Mekaniikassa vuorovaikuttavien kappaleiden välisen energianvaihtomenettelyn kvantifioimiseksi käytetään käsitettä ”voimamäärä”.
Kehon suoraviivaisella liikkeellä ja jatkuvan voiman ($ \\ ylin linja (F) $) vaikutuksella siihen, joka muodostaa jonkin verran kulmaa $ \\ alpha $ vartalon liikesuunnan kanssa ($ \\ ylin viiva (t) $), voiman työ ($ A $) on määrä yhtä suuri kuin:
Kaavasta (1) seuraa, että $ \\ alpha \\ frac (\\ pi) (2) $: lle voiman työ on positiivinen määrä, ja voiman projektio liikesuuntaan on yhtä suuri kuin kehon nopeusvektorin suunta. $ \\ Alfa \u003d \\ frac (\\ pi) (2) $: lla voimankäyttö on nolla.
Ruumiille altistettuna voima voi muuttua sekä suuruudessa että suunnassa, joten yleisessä tapauksessa lauseketta (1) ei käytetä mekaanisen työn laskemiseen. Toimi seuraavasti. Harkitse kehon äärettömän siirtymää ($ d \\ ylin linja (t) $), jolla voimaa voidaan pitää vakiona ja voiman kohdistuspisteen liike on suoraviivainen. Sitten voiman $ \\ overline (F) $ elementtityötä ($ dA $) siirtymään $ d \\ overline (s) $ kutsutaan skalaarimääränä, joka on yhtä suuri kuin:
missä $ \\ alpha $ on kulma vektoreiden $ \\ overline (F \\) ja \\ d \\ overline (s) $ välillä; $ \\ vasen | d \\ yläviiva (t) \\ oikea | $ on peruspolku. Tässä tapauksessa voiman mekaaninen vaikutus kulkureitille pisteestä toiseen löytyy alkebrallisen summana alkutyöstä yksittäisissä pienissä osissa. Useimmissa tapauksissa summaus korvataan integraatiolla:
Integroituneen (3) laskemiseksi on välttämätöntä tietää voiman riippuvuus radalla etenemissuunnassa ensimmäisestä pisteestä toiseen. Jos voiman riippuvuus polusta asetetaan graafisesti, niin mekaaninen työ on yhtä suuri kuin kaarevan puolisuunnikkaan pinta-ala, jota rajaa abskissa-akseli, yläpuolella kuvaaja F (s), oikealla ja vasemmalla ääripisteiden ordinaattien kanssa.
Työyksikkö kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) on jouli (J). Yksi joule on työ, jonka yhden newtonin voima tekee yhden metrin polulla.
\\ [\\ vasen \u003d 1H \\ cdot 1m \u003d 1J. \\]
Kehon työ ja kineettinen energia, konservatiivisten voimien työ
Alkuperäinen mekaaninen työ on yhtä suuri kuin ruumiin kineettisen energian äärettömän pieni muutos ($ dE_k $):
Voiman työ polun viimeisessä osassa on yhtä suuri kuin kehon kineettisen energian muutos:
$ E_ (k2) ;; E_ (k1) $ ovat kehon kineettisiä energioita suuntauksen viimeisissä ja lähtöpisteissä. Lauseke (5) suoritetaan, kun rungot liikkuvat millä tahansa nopeudella.
Konservatiivisten voimien työ on yhtä suuri kuin vuorovaikutuksessa olevien elinten järjestelmän potentiaalisen energian muutos ($ E_p $):
Kaavat joidenkin voimien toiminnan laskemiseksi
Joustavan voiman työ jousen venyttäessä löytyy seuraavasta:
missä $ k $ on joustokerroin; $ \\ x_2-x_1 $ - jousen jatke, kun sitä muutetaan. Kun jousta venytetään, joustavan voiman työ on negatiivinen.
Coulomb-voiman työ siirtäessä varausta sädevektorin $ (\\ ylin (r)) _ 1 $ määrittämästä pisteestä sädevektorin $ (\\ ylin (r)) _ 2 $ määrittämään pisteeseen on yhtä suuri kuin:
$ r_1 $; $ \\ r_2 $ - työtä kohdistavan voiman kohdistuspisteen suuntauspisteen lähtö- ja loppupisteiden sädevektorien pituus; q_1 $, q_2 $ - sähkölataukset. Kun varausten välinen etäisyys kasvaa, heijastusvoimat suorittavat positiivisen mekaanisen työn ja houkuttelevat voimat suorittavat negatiivisen mekaanisen työn. Coulomb-voiman toiminta ei riipu kehon etenemissuunnasta.
