar hastigheten för förändring i hastighet). Bestäms av formeln

Effektivitet

effektivitet är förhållandet nyttigt arbete, perfekt vid maskinen, för allt arbete som går åt (tillförd energi) under samma tid

Koefficient användbar åtgärd uttryckt i procent. Ju närmare denna siffra är 100 %, desto bättre prestanda har maskinen. Det kan inte finnas en verkningsgrad som är större än 100, eftersom det är omöjligt att utföra mer arbete med mindre energi.

Effektiviteten hos ett lutande plan är förhållandet mellan det arbete som utförs av gravitationen och det arbete som går åt för att förflytta sig längs ett lutande plan.

Det viktigaste att komma ihåg

1) Formler och måttenheter;
2) Arbete utförs med tvång;
3) Kunna bestämma vinkeln mellan vektorerna för kraft och förskjutning

Om en krafts arbete när en kropp förflyttas längs en sluten bana är noll, kallas sådana krafter konservativ eller potential. Friktionskraftens arbete när en kropp förflyttas längs en sluten bana är aldrig lika med noll. Friktionskraften, i motsats till tyngdkraften eller elasticitetens kraft, är icke-konservativ eller icke-potential.

Det finns förhållanden under vilka formeln inte kan användas
Om kraften är variabel, om rörelsebanan är en krökt linje. I det här fallet är banan uppdelad i små sektioner för vilka dessa villkor är uppfyllda, och det elementära arbetet på var och en av dessa sektioner beräknas. Det totala arbetet i detta fall är lika med den algebraiska summan av elementära verk:

Värdet av någon krafts arbete beror på valet av referenssystemet.

I vår vardagliga erfarenhet är ordet "arbete" mycket vanligt. Men man bör skilja mellan fysiologiskt arbete och arbete ur fysikvetenskapens synvinkel. När du kommer hem från lektionen säger du: "Åh, vad trött jag är!". Detta är ett fysiologiskt arbete. Eller till exempel lagets arbete i folksaga"Rova".

Fig 1. Arbete i ordets vardagliga bemärkelse

Vi kommer här att prata om arbete ur fysikens synvinkel.

Mekaniskt arbete utförs när en kraft förflyttar en kropp. Arbete betecknas med den latinska bokstaven A. En mer rigorös definition av arbete är följande.

Kraftarbetet kallas fysisk kvantitet, lika med produkten av kraftens storlek med avståndet som kroppen tillryggalagt i kraftens riktning.

Fig 2. Arbete är en fysisk storhet

Formeln är giltig när en konstant kraft verkar på kroppen.

I det internationella SI-systemet av enheter mäts arbete i joule.

Detta betyder att om en kropp rör sig 1 meter under inverkan av en kraft på 1 newton, så utförs 1 joule arbete av denna kraft.

Arbetsenheten är uppkallad efter den engelske vetenskapsmannen James Prescott Joule.

Figur 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

Av formeln för beräkning av arbetet följer att det finns tre fall då arbetet är lika med noll.

Det första fallet är när en kraft verkar på kroppen, men kroppen inte rör sig. Till exempel verkar en enorm tyngdkraft på ett hus. Men hon jobbar inte, eftersom huset är orörligt.

Det andra fallet är när kroppen rör sig genom tröghet, det vill säga inga krafter verkar på den. Till exempel, rymdskepp rör sig i det intergalaktiska rymden.

Det tredje fallet är när en kraft verkar på kroppen vinkelrätt mot kroppens rörelseriktning. I det här fallet, även om kroppen rör sig, och kraften verkar på den, men det finns ingen rörelse av kroppen i kraftens riktning.

Fig 4. Tre fall då arbetet är lika med noll

Det ska också sägas att en krafts arbete kan vara negativt. Så blir det om kroppens rörelse uppstår mot kraftens riktning. Till exempel när kran med hjälp av en kabel lyfter lasten över marken, gravitationsarbetet är negativt (och arbetet med kabelns uppåtriktade kraft, tvärtom, är positivt).

Låt oss anta det när vi kör byggarbete gropen måste täckas med sand. En grävmaskin skulle behöva flera minuter för att göra detta, och en arbetare med en spade skulle behöva arbeta i flera timmar. Men både grävmaskinen och arbetaren skulle ha presterat samma jobb.

Fig 5. Samma arbete kan utföras vid olika tidpunkter

För att karakterisera arbetshastigheten inom fysiken används en storhet som kallas kraft.

