Работата в механиката е скаларна величина. Механична работа: какво е това и как се използва

В нашия ежедневен опит думата „работа“ е много често срещана. Но трябва да се прави разлика между физиологична работа и работа от гледна точка на науката физика. Когато се приберете от клас, казвате: „О, колко съм уморен!“. Това е физиологична работа. Или например работата на екипа в народна приказка"Ряпа".

Фигура 1. Работа в ежедневния смисъл на думата

Тук ще говорим за работата от гледна точка на физиката.

Механичната работа се извършва, когато сила движи тяло. Работата е обозначена латиница A. Едно по-строго определение за работа е следното.

Работата на силата е физическа величина, равна на произведението от големината на силата и изминатото от тялото разстояние по посока на силата.

Фигура 2. Работата е физическа величина

Формулата е валидна, когато върху тялото действа постоянна сила.

В международната система единици SI работата се измерва в джаули.

Това означава, че ако едно тяло се премести на 1 метър под действието на сила от 1 нютон, то 1 джаул работа извършва тази сила.

Единицата за работа е кръстена на английския учен Джеймс Прескот Джаул.

Фигура 3. Джеймс Прескот Джаул (1818 - 1889)

От формулата за изчисляване на работата следва, че има три случая, когато работата е равна на нула.

Първият случай е, когато върху тялото действа сила, но тялото не се движи. Например огромна сила на гравитацията действа върху къща. Но тя не работи, защото къщата е неподвижна.

Вторият случай е, когато тялото се движи по инерция, тоест върху него не действат никакви сили. Например космически кораб се движи в междугалактическото пространство.

Третият случай е когато върху тялото действа сила, перпендикулярна на посоката на движение на тялото. В този случай, въпреки че тялото се движи и силата действа върху него, но няма движение на тялото по посока на силата.

Фигура 4. Три случая, когато работата е равна на нула

Трябва също да се каже, че работата на една сила може да бъде отрицателна. Така ще бъде, ако се случи движението на тялото срещу посоката на силата. Например, когато кран повдига товар над земята с кабел, работата на гравитацията е отрицателна (а възходящата работа на еластичната сила на кабела, напротив, е положителна).

Да предположим, че при извършване на строителни работи ямата трябва да бъде покрита с пясък. Един багер ще се нуждае от няколко минути, за да направи това, а работник с лопата ще трябва да работи няколко часа. Но и багерът, и работникът биха се справили същата работа.

Фигура 5. Една и съща работа може да се извърши в различно време

За характеризиране на скоростта на работа във физиката се използва количество, наречено мощност.

Мощността е физическо количество, равно на съотношението на работата към времето за нейното изпълнение.

Мощността се обозначава с латинска буква н.

SI единицата за мощност е ват.

Един ват е мощността, при която един джаул работа се извършва за една секунда.

Единицата за мощност е кръстена на английския учен и изобретател на парната машина Джеймс Уат.

Фигура 6. Джеймс Уат (1736 - 1819)

Комбинирайте формулата за изчисляване на работата с формулата за изчисляване на мощността.

Спомнете си сега, че съотношението на пътя, изминат от тялото, С, по време на движение Tе скоростта на тялото v.

По този начин, мощността е равна на произведението на числената стойност на силата и скоростта на тялото по посока на силата.

Тази формула е удобна за използване при решаване на задачи, при които върху тяло, движещо се с известна скорост, действа сила.

Библиография

1. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник от задачи по физика за 7-9 клас на учебните заведения. - 17-то изд. - М.: Просвещение, 2004.
2. Перишкин А.В. Физика. 7 клетки - 14-то изд., стереотип. - М.: Дропла, 2010.
3. Перишкин А.В. Сборник задачи по физика, 7-9 клас: 5 изд., стереотип. - М: Изпитно издателство, 2010 г.

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

Домашна работа

1. Кога работата е равна на нула?
2. Каква е извършената работа по пътя, изминат по посока на силата? В обратната посока?
3. Каква работа се извършва от силата на триене, действаща върху тухлата, когато тя се премести на 0,4 m? Силата на триене е 5 N.

Основни теоретични сведения

механична работа

На базата на понятието се въвеждат енергийните характеристики на движението механична работа или силова работа. Работа, извършвана от постоянна сила Е, е физична величина, равна на произведението на модулите сила и преместване, умножено по косинуса на ъгъла между векторите на силата Еи денивелация С:

Работата е скаларна величина. Тя може да бъде или положителна (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работата, извършена от силата, е нула. В системата SI работата се измерва в джаули (J). Джаул е равен на работата, извършена от сила от 1 нютон за преместване на 1 метър в посоката на силата.