Painovoimien työ lasketaan kaavalla:
$ m_1, m_2 $ - vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden massat; $ \\ gamma $ on gravitaatiovakio. Painovoiman toiminta ei riipu kappaleiden etenemisestä. Sitä määrittelevät vain suuntavektorit lähtöpisteen ja viimeisen pisteen.
Esimerkkejä ratkaisun sisältävistä tehtävistä
Esimerkki 1
Tehtävä. Rungon massa on yhtä suuri kuin $ m $. Häntä nostetaan kiihdytyksellä $ a $. Mikä on nostovoiman työ, jos runko nostetaan korkeuteen $ h $?
Päätös. Tehdään piirustus.
Käyttämällä Newtonin toista lakia, joka perustuu kuvaan 1, löydämme mekaanisen työn suorittavan voiman suuruuden:
Y-akselille suuntautuvassa projektiossa yhtälö (1.1) on muoto:
ilmaisemme F kohdasta (1.2): \\
Jos voima kehon liikkeen aikana pysyy vakiona, löydämme työtä seuraavan kaavan avulla:
missä ongelman olosuhteiden mukaan $ s \u003d h $. Kuviosta 1 voidaan nähdä, että voiman suunta osuu liikesuuntaan, joten työn lopullinen kaava on muoto:
Vastaus. $ A \u003d m \\ vasen (a + g \\ oikea) h $
Esimerkki 2
Tehtävä. Jotkut vartalo, jonka paino on $ m $, nostetaan pystysuoraan ylöspäin maan pinnasta vaikuttaen siihen voimalla $ \\ overline (F) $. Voima vaihtelee korkeuden mukaan lain mukaan: $ \\ overline (F) \u003d - 2m \\ overline (g) (1-Cy) $, missä $ C \u003d const\u003e 0 $. Mitä työtä voima tekee nousun ensimmäisellä kolmanneksella ottaen huomioon painovoimakentän? Kehon alkuperäinen nopeus on nolla.
Päätös. Etsi rungon korkeus. Lain mukaan voiman muutos korkeuden kanssa:
\\ [\\ yliviiva (F) \u003d - 2m \\ yliviiva (g) (1-Cy) (2.1) \\]
on selvää, että vartalo nousee, kunnes voima on yhtä suuri kuin nolla. Tästä ehdosta löydämme nousukorkeuden:
\\ [- 2m \\ ylin (g) \\ vasen (1-Cy \\ oikea) \u003d 0 \\ - 2m \\ ylin (g) \\ ne 0 \\ - 1-Cy \u003d 0 \\ - y \u003d \\ fra (1) (C) .]
Etsimme työtä sen määritelmän avulla muodossa:
missä $ ds \u003d dy $, koska liike tapahtuu Y-akselia pitkin; yhtälöstä $ \\ overline (F) (y) $ seuraa, että $ \\ overline (F) \\ uparrow \\ uparrow d \\ overline (s) $, voimme esittää kaavan (2.2) seuraavasti:
\\) \u003d \\ fra (5 mg) (9C).) \\]
Vastaus. $ A \u003d \\ frac (5 mg) (9C) $
Aihe keskittyy mekaaniseen työhön ja voimaan.
mekaaninen työ on skalaarinen fyysinen määrä, joka luonnehtii ruumiin liikkumista voiman vaikutuksesta. Vakiovoiman vaikutuksena vartalo liikkuu suoraviivaisesti ja liikkuu voiman suuntaan, sitten voima tekee työtä, joka on yhtä suuri kuin tämän voiman moduulin ja siirtomoduulin tulo.
Määritelmästä seuraa työn mittayksikkö metrisessä yksikköjärjestelmässä
Tämä yksikkö on nimetty englantilaisen tutkijan James Prescott Joulen mukaan, joka perustettiin ensin kokeellisesti työn ja lämmön vastaavuus.
Tämä on yksinkertaisin tapaus, kun ruumiin liike ja siihen vaikuttava voima osuvat samaan suuntaan.
Nyt pohditaan, kuinka työ lasketaan, kun voiman suunta ei ole sama kuin kehon liikesuunta. Ota huomioon seuraava kokemus. Lanka heitetään lohkon läpi, jolla roikkuu jonkin massan palkki. Kaksi voimaa vaikuttavat tankoon - painovoima ja kierteiden kireys.