Effekt är en fysisk storhet som är lika med förhållandet mellan arbete och tidpunkten för dess utförande.

Kraft anges med en latinsk bokstav N.

SI-enheten för effekt är watt.

En watt är den effekt med vilken en joule arbete utförs på en sekund.

Enheten för kraft är uppkallad efter den engelske vetenskapsmannen och uppfinnaren av ångmaskinen James Watt.

Bild 6. James Watt (1736 - 1819)

Kombinera formeln för beräkningsarbete med formeln för beräkningskraft.

Kom nu ihåg att förhållandet mellan den väg som kroppen färdas, S, vid rörelsetillfället tär kroppens hastighet v.

Således, effekt är lika med produkten numeriskt värde kraft på kroppens hastighet i kraftens riktning.

Denna formel är bekväm att använda när man löser problem där en kraft verkar på en kropp som rör sig med en känd hastighet.

Bibliografi

1. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Samling av uppgifter i fysik för årskurs 7-9 på läroanstalter. - 17:e upplagan. - M.: Upplysning, 2004.
2. Peryshkin A.V. Fysik. 7 celler - 14:e upplagan, stereotyp. - M.: Bustard, 2010.
3. Peryshkin A.V. Samling av problem i fysik, årskurs 7-9: 5:e uppl., stereotyp. - M: Exam Publishing House, 2010.

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

Läxa

1. När är arbete lika med noll?
2. Vilket arbete utförs på den väg som färdats i kraftens riktning? Åt motsatt håll?
3. Vilket arbete utförs av friktionskraften som verkar på tegelstenen när den rör sig 0,4 m? Friktionskraften är 5 N.

Vet du vad arbete är? Utan tvekan. Vad som är arbete vet varje person, förutsatt att han föddes och bor på planeten jorden. Vad är mekaniskt arbete?

Detta koncept är också känt för de flesta människor på planeten, även om vissa individer har en ganska vag uppfattning om denna process. Men det handlar inte om dem nu. Ännu färre har någon aning om vad mekaniskt arbete ur fysiksynpunkt. Inom fysiken är mekaniskt arbete inte en persons arbete för matens skull, det är en fysisk storhet som kan vara helt orelaterade till vare sig en person eller någon annan levande varelse. Hur så? Låt oss nu ta reda på det.

Mekaniskt arbete i fysik

Låt oss ge två exempel. I det första exemplet faller flodens vatten, som kolliderar med avgrunden, bullrigt ner i form av ett vattenfall. Det andra exemplet är en person som håller utsträckta händer tungt föremål håller till exempel ett sprucket tak över en veranda lantställe från att falla medan hans fru och barn frenetiskt letar efter något att stödja henne. När görs det mekaniska arbetet?

Definition av mekaniskt arbete

Nästan alla, utan att tveka, kommer att svara: i den andra. Och de kommer att ha fel. Fallet är precis tvärtom. I fysik beskrivs mekaniskt arbete följande definitioner: mekaniskt arbete utförs när en kraft verkar på en kropp och den rör sig. Mekaniskt arbete är direkt proportionellt mot den applicerade kraften och den tillryggalagda sträckan.

Mekanisk arbetsformel

Det mekaniska arbetet bestäms av formeln:

där A är arbete,
F - styrka,
s - tillryggalagd sträcka.

Så, trots allt hjältemod hos den trötta takhållaren, är arbetet som han utfört lika med noll, men vattnet, som faller under gravitationens inverkan från en hög klippa, gör det mest mekaniska arbetet. Det vill säga om vi trycker på tungt skåp utan framgång, då kommer det arbete vi har gjort ur fysikens synvinkel att vara lika med noll, trots att vi anstränger oss mycket. Men om vi flyttar skåpet ett visst avstånd, kommer vi att utföra arbete lika med produkten av den applicerade kraften med avståndet vi flyttade kroppen.

Arbetsenheten är 1 J. Detta är det arbete som utförs av en kraft på 1 newton för att flytta en kropp ett avstånd av 1 m. Om riktningen för den applicerade kraften sammanfaller med kroppens rörelseriktning, då given kraft gör ett positivt arbete. Ett exempel är när vi trycker på en kropp och den rör sig. Och i fallet när kraften appliceras i motsatt riktning mot kroppens rörelse, till exempel, friktionskraft, då gör denna kraft negativt arbete. Om den applicerade kraften inte påverkar kroppens rörelse på något sätt, är kraften som produceras av detta arbete lika med noll.