Ако силата се променя с течение на времето, тогава, за да намерят работата, те изграждат графика на зависимостта на силата от изместването и намират площта на фигурата под графиката - това е работата:

Пример за сила, чийто модул зависи от координатата (преместване), е еластичната сила на пружина, която се подчинява на закона на Хук ( Еекстр = kx).

Мощност

Работата, извършена от сила за единица време, се нарича мощност. Мощност П(понякога наричан н) е физическа величина, равна на съотношението на работата Акъм времевия диапазон Tпо време на който тази работа беше завършена:

Тази формула изчислява средна мощност, т.е. мощност, характеризираща най-общо процеса. И така, работата може да бъде изразена и като мощност: А = Пт(освен ако, разбира се, не са известни силата и времето за извършване на работата). Единицата за мощност се нарича ват (W) или 1 джаул в секунда. Ако движението е равномерно, тогава:

С тази формула можем да изчислим моментална мощност(мощност в даден момент), ако вместо скорост заместим стойността на моментната скорост във формулата. Как да разберете каква мощност да броите? Ако задачата изисква захранване в даден момент от времето или в някаква точка в пространството, тогава тя се счита за мигновена. Ако питате за мощност за определен период от време или част от пътя, тогава потърсете средната мощност.

Ефективност - коефициент на ефективност, е равно на съотношението на полезна работа към изразходвана или полезна мощност към изразходвана:

Каква работа е полезна и каква е изразходвана, се определя от условието на конкретна задача чрез логически разсъждения. Например, ако кран извършва работата по повдигане на товар до определена височина, тогава работата по повдигане на товара ще бъде полезна (тъй като кранът е създаден за това), а работата, извършена от електрическия двигател на крана, ще бъде изразходвана .

Така че полезната и изразходваната мощност нямат стриктна дефиниция и се намират чрез логически разсъждения. Във всяка задача ние сами трябва да определим каква в тази задача е била целта на работата ( полезна работаили мощност) и какъв е бил механизмът или методът за извършване на цялата работа (изразходваната мощност или работа).

AT общ случайЕфективността показва колко ефективно един механизъм преобразува една форма на енергия в друга. Ако мощността се променя с времето, тогава работата се намира като площта на фигурата под графиката на мощността спрямо времето:

Кинетична енергия

Нарича се физична величина, равна на половината от произведението на масата на тялото и квадрата на неговата скорост кинетична енергия на тялото (енергия на движение):

Тоест, ако кола с маса 2000 kg се движи със скорост 10 m/s, тогава тя има кинетична енергия, равна на д k \u003d 100 kJ и е в състояние да извърши работа от 100 kJ. Тази енергия може да се превърне в топлина (при спиране на автомобила, гумите на колелата, пътя и спирачните дискове се нагряват) или може да се изразходва за деформиране на автомобила и каросерията, в която се е блъснал автомобилът (при инцидент). При изчисляване на кинетичната енергия няма значение къде се движи колата, тъй като енергията, както и работата, е скаларно количество.

Едно тяло има енергия, ако може да върши работа.Например, движещо се тяло има кинетична енергия, т.е. енергията на движението и е в състояние да извърши работа, за да деформира тела или да придаде ускорение на телата, с които се случва сблъсък.

Физическото значение на кинетичната енергия: за тяло в покой с маса мзапочна да се движи със скорост vнеобходимо е да се извърши работа, равна на получената стойност на кинетичната енергия. Ако телесната маса мдвижейки се със скорост v, то за спирането му е необходимо да се извърши работа, равна на първоначалната му кинетична енергия. По време на спиране кинетичната енергия се „отнема” главно (с изключение на случаите на сблъсък, когато енергията се използва за деформация) от силата на триене.

Теорема за кинетичната енергия: работата на резултантната сила е равна на изменението на кинетичната енергия на тялото:

Теоремата за кинетичната енергия е валидна и в общия случай, когато тялото се движи под действието на изменяща се сила, чиято посока не съвпада с посоката на движение. Удобно е тази теорема да се прилага в задачи за ускорение и забавяне на тяло.

Потенциална енергия

Заедно с кинетичната енергия или енергията на движение във физиката важна роляиграе концепция потенциална енергия или енергия на взаимодействие на телата.

Потенциалната енергия се определя от взаимното разположение на телата (например положението на тялото спрямо земната повърхност). Понятието потенциална енергия може да се въведе само за сили, чиято работа не зависи от траекторията на тялото и се определя само от началното и крайното положение (т.нар. консервативни сили). Работата на такива сили по затворена траектория е нула. Това свойство притежават силата на гравитацията и силата на еластичността. За тези сили можем да въведем понятието потенциална енергия.