Jos vedät lankaa tasaisesti, runko liikkuu tasaisesti, ja siksi syntyvä runkoon vaikuttava voima on nolla.
Joten vartalo liikkuu jonkin verran, syntyvän voiman työ on myös nolla.
Kierteen jännitysvoima kuitenkin tekee työtä.
Koska yhtenäisellä liikkeellä langan modulo-vetovoima on yhtä suuri kuin rungon paino, voidaan olettaa, että painovoima tekee saman työn suuruudeltaan, mutta negatiivisena.
Tästä voimme päätellä: voimankäyttö voi olla positiivinen, negatiivinen tai yhtä suuri kuin nolla.
Huomaa, että painovoima kehon liikettä vastakkaiseen suuntaan. Tämä seikka ja muut näkökohdat antavat mahdollisuuden ehdottaa yleistä kaavaa vakiovoiman työlle tasaisella suoraviivaisella liikkeellä. Jos voima- ja siirtymävektori on kulma a toisiinsa, tämän voiman työ on yhtä suuri kuin voimamoodin, joka on siirtymämoduulin ja niiden välisen kulman kosinuksen, tulo.
Tämä on yleinen ilmaus jatkuvan voiman työlle.
Tämä kaava osoittaa, että jos kulma voimavektorin suunnan ja siirtymävektorin välillä terävä, tämän kulman kosini on suurempi kuin nolla ja siksi, suurempi kuin nolla on voiman työ.
Jos voimavektori ja siirtymävektori ovat tylppä kulma, tämän kulman kosini on pienempi kuin nolla. Joten ja tämän joukon työ on negatiivinen.
Ja lopuksi, jos voimavektori on kohtisuorassa siirtymävektoriin nähdensitten työ ei tehty (tai pikemminkin tämän voiman työ on nolla).
Jos liikkuvaan vartaloon kohdistetaan useita voimia, niin kukin niistä tekee työn, ja kokonaistyö on yhtä suuri kuin erillisten voimien suorittamien töiden algebrallinen summa.
työtäydellinen voimalla voi olla löytää ja graafisesti. Joten, jos voiman vaikutus vartaloon ei muutu ajan myötä ja osuu liikkeen suuntaan, niin työ tämä voimankäyttö numeerisesti on yhtä suuri kuin alue varjostettu suorakulmio.
Jos voima muuttuu liikkeen aikana, niin tämän voiman työ on myös numeerisesti yhtä suuri kuin käyrän ala. Erityisesti kuvassa on graafi voimasta, joka pienenee lineaarisesti ajettaessa etäisyyteen nollaan. On selvää, että työ tämä voimankäyttö matkalla polulla numeerisesti on yhtä suuri kuin alue kolmio.
Aikaisemmin sanottiin, että mekaniikan päävoimat ovat gravitaatiovoimat (erityisesti painovoima), elastiset voimat ja kitkavoimat.
Analysoidaan yksityiskohtaisemmin näiden joukkojen suorittama työ. Aloitetaan painovoiman vaikutuksesta. Harkitsemme sitä ottaen huomioon, että ruumis sijaitsee pienillä etäisyyksillä maan pinnasta. Tässä tapauksessa painovoima on vakio modulo yhtä suuri
Anna kehon massa m putoaa jostakin korkeudesta h 1 korkeuteen h 2. Tällöin rungon siirtomoduuli on yhtä suuri kuin näiden korkeuksien ero
Koska liikesuunnat ja voimat ovat samat, painovoiman työ on positiivinen ja yhtä suuri kuin painokerroin ja korkeusero.
On muistettava, että rungon korkeudet voidaan laskea mistä tahansa tasosta. Se voi olla maanpinnan, lattian tai pöydän pinta. Valitun tason korkeudeksi otetaan nolla. Siksi tätä tasoa kutsutaan nollaksi. Joten jos ruumis putoaa korkeudesta h nollaan, sitten painovoiman työ on yhtä suuri kuin
Nyt saamme selville mitä työn painovoima tekee, jos vartalo ei liiku pystysuunnassa. Tätä varten harkitse vartalon liikettä kaltevalla tasolla.
Anna jonkin massan ruumiin m teki siirtymän, joka on yhtä suuri kuin absoluuttinen arvo kaltevan tason pituuteen. Painovoiman työ tässä tapauksessa on yhtä suuri kuin
Kuvio osoittaa sen
Siksi myös tässä tapauksessa painovoiman työ on yhtä suuri kuin
Siten saimme saman ilmaisun painovoiman työhön kuin vartalon pystysuuntaisen liikkeen tapauksessa. Tästä seuraa päätelmä, että painovoiman toiminta ei riipu siitä, millä polulla vartalo liikkuu, ja se on aina yhtä suuri kuin painovoiman moduulin ja korkeuden eron kehon alkuperäisessä ja lopullisessa asennossa.
Silloin on selvää jos vartalo liikkuu suljetulla polulla, missä rungon alku- ja lopullinen sijainti ovat samat painovoima on nolla. Muista, että sellaisia \u200b\u200bvoimia, joiden toiminta ei riipu radan muodosta, vaan jotka määräytyvät vain ruumiin alku- ja loppuasennosta avaruudessa, kutsutaan mahdollinen tai konservatiivinen. siksi, painovoima on konservatiivinen voima.
Nyt analysoimme joustavuuden voimalla tehtyä työtä. Joustava voima on voima, joka syntyy, kun vartalo deformoituu ulkoisten vaikutusten vaikutuksesta.
Tarkastellaan järjestelmää, joka koostuu jousesta ja jonkin verran massasta, joka sijaitsee melko sileällä vaakasuoralla pinnalla. Jousen vasen pää on kiinnitetty seinään ja oikea runkoon. Suuntaamme x-akselin kuvan osoittamalla tavalla.
Jos vartaloa siirretään tietty etäisyys tasapainotilasta, niin jousi toimii siihen oikealla suunnatulla elastisella voimalla. Tämän voiman projektiomoduuli akselille härkä määritetään Hooken lailla.
Päästä irti ruumiista. Sitten, jousivoiman vaikutuksesta, vartalo siirtyy oikealle.
Tässä tapauksessa joustava voima tekee työn. Oletetaan, että runko on liikkunut siten, että etäisyys tasapainotilasta on tullut x 2. Ilmeisesti ruumiin siirtomoduuli on yhtä suuri kuin ruumiin alku- ja loppukoordinaattien välinen ero.
Jotta keväältä saataisiin täydellinen työ kehon siirtämiseksi, on otettava huomioon, että elastinen voima muuttuu, koska sen arvo riippuu jousen venymästä. Käytämme kuvaajaa joustavuusmoduulin riippuvuudesta jousen venymisessä.
Se on tiedossa työ voimankäyttö numeerisesti on yhtä suuri kuin alue alapuolella aikataulu voimankäyttö. Tarkasteltavana olevassa tapauksessa tämä on puolisuunnikkaan pinta-ala, jonka perustat ovat jousien joustavat voimat yhdessä ja toisessa asennossa, ja korkeus on rungon siirtymä.
jousivoiman toiminta riippuu vain lähtö- ja loppuasentojen koordinaateista. Kuvio osoittaa sen x 1 ja x 2 - tämä on jousen jatke ja sen lopun koordinaatit valitussa koordinaattijärjestelmässä. siksi, joustavan voiman toiminta ei riipu radan muodosta. jos suunta on suljettu, niin työ on nolla. Tällä tavalla elastinen voima on potentiaalinen voima.
Ja analysoimme kitkan voimalla tehtyä työtä. Harkitse jollain pinnalla olevaa runkoa (esimerkiksi palkki pöydän pinnalla).
Jos painat tankoa, se tulee liikkeelle, mutta pysähtyy hetken kuluttua. Tankoa siirrettäessä siihen vaikuttavat: painovoima, normaali tukireaktiovoima ja liukuva kitkavoima. Näiden kolmen voiman vaikutuksesta palkki liikkuu. Koska painovoimaa kompensoi pöydän normaalin reaktion voima, syntyvä voima on yhtä suuri kuin tankoon vaikuttava kitkavoima. Ja koska kitkavoima on suunnattu siirtymää vastapäätä, tämän voiman työ on negatiivinen (koska kosiinin sata kahdeksankymmentä astetta on yhtä suuri kuin miinus yksi).
Kaavasta seuraa, että kitkavoiman toiminta riippuu rungon liikemoodulista. Ja jopa jos vartalo palaa lähtöpisteeseen, kitkavoiman työ eion nolla. Sellaisia \u200b\u200bvoimia, joiden toiminta riippuu kehon suuntauksen muodosta ja suljetulta polulta, ovat nollia nonpotential tai dissipative (latinaksi - sironta).