Потенциална енергия на тяло в гравитационното поле на Земятаизчислено по формулата:

Физическото значение на потенциалната енергия на тялото: потенциалната енергия е равна на работата, извършена от силата на гравитацията при спускане на тялото до нулево ниво ( че разстоянието от центъра на тежестта на тялото до нулевото ниво). Ако едно тяло има потенциална енергия, то е способно да извърши работа, когато това тяло падне от високо чдо нула. Работата на гравитацията е равна на промяната в потенциалната енергия на тялото, взета с обратен знак:

Често в задачите за енергия трябва да намерите работа, за да повдигнете (преобърнете, измъкнете от ямата) тялото. Във всички тези случаи е необходимо да се вземе предвид движението не на самото тяло, а само на неговия център на тежестта.

Потенциалната енергия Ep зависи от избора на нулевото ниво, тоест от избора на началото на оста OY. Във всеки проблем нулевото ниво е избрано от съображения за удобство. Физическо значение има не самата потенциална енергия, а нейната промяна, когато тялото се движи от една позиция в друга. Тази промяна не зависи от избора на нулево ниво.

Потенциална енергия на разтегната пружинаизчислено по формулата:

където: к- твърдост на пружината. Опъната (или компресирана) пружина е в състояние да задвижи прикрепено към нея тяло, тоест да придаде кинетична енергия на това тяло. Следователно такава пружина има резерв от енергия. Разтягане или компресия хтрябва да се изчисли от недеформираното състояние на тялото.

Потенциалната енергия на еластично деформирано тяло е равна на работата на еластичната сила при прехода от дадено състояниедо състояние на нулева деформация. Ако в първоначалното състояние пружината вече е деформирана и нейното удължение е равно на х 1 , след това при преминаване в ново състояние с удължение х 2, еластичната сила ще извърши работа, равна на промяната в потенциалната енергия, взета с обратен знак (тъй като еластичната сила винаги е насочена срещу деформацията на тялото):

Потенциалната енергия по време на еластична деформация е енергията на взаимодействие на отделни части на тялото една с друга чрез еластични сили.

Работата на силата на триене зависи от изминатото разстояние (този вид сила, чиято работа зависи от траекторията и изминатото разстояние се нарича: дисипативни сили). Понятието потенциална енергия за силата на триене не може да бъде въведено.

Ефективност

Коефициент на ефективност (COP)- характеристика на ефективността на система (устройство, машина) по отношение на преобразуването или преноса на енергия. Определя се от съотношението на използваната полезна енергия към общото количество енергия, получена от системата (формулата вече е дадена по-горе).

Ефективността може да се изчисли както по отношение на работата, така и по отношение на мощността. Полезната и изразходвана работа (мощност) винаги се определя от прости логически разсъждения.

При електродвигателите КПД е съотношението на извършената (полезна) механична работа към получената от източника електрическа енергия. В топлинните двигатели съотношението на полезната механична работа към количеството изразходвана топлина. В електрическите трансформатори съотношението на електромагнитната енергия, получена във вторичната намотка, към енергията, консумирана от първичната намотка.

Поради своята обобщеност концепцията за ефективност дава възможност да се сравняват и оценяват от единна гледна точка различни системи като ядрени реактори, електрически генератори и двигатели, топлоелектрически централи, полупроводникови устройства, биологични обекти и др.

Поради неизбежните загуби на енергия от триене, нагряване на околните тела и др. Ефективността винаги е по-малка от единица.Съответно ефективността се изразява като част от изразходваната енергия, тоест като правилна част или като процент, и е безразмерна величина. Ефективността характеризира колко ефективно работи дадена машина или механизъм. Коефициентът на полезно действие на топлоелектрическите централи достига 35-40%, двигателите с вътрешно горене с компресор и предварително охлаждане - 40-50%, динамото и генераторите с голяма мощност - 95%, трансформаторите - 98%.

Задачата, в която трябва да намерите ефективността или е известна, трябва да започнете с логично разсъждение - каква работа е полезна и каква е изразходвана.

Закон за запазване на механичната енергия

пълна механична енергиясумата от кинетичната енергия (т.е. енергията на движение) и потенциала (т.е. енергията на взаимодействие на телата от силите на гравитацията и еластичността) се нарича:

Ако механичната енергия не преминава в други форми, например във вътрешна (топлинна) енергия, тогава сумата от кинетичната и потенциалната енергия остава непроменена. Ако механичната енергия се преобразува в топлинна енергия, тогава промяната в механичната енергия е равна на работата на силата на триене или загубите на енергия или количеството отделена топлина и т.н., с други думи, промяната в общата механична енергия е равно на работата на външните сили:

Сумата от кинетичните и потенциалните енергии на телата, които образуват затворена система (т.е. такава, в която не действат външни сили и тяхната работа е равна съответно на нула) и взаимодействащи помежду си чрез гравитационни сили и еластични сили, остава непроменена:

Това твърдение изразява закон за запазване на енергията (LSE) в механични процеси. То е следствие от законите на Нютон. Законът за запазване на механичната енергия се изпълнява само когато телата в затворена система взаимодействат помежду си чрез сили на еластичност и гравитация. Във всички задачи по закона за запазване на енергията винаги ще има поне две състояния на системата от тела. Законът казва, че общата енергия на първото състояние ще бъде равна на общата енергия на второто състояние.