Ei pidä kuitenkaan ajatella, että kitkavoimien toiminta on aina negatiivista. Itse asiassa ihminen ja erilaiset koneet liikkuvat maapallolla lepo kitkavoiman ansiosta. Itse asiassa kävellen ihminen toimii maan pinnalla jollain voimalla F 1 (lukuun ottamatta normaalin reaktion voimaa), ja Newtonin kolmannen lain mukaan maapallo vaikuttaa ihmisen jalkaan lepo kitkavoimalla, joka on yhtä suuri kuin ihmisen törmäysvoima, mutta on vastakkaisesti suunnattu. Tämän voiman ansiosta ihminen liikkuu. Lepo kitkan voima on suunnattu samalla tavalla kuin ihmisen nopeus, ja siksi tämän voiman toiminta on positiivinen.
Siksi harkitaan kolmen päävoiman työtä, joihin mekaniikassa kohtaamme useimmiten. Sama työ eri tapauksissa voidaan kuitenkin suorittaa eri aikaväleillä, ts. Se voidaan suorittaa epätasaisesti nopeasti. On selvää, että mitä vähemmän aikaa tämän työn suorittaminen vie, sitä tehokkaampi on kone, mekanismi ja paljon muuta.
Arvolle, joka kuvaa työn suorittamisen nopeutta ja joka on yhtä suuri kuin voimassa suoritetun työn suhde siihen ajanjaksoon, jonka aikana se suoritetaan, kutsutaan teho.
Määritelmän perusteella näemme, että tehoyksikkö on
Tämä yksikkö nimettiin Wattiksi kunniaksi englantilaiselle tiedemiehelle James Wattille - yleisen höyrykoneen keksijälle.
Minkä tahansa kehon liikkeen aikana, yleensä, siihen vaikuttaa useita voimia, joista kukin tekee työtä, ja siksi jokaiselle voimalle voidaan laskea teho. Joten, jos vartalo liikkuu suoraviivaisesti ja siihen kohdistuu vakiovoima, niin se suorittaa samansuuruisen työn
Silloin voiman teho on yhtä suuri kuin tämän voiman toiminnan suhde ajanjaksoon.
Voiman teho on myös yhtä suuri kuin voimamoodin ja nopeusmodulin sekä voimavektorin ja nopeusvektorin suuntien välisen kulman kosini.
Tallennettua kaavaa käyttämällä voit laskea sekä keskimääräisen että hetkellisen tehon korvaamalla keskimääräisen tai hetkellisen nopeuden arvon.
Tuloksena olevasta kaavasta se seuraa tietyllä moottoriteholla pito on pienempi, sitä suurempi on nopeus. Siksi autonkuljettajat, kun kiipeävät ylämäkeen, kun tarvitaan suurinta pitoa, vaihtaa moottorin alemmalle vaihteelle.
Ja niin, mikä tahansa moottori tai mekaaninen laite on tarkoitettu varten suoritus erityinen mekaaninen työ. Tätä työtä kutsutaan hyödyllinen työ. Automoottorille tämä on sen liikuttamisen työ, sorvelle se on työtä osan kääntämisessä.
Missä tahansa koneessa, missä tahansa moottorissa, hyödyllinen työ on kuitenkin aina vähemmän kuin energia, joka kulutetaan niiden käyttämiseen, koska aina on kitkavoimia, joiden työ kuumentaa laitteen kaikkia osia. Ja lämmitystä ei voida pitää koneen hyödyllisenä tuloksena. Siksi jokaiselle laitteelle on ominaista erityinen arvo, joka osoittaa, kuinka tehokkaasti sille toimitettua energiaa käytetään. Tätä määrää kutsutaan suorituskerroin ja jota yleensä merkitään kreikkalaisella kirjeellä h .
Ja niin suorituskerroin kutsutaan koneen tietyn ajanjakson suorittaman hyödyllisen työn suhdetta kaikkiin saman ajanjakson kuluihin töihin (tai toimitettuun energiaan).
Tehokkuus ilmaistaan \u200b\u200byleensä prosentteina. Koska sekä hyödyllistä että käytettyä työtä voidaan edustaa voiman ja ajanjakson, jonka aikana kone työskenteli, tuloksena
Tärkeimmät havainnot:
Pidimme tärkeänä fyysisenä määränä - työtä. Tutkimme yleisimpien voimien - painovoiman, joustavuuden ja kitkan - toimintaa. Toistimme valtakäsityksen ja muistimme myös niin kutsutun mekanismin tehokkuuden.
Tiedätkö mitä työ on? Ei mitään epäilystäkään. Mikä on työ, kaikki tietävät, edellyttäen että hän on syntynyt ja asuu planeetalla Maa. Ja mitä mekaaninen työ on?
Tämä käsite tunnetaan myös useimmille planeetan ihmisille, vaikka joillakin yksilöillä on melko epämääräinen käsitys tästä prosessista. Mutta tämä ei koske heitä nyt. Vielä harvemmalla ihmisellä on käsitys siitä, mitä mekaaninen työ fysiikan kannalta. Fysiikassa mekaaninen työ ei ole ihmisen työtä ruokaa varten, se on fyysinen määrä, joka voi olla täysin riippumaton henkilöstä tai muusta elävästä olennosta. Kuinka niin? Nyt selvitetään se.
Mekaaninen työ fysiikassa
Annamme kaksi esimerkkiä. Ensimmäisessä esimerkissä joen vesi, jota kohtaa kuilu, kohtaa meluisasti vesiputouksen muodossa. Toinen esimerkki on henkilö, jolla on raskaana oleva esine ojennettuna käsissä, esimerkiksi pitää rikkoutuneen katon maatalon kuistilla putoamisesta, kun taas hänen vaimonsa ja lapsensa etsivät kiihkeästi jotain hänen tukemiseksi. Milloin mekaaninen työ tehdään?
Määritelmä mekaanisen työn
Lähes kaikki, epäröimättä, vastaavat: toisessa. Ja he ovat väärässä. Tämä on täysin päinvastainen. Fysiikassa kuvataan mekaaninen työ seuraavat määritelmät: mekaaninen työ suoritetaan, kun voima vaikuttaa vartaloon ja se liikkuu. Mekaaninen työ on suoraan verrannollinen käytettyyn voimaan ja ajettuun matkaan.
Mekaanisen työn kaava
Mekaaninen työ määritetään kaavalla:
A \u003d Fs,
missä A on työ,
F on voima
s on ajettu matka.
Joten väsyneen kattopidikkeen kaikesta sankaruudesta huolimatta hänen tekemä työ on yhtä suuri kuin nolla, mutta vesi, joka on korkealta kalliolta laskenut painovoiman vaikutuksesta, suorittaa mekaanisimman työn. Eli jos työntämme raskasta kaappia epäonnistuneesti, niin fysiikan kannalta tekemämme työ on nollaa, huolimatta siitä, että panostamme paljon vaivaa. Mutta jos siirrämme kaapia tietyn etäisyyden, teemme työn, joka on yhtä suuri kuin sovelletun voiman tulo etäisyydellä, jolla liikutimme vartaloa.
Työyksikkö on 1 J. Tämä on työ, joka tehdään 1 Newtonin voimalla liikuttaessa vartaloa 1 m etäisyydelle. Jos kohdistetun voiman suunta on samanlainen kuin ruumiin liikesuunta, niin tämä voima tekee positiivisen työn. Esimerkki on, kun työntämme vartaloa ja se liikkuu. Ja siinä tapauksessa, että voima kohdistuu vastakkaiseen suuntaan kehon liikkeeseen, esimerkiksi kitkavoima, tämä voima tekee negatiivisen työn. Jos käytetty voima ei vaikuta kehon liikkeeseen, niin tämän työn suorittama voima on nolla.
Liikkeen energiaominaisuuksien karakterisoimiseksi otettiin käyttöön mekaanisen työn käsite. Ja artikkeli on omistettu hänelle useissa muodoissaan. Aihe on ymmärryksen kannalta sekä helppo että melko monimutkainen. Kirjailija yritti vilpittömästi tehdä siitä ymmärrettävän ja ymmärrettävän, ja jäljellä on vain toivoa, että tavoite saavutetaan.
Mitä kutsutaan mekaaniseksi työksi?