Алгоритъм за решаване на задачи по закона за запазване на енергията:

1. Намерете точките на началното и крайното положение на тялото.
2. Запишете какви или какви енергии има тялото в тези точки.
3. Приравнете началната и крайната енергия на тялото.
4. Добавете други необходими уравнения от предишни теми по физика.
5. Решете полученото уравнение или система от уравнения с помощта на математически методи.

Важно е да се отбележи, че законът за запазване на механичната енергия позволява да се получи връзка между координатите и скоростите на тялото в две различни точкитраектории, без да се анализира закона за движение на тялото във всички междинни точки. Прилагането на закона за запазване на механичната енергия може значително да опрости решаването на много проблеми.

В реални условия върху почти винаги движещите се тела, наред със силите на гравитацията, силите на еластичността и други сили, действат силите на триене или силите на съпротивление на средата. Работата на силата на триене зависи от дължината на пътя.

Ако между телата, които образуват затворена система, действат сили на триене, тогава механичната енергия не се запазва. Част от механичната енергия се преобразува във вътрешна енергия на телата (нагряване). По този начин енергията като цяло (т.е. не само механичната енергия) се запазва във всеки случай.

При всякакви физически взаимодействия енергията не възниква и не изчезва. Променя се само от една форма в друга. Този експериментално установен факт изразява основния закон на природата - закон за запазване и преобразуване на енергията.

Едно от последствията от закона за запазване и трансформация на енергията е твърдението, че е невъзможно да се създаде „вечен двигател“ (perpetuum mobile) - машина, която може да върши работа за неопределено време, без да консумира енергия.

Разни работни задачи

Ако трябва да намерите механична работа в проблема, първо изберете метода за намирането му:

1. Работните места могат да бъдат намерени по формулата: А = FS cos α . Намерете силата, която извършва работата, и количеството на преместване на тялото под действието на тази сила в избраната отправна система. Имайте предвид, че ъгълът трябва да бъде избран между векторите на силата и изместването.
2. Работата на външна сила може да се намери като разликата между механичната енергия в крайната и началната ситуации. Механичната енергия е равна на сумата от кинетичната и потенциалната енергия на тялото.
3. Работата, извършена за повдигане на тяло с постоянна скорост, може да се намери по формулата: А = mgh, където ч- височината, до която се издига център на тежестта на тялото.
4. Работата може да се намери като продукт на сила и време, т.е. по формулата: А = Пт.
5. Работата може да се намери като площ на фигура под графика на сила спрямо изместване или мощност спрямо време.

Законът за запазване на енергията и динамиката на въртеливото движение

Задачите от тази тема са доста сложни математически, но с познаване на подхода се решават по напълно стандартен алгоритъм. Във всички задачи ще трябва да вземете предвид въртенето на тялото във вертикалната равнина. Решението ще се сведе до следната последователност от действия:

1. Необходимо е да определите точката, която ви интересува (точката, в която е необходимо да се определи скоростта на тялото, силата на опън на нишката, теглото и т.н.).
2. Запишете втория закон на Нютон в този момент, като се има предвид, че тялото се върти, тоест има центростремително ускорение.
3. Запишете закона за запазване на механичната енергия, така че да съдържа скоростта на тялото в тази много интересна точка, както и характеристиките на състоянието на тялото в някакво състояние, за което се знае нещо.
4. В зависимост от условието изразете скоростта на квадрат от едно уравнение и го заменете в друго.
5. Извършете останалите необходими математически операции, за да получите крайния резултат.

Когато решавате проблеми, помнете, че:

• Условието за преминаване на горната точка по време на въртене на нишките с минимална скорост е силата на реакция на опората нв горната точка е 0. Същото условие е изпълнено при преминаване през горната точка на мъртвия цикъл.
• При въртене на прът условието за преминаване на целия кръг е: минималната скорост в горната точка е 0.
• Условието за отделяне на тялото от повърхността на сферата е силата на реакция на опората в точката на отделяне да е нула.

Нееластични сблъсъци

Законът за запазване на механичната енергия и законът за запазване на импулса позволяват да се намерят решения на механични проблеми в случаите, когато действащите сили са неизвестни. Пример за такива проблеми е ударното взаимодействие на телата.