Miksi sitä kutsutaan? Jos kehossa toimii jonkin verran voimaa ja toiminnan seurauksena vartalo liikkuu, niin sitä kutsutaan mekaaniseksi työksi. Kun lähestytään tieteellisen filosofian näkökulmasta, tässä voidaan erottaa useita muita näkökohtia, mutta aihe paljastetaan artikkelissa fysiikan näkökulmasta. Mekaaninen työ ei ole vaikeaa, jos mietitään huolellisesti täällä kirjoitettuja sanoja. Mutta sanaa "mekaaninen" ei yleensä kirjoiteta, ja kaikki pelkistetään sanalle "työ". Mutta jokainen työ ei ole mekaaninen. Tässä on mies, joka istuu ja ajattelee. Onko hän töissä? Henkisesti, kyllä! Mutta onko se mekaanista? Nro Ja jos joku menee? Jos vartalo liikkuu voiman vaikutuksesta, niin se on mekaanista työtä. Kaikki on yksinkertaista. Toisin sanoen vartaloon vaikuttava voima suorittaa (mekaanisen) työn. Ja vielä: se on työ, joka voi karakterisoida tietyn voiman tulosta. Joten jos henkilö kävelee, tietyt voimat (kitka, painovoima jne.) Tekevät henkilölle mekaanista työtä, ja heidän toimintansa seurauksena henkilö muuttaa sijaintiaan, toisin sanoen liikkuu.
Työ fyysisenä suurena on yhtä suuri kuin kehossa vaikuttava voima, kerrottuna keholla, jonka vartalo on kulkenut tämän voiman vaikutuksesta ja sen osoittamaan suuntaan. Voimme sanoa, että mekaaninen työ tehtiin, jos 2 ehtoa täyttyivät samanaikaisesti: voima vaikutti vartaloon ja se liikkui toiminnan suuntaan. Mutta sitä ei tapahtunut tai ei tapahdu, jos voima toimi, ja keho ei muuttanut sijaintiaan koordinaattijärjestelmässä. Tässä on joitain esimerkkejä, joissa mekaanista työtä ei tehdä:
- Joten ihminen voi pudota valtavaan lohkareen liikuttaakseen sitä, mutta voimaa ei ole tarpeeksi. Voima vaikuttaa kiviin, mutta se ei liiku, eikä työtä tapahdu.
- Keho liikkuu koordinaattijärjestelmässä ja voima on nolla tai ne kaikki kompensoidaan. Tämä voidaan havaita hitausliikkeen aikana.
- Kun kehon liikesuunta on kohtisuora voiman vaikutukseen. Kun juna liikkuu vaakasuorassa linjassa, painovoima ei tee tehtäväänsä.
Tietyistä olosuhteista riippuen mekaaninen työ on negatiivinen ja positiivinen. Joten, jos suunnat ja voimat sekä kehon liikkeet ovat samat, tapahtuu positiivista työtä. Esimerkki positiivisesta työstä on painovoiman vaikutus putoavaan vesipisaraan. Mutta jos voima ja liikesuunta ovat vastakkaiset, tapahtuu negatiivinen mekaaninen työ. Esimerkki tällaisesta vaihtoehdosta on ylöspäin nouseva ilmapallo ja painovoima, joka tekee negatiivisen työn. Kun vartaloon vaikuttavat useat voimat, tätä työtä kutsutaan "syntyvän voiman työksi".
Käytännön sovelluksen ominaisuudet (kineettinen energia)
Siirtymme teoriasta käytännön osaan. Erikseen meidän pitäisi puhua mekaanisesta työstä ja sen käytöstä fysiikassa. Kuten monet luultavasti muistivat, koko kehon energia on jaettu kineettiseen ja potentiaaliseen. Kun esine on tasapainossa ja ei liiku missään, sen potentiaalienergia on yhtä suuri kuin kokonaisenergia ja kineettisen on nolla. Kun liike alkaa, potentiaalienergia alkaa vähentyä, kineettinen energia kasvaa, mutta yhteensä ne ovat yhtä suuret kuin kohteen kokonaisenergia. Aineelliselle pisteelle kineettinen energia määritellään voimana, joka kiihdytti pisteen nollasta arvoon H, ja kaavassa kehon kinetiikka on ½ * M * H, missä M on massa. Monista hiukkasista koostuvan esineen kineettisen energian tuntemiseksi on välttämätöntä löytää hiukkasten kaiken kineettisen energian summa, ja tämä on kehon kineettinen energia.
Käytännön sovelluksen ominaisuudet (potentiaalinen energia)
Jos kaikki vartaloon vaikuttavat voimat ovat konservatiivisia ja potentiaalienergia on yhtä suuri kuin kokonaismäärä, työtä ei tehdä. Tämä postulaatti tunnetaan mekaanisen energian säilyttämislakina. Mekaaninen energia suljetussa järjestelmässä on vakio aikavälillä. Suojauslakia käytetään laajalti klassisen mekaniikan ongelmien ratkaisemiseen.