Удар (или сблъсък)Прието е да се нарича краткотрайно взаимодействие на телата, в резултат на което техните скорости претърпяват значителни промени. По време на сблъсък на тела между тях действат краткотрайни ударни сили, чиято величина като правило е неизвестна. Следователно е невъзможно въздействието да се разглежда директно с помощта на законите на Нютон. Прилагането на законите за запазване на енергията и импулса в много случаи позволява да се изключи процесът на сблъсък от разглеждане и да се получи връзка между скоростите на телата преди и след сблъсъка, заобикаляйки всички междинни стойности на тези количества.

Човек често трябва да се занимава с въздействието на взаимодействието на телата в ежедневието, в техниката и във физиката (особено във физиката на атома и елементарните частици). В механиката често се използват два модела на ударно взаимодействие - абсолютно еластични и абсолютно нееластични удари.

Абсолютно нееластично въздействиеТакова ударно взаимодействие се нарича, при което телата са свързани (слепени) едно с друго и се движат като едно тяло.

При съвършено нееластичен удар механичната енергия не се запазва. Тя частично или напълно преминава във вътрешната енергия на телата (нагряване). За да опишете въздействията, трябва да запишете както закона за запазване на импулса, така и закона за запазване на механичната енергия, като вземете предвид отделената топлина (много е желателно първо да нарисувате чертеж).

Абсолютно еластично въздействие

Абсолютно еластично въздействиесе нарича сблъсък, при който механичната енергия на система от тела се запазва. В много случаи сблъсъците на атоми, молекули и елементарни частици се подчиняват на законите на абсолютно еластичния удар. При абсолютно еластичен удар наред със закона за запазване на импулса се изпълнява и законът за запазване на механичната енергия. Прост примерАбсолютно еластичен сблъсък може да бъде централният удар на две билярдни топки, едната от които е била в покой преди сблъсъка.

централен удартопки се нарича сблъсък, при който скоростите на топките преди и след удара са насочени по линията на центровете. По този начин, използвайки законите за запазване на механичната енергия и импулса, е възможно да се определят скоростите на топките след сблъсъка, ако са известни скоростите им преди сблъсъка. Централният удар много рядко се прилага на практика, особено ако говорим сиза сблъсъци на атоми или молекули. При нецентрален еластичен сблъсък скоростите на частиците (топките) преди и след сблъсъка не са насочени по една и съща права линия.

Специален случай на нецентрален еластичен удар е сблъсъкът на две билярдни топки с еднаква маса, едната от които е била неподвижна преди сблъсъка, а скоростта на втората не е насочена по линията на центровете на топките. В този случай векторите на скоростта на топките след еластичен сблъсък винаги са насочени перпендикулярно един на друг.

Закони за опазване. Трудни задачи

Множество тела

В някои задачи върху закона за запазване на енергията кабелите, с които се движат някои обекти, могат да имат маса (тоест да не са в безтегловност, както може би вече сте свикнали). В този случай трябва да се вземе предвид и работата по преместването на такива кабели (а именно техните центрове на тежест).

Ако две тела, свързани с безтегловен прът, се въртят във вертикална равнина, тогава:

1. изберете нулево ниво, за да изчислите потенциалната енергия, например на нивото на оста на въртене или на нивото на най-ниската точка, където се намира един от товарите, и направете чертеж;
2. е написан законът за запазване на механичната енергия, в който от лявата страна е записана сумата от кинетичната и потенциалната енергия на двете тела в първоначалната ситуация, а сумата от кинетичната и потенциалната енергия на двете тела в крайната ситуация е изписано от дясната страна;
3. вземете предвид, че ъгловите скорости на телата са еднакви, тогава линейните скорости на телата са пропорционални на радиусите на въртене;
4. ако е необходимо, запишете втория закон на Нютон за всяко от телата поотделно.

Избухване на снаряд

При избухване на снаряда се отделя експлозивна енергия. За да се намери тази енергия, е необходимо да се извади механичната енергия на снаряда преди експлозията от сумата на механичните енергии на фрагментите след експлозията. Ще използваме и закона за запазване на импулса, записан под формата на косинусова теорема (векторен метод) или под формата на проекции върху избрани оси.

Сблъсъци с тежка плоча

Пуснете към тежка плоча, която се движи със скорост v, лека топка от маса се движи мсъс скорост uн. Тъй като импулсът на топката е много по-малък от импулса на плочата, скоростта на плочата няма да се промени след удара и тя ще продължи да се движи със същата скорост и в същата посока. В резултат на еластично въздействие топката ще излети от плочата. Тук е важно да се разбере това скоростта на топката спрямо плочата няма да се промени. В този случай за крайната скорост на топката получаваме:

По този начин скоростта на топката след удара се увеличава с два пъти скоростта на стената. Подобен аргумент за случая, когато топката и плочата са се движели в една и съща посока преди удара, води до резултата, че скоростта на топката е намалена с два пъти скоростта на стената:

Във физиката и математиката, наред с други неща, трябва да бъдат изпълнени три основни условия:

1. Проучете всички теми и изпълнете всички тестове и задачи, дадени в учебните материали на този сайт. За да направите това, не ви трябва абсолютно нищо, а именно: да отделяте три до четири часа всеки ден за подготовка за CT по физика и математика, изучаване на теория и решаване на задачи. Факт е, че CT е изпит, при който не е достатъчно само да знаете физика или математика, трябва също да можете бързо и без грешки да решавате голям бройзадачи за различни темии различна сложност. Последното може да се научи само чрез решаване на хиляди проблеми.
2. Научете всички формули и закони във физиката и формули и методи в математиката. Всъщност също е много лесно да се направи това, има само около 200 необходими формули във физиката и дори малко по-малко в математиката. Във всеки от тези предмети има около дузина стандартни методи за решаване на проблеми. начално нивотрудности, които също могат да бъдат научени, и по този начин, напълно автоматично и без затруднения, решават по-голямата част от дигиталната трансформация в точното време. След това ще трябва да мислите само за най-трудните задачи.
3. Явете се и на трите етапа на репетиционното изпитване по физика и математика. Всеки RT може да бъде посетен два пъти, за да се решат и двете опции. Отново, на CT, в допълнение към способността за бързо и ефективно решаване на проблеми и познаването на формули и методи, е необходимо също да можете да планирате правилно времето, да разпределяте силите и най-важното да попълвате правилно формуляра за отговор , без да бъркате нито номерата на отговорите и задачите, нито собственото си име. Освен това по време на RT е важно да свикнете със стила на задаване на въпроси в задачите, което може да изглежда много необичайно за неподготвен човек на DT.

Успешното, усърдно и отговорно изпълнение на тези три точки ще ви позволи да покажете отличен резултат на CT, максимума от това, на което сте способни.

Открихте грешка?

Ако смятате, че сте открили грешка в учебни материали, тогава пишете, моля, за това по пощата. Можете също да докладвате за грешка в социална мрежа(). В писмото посочете предмета (физика или математика), името или номера на темата или теста, номера на задачата или мястото в текста (страницата), където според вас има грешка. Също така опишете каква е предполагаемата грешка. Писмото ви няма да остане незабелязано, грешката или ще бъде коригирана, или ще ви бъде обяснено защо не е грешка.

Конят дърпа каруцата с известна сила, нека го обозначим Есцепление. Дядо, който седи на каруцата, я притиска с някаква сила. Нека го обозначим Еналягане Количката се движи по посока на силата на теглене на коня (надясно), но по посока на силата на натиск на дядото (надолу), количката не се движи. Следователно във физиката се казва така Есцеплението работи върху количката и Еналягането не върши работа на количката.

Така, работа, извършена от сила върху тяло механична работа - физическо количество, чийто модул е ​​равен на произведението на силата и пътя, изминат от тялото по посоката на действие на тази силас:

В чест на английския учен Д. Джаул е наречена единицата за механична работа 1 джаул(според формулата 1 J = 1 N m).

Ако върху разглежданото тяло действа определена сила, то върху него действа определено тяло. Ето защо работата на силата върху тялото и работата на тялото върху тялото са пълни синоними.Работата на първото тяло върху второто и работата на второто тяло върху първото обаче са частични синоними, тъй като модулите на тези работи винаги са равни и знаците им винаги са противоположни. Ето защо знакът "±" присъства във формулата. Нека обсъдим признаците на работа по-подробно.

Числените стойности на силата и пътя винаги са неотрицателни стойности. Обратно, механичната работа може да има както положителни, така и отрицателни знаци. Ако посоката на силата съвпада с посоката на движение на тялото, то работата, извършена от силата, се счита за положителна.Ако посоката на силата е противоположна на посоката на движение на тялото, работата, извършена от силата, се счита за отрицателна.(взимаме "-" от формулата "±"). Ако посоката на движение на тялото е перпендикулярна на посоката на силата, то такава сила не върши работа, тоест A = 0.

Разгледайте три илюстрации за три аспекта на механичната работа.

Извършването на работа със сила може да изглежда различно от гледна точка на различни наблюдатели.Помислете за пример: момиче се вози в асансьор нагоре. Извършва ли механична работа? Едно момиче може да работи само върху онези тела, върху които действа насила. Има само едно такова тяло - кабината на асансьора, тъй като момичето притиска пода с тежестта си. Сега трябва да разберем дали кабината върви по някакъв начин. Разгледайте два варианта: с неподвижен и движещ се наблюдател.

Нека първо момчето наблюдател седне на земята. Спрямо него кабината на асансьора се движи нагоре и изминава някакъв път. Теглото на момичето е насочено в обратна посока - надолу, следователно момичето извършва отрицателна механична работа върху кабината: Адевици< 0. Вообразим, что мальчик-наблюдатель пересел внутрь кабины движущегося лифта. Как и ранее, вес девочки действует на пол кабины. Но теперь по отношению к такому наблюдателю кабина лифта не движется. Поэтому с точки зрения наблюдателя в кабине лифта девочка не совершает механическую работу: А dev = 0.

За да можем да характеризираме енергийните характеристики на движението, беше въведена концепцията за механична работа. И това беше за нея в нея различни проявистатията е посветена. Разбирането на темата е едновременно лесно и доста сложно. Авторът искрено се опита да го направи по-разбираем и разбираем и можем само да се надяваме, че целта е постигната.

Какво е механична работа?

Как се нарича? Ако върху тялото действа някаква сила и в резултат на действието на тази сила тялото се движи, тогава това се нарича механична работа. Когато се подходи от гледна точка научна философиятук можем да подчертаем няколко допълнителни аспекта, но статията ще покрие темата от гледна точка на физиката. Механичната работа не е трудна, ако помислите внимателно върху думите, написани тук. Но думата "механичен" обикновено не се пише и всичко се свежда до думата "работа". Но не всяка работа е механична. Тук човек седи и мисли. Работи ли? Психически да! Но механична работа ли е? Не. Ами ако човекът ходи? Ако тялото се движи под въздействието на сила, тогава това е механична работа. Всичко е просто. С други думи, силата, действаща върху тялото, извършва (механична) работа. И още нещо: това е работата, която може да характеризира резултата от действието на определена сила. Така че, ако човек ходи, тогава определени сили (триене, гравитация и т.н.) извършват механична работа върху човек и в резултат на тяхното действие човек променя точката си на местоположение, с други думи, той се движи.

Работата като физична величина е равна на силата, която действа върху тялото, умножена по пътя, който тялото е направило под въздействието на тази сила и в указаната от нея посока. Можем да кажем, че е извършена механична работа, ако са изпълнени едновременно 2 условия: силата действа върху тялото и то се движи в посоката на своето действие. Но не се извършва или не се извършва, ако силата е действала и тялото не е променило местоположението си в координатната система. Ето малки примери, при които не се извършва механична работа:

1. Така че човек може да падне върху огромен камък, за да го премести, но няма достатъчно сила. Силата действа върху камъка, но той не се движи и не се извършва работа.
2. Тялото се движи в координатната система и силата е равна на нула или всички са компенсирани. Това може да се наблюдава при движение по инерция.
3. Когато посоката, в която се движи тялото, е перпендикулярна на силата. Когато влакът се движи по хоризонтална линия, силата на гравитацията не върши своята работа.

В зависимост от определени условия механичната работа може да бъде отрицателна и положителна. Така че, ако посоките, силите и движенията на тялото са еднакви, тогава се получава положителна работа. Пример положителна работае ефектът на гравитацията върху падаща капка вода. Но ако силата и посоката на движение са противоположни, тогава възниква отрицателна механична работа. Пример за такъв вариант е издигащ се нагоре балон и гравитация, която извършва отрицателна работа. Когато едно тяло е подложено на въздействието на няколко сили, такава работа се нарича "резултантна работа на силата".

Характеристики на практическото приложение (кинетична енергия)

Преминаваме от теория към практическа част. Отделно трябва да говорим за механичната работа и нейното използване във физиката. Както мнозина вероятно си спомнят, цялата енергия на тялото е разделена на кинетична и потенциална. Когато един обект е в равновесие и не се движи никъде, потенциалната му енергия е равна на общата енергия, а кинетичната му енергия е нула. Когато започне движението, потенциалната енергия започва да намалява, кинетичната енергия да се увеличава, но общо те са равни на общата енергия на обекта. За материална точка кинетичната енергия се определя като работата на силата, която е ускорила точката от нула до стойността H, а под формата на формула кинетиката на тялото е ½ * M * H, където M е масата. За да разберете кинетичната енергия на обект, който се състои от много частици, трябва да намерите сумата от цялата кинетична енергия на частиците и това ще бъде кинетичната енергия на тялото.

Характеристики на практическото приложение (потенциална енергия)

В случай, че всички сили, действащи върху тялото, са консервативни и потенциалната енергия е равна на общата, тогава не се извършва работа. Този постулат е известен като закон за запазване на механичната енергия. Механичната енергия в затворена система е постоянна във времевия интервал. Законът за запазване се използва широко за решаване на задачи от класическата механика.

Характеристики на практическото приложение (термодинамика)

В термодинамиката работата, извършена от газ по време на разширение, се изчислява чрез интеграла на налягането, умножено по обема. Този подход е приложим не само в случаите, когато има точна функция на обема, но и за всички процеси, които могат да бъдат показани в равнината налягане/обем. Познаването на механичната работа също се прилага не само за газовете, но и за всичко, което може да упражнява натиск.

Характеристики на практическото приложение на практика (теоретична механика)

AT теоретична механикавсички свойства и формули, описани по-горе, са разгледани по-подробно, по-специално това са прогнози. Тя също така дава своя собствена дефиниция за различни формули за механична работа (пример за дефиниция за интеграла на Римър): границата, към която се стреми сумата от всички сили елементарни работи, когато фиността на дяла клони към нула, се нарича работа на силата по кривата. Вероятно трудно? Но нищо, с теоретичната механика всичко. Да, и цялата механична работа, физика и други трудности са приключили. По-нататък ще има само примери и заключение.

Механични работни единици

SI използва джаули за измерване на работата, докато GHS използва ergs:

1. 1 J = 1 kg m²/s² = 1 Nm
2. 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 дин cm
3. 1 erg = 10 −7 J

Примери за механична работа

За да разберете най-накрая такова понятие като механична работа, трябва да изучите няколко отделни примера, които ще ви позволят да го разгледате от много, но не всички страни:

1. Когато човек повдига камък с ръцете си, тогава се извършва механична работа с помощта на мускулната сила на ръцете;
2. Когато влакът се движи по релсите, той се тегли от теглителната сила на трактора (електрически локомотив, дизелов локомотив и др.);
3. Ако вземете пистолет и стреляте от него, тогава благодарение на силата на натиск, която създават праховите газове, работата ще бъде свършена: куршумът се движи по цевта на пистолета в същото време, когато скоростта на самия куршум се увеличава ;
4. Има и механична работа, когато силата на триене действа върху тялото, принуждавайки го да намали скоростта на движението си;
5. Горният пример с топките, когато те се издигат в обратна посока спрямо посоката на гравитацията, също е пример за механична работа, но освен гравитацията действа и силата на Архимед, когато всичко по-леко от въздуха се издига.

Какво е сила?

И накрая, искам да засегна темата за властта. Работата, извършена от сила за една единица време, се нарича мощност. Всъщност мощността е такова физическо количество, което е отражение на съотношението на работата към определен период от време, през който е извършена тази работа: M = P / B, където M е мощност, P е работа, B е време. SI единицата за мощност е 1 ват. Един ват е равен на мощността, която извършва работата на един джаул за една секунда: 1 W = 1J \ 1s.

AT ЕжедневиетоЧесто срещаме понятието работа. Какво означава тази дума във физиката и как да се определи работата на еластична сила? Отговорите на тези въпроси ще намерите в статията.

механична работа

Работата е скаларна алгебрична величина, която характеризира връзката между сила и преместване. Ако посоката на тези две променливи съвпада, тя се изчислява по следната формула:

• Е- модул на вектора на силата, която извършва работата;
• С- модул на вектора на преместване.

Силата, която действа върху тялото, не винаги върши работа. Например, работата на гравитацията е нула, ако нейната посока е перпендикулярна на движението на тялото.

Ако векторът на силата образува ненулев ъгъл с вектора на изместване, тогава трябва да се използва друга формула за определяне на работата:

A=FScosα

α - ъгъл между векторите на сила и преместване.

означава, механична работа е произведението на проекцията на силата върху посоката на изместване и модула на изместване или произведението на проекцията на изместването върху посоката на силата и модула на тази сила.

знак за механична работа

В зависимост от посоката на силата спрямо преместването на тялото, работата А може да бъде:

• положителен (0°≤ α<90°);
• отрицателен (90°<α≤180°);
• нула (α=90°).

Ако A>0, тогава скоростта на тялото се увеличава. Пример е ябълка, падаща от дърво на земята. За<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

Мерната единица за работа в SI (Международна система от единици) е джаул (1N*1m=J). Джаул е работата на сила, чиято стойност е 1 нютон, когато тяло се премести на 1 метър в посоката на силата.

Работата на еластичната сила

Работата на една сила може да се определи и графично. За това се изчислява площта на криволинейната фигура под графиката F s (x).

И така, според графиката на зависимостта на еластичната сила от удължението на пружината е възможно да се изведе формулата за работата на еластичната сила.

То е равно на:

A=kx 2 /2

• к- твърдост;
• х- абсолютно удължение.

Какво научихме?

Механичната работа се извършва, когато върху тялото действа сила, която води до движение на тялото. В зависимост от ъгъла, който възниква между силата и преместването, работата може да бъде нула или да има отрицателен или положителен знак. Използвайки еластичната сила като пример, научихте за графичен начин за определяне на работата.