Käytännön sovelluksen ominaisuudet (termodynamiikka)
Termodynamiikassa työ, jonka kaasu suorittaa paisumisen aikana, lasketaan paineen kertomalla tilavuudella. Tätä lähestymistapaa voidaan soveltaa paitsi tapauksissa, joissa on tarkka tilavuusfunktio, vaan myös kaikkiin prosesseihin, jotka voidaan näyttää paine- / tilavuustasossa. Lisäksi mekaanisen työn tuntemus ei koske vain kaasuja, vaan myös kaikkea, mikä voi painostaa.
Käytännön sovelluksen ominaisuudet (teoreettinen mekaniikka)
Teoreettisessa mekaniikassa kaikkia yllä olevia ominaisuuksia ja kaavoja tarkastellaan yksityiskohtaisemmin, erityisesti nämä ovat projektiot. Se antaa myös määritelmän mekaanisen työn erilaisille kaavoille (esimerkki Rimmerin integraalin määritelmästä): rajaa, johon kaikkien alkeistyön voimien summa pyrkii, kun väliseinän hienous on nolla, kutsutaan voiman työksi käyrällä. Todennäköisesti vaikea? Mutta ei mitään, teoreettisessa mekaniikassa kaikki. Kyllä, ja kaikki mekaaniset työt, fysiikka ja muut vaikeudet ovat päättyneet. Lisäksi siellä on vain esimerkkejä ja johtopäätöksiä.
Mekaaniset yksiköt
Työn mittaamiseksi SI: ssä käytetään jouleja ja GHS käyttää erg:
- 1 J \u003d 1 kgm² / s² \u003d 1 Nm
- 1 erg \u003d 1 g · cm² / s² \u003d 1 dyne · cm
- 1 erg \u003d 10 - 7 J
Esimerkkejä mekaanisesta työstä
Jotta ymmärrät sellaisen käsitteen kuin mekaaninen työ, sinun tulisi tutkia useita erillisiä esimerkkejä, joiden avulla voit harkita sitä monilta, mutta ei kaikilta puolilta:
- Kun ihminen nostaa kiven käsillään, mekaaninen työ tapahtuu käsien lihasvoiman avulla;
- Kun juna ajaa kiskoilla, sitä vetää traktorin vetovoima (sähköveturi, dieselveturi jne.);
- Jos otat aseen ja ampu siitä, työ tehdään jauhekaasujen aiheuttaman painevoiman ansiosta: luoti liikkuu aseen tynnyriä pitkin samalla kun luodin nopeus kasvaa;
- Mekaanista työtä tehdään, kun kitkavoima vaikuttaa vartaloon pakottaen sen vähentämään liikkeen nopeutta;
- Yllä oleva esimerkki palloista, kun ne nousevat vastakkaiseen suuntaan suhteessa painovoiman suuntaan, on myös esimerkki mekaanisesta työstä, mutta painovoiman lisäksi Archimedesin voima toimii myös silloin, kun kaikki, joka on kevyempi kuin ilma, nousee ylös.
Mikä on valta?
Lopuksi haluan koskea valta-aiheeseen. Voimatyötä, joka tapahtuu yhdessä aikayksikössä, kutsutaan voimaksi. Itse asiassa teho on sellainen fyysinen määrä, joka heijastaa työn suhdetta tiettyyn ajanjaksoon, jonka aikana tämä työ valmistui: M \u003d P / B, missä M on voima, P on työ, B on aika. Tehoyksikkö SI: ssä on 1 W. Vatti on yhtä suuri kuin teho, joka suorittaa yhden joulin tehtävän sekunnissa: 1 W \u003d 1 JJ \\ 1s.
9. Mekaaninen työ ja voima
Jos vartaloon vaikuttava voima aiheuttaa sen liikkeen, niin voiman toiminnalle on ominaista mekaaninen työ
Missä on voiman suunnan ja siirtymän välinen kulma. Kaava pätee tapaukseen, jossa vartalo liikkuu suorassa linjassa ja siihen vaikuttava voima pysyy vakiona. Jos voima muuttuu, niin.
Mekaaninen työ on energian muutoksen mitta. C-järjestelmän työyksikkö on joule (J).
Keskimääräinen teho on arvo, joka on yhtä suuri kuin työn suhde siihen ajanjaksoon, jonka aikana se suoritetaan
Hetkellinen teho määritetään kaavalla. Tämän vuoksi pääsemme mihin v - hetkellinen nopeus.
SI-järjestelmän tehoyksikölle otetaan wattit (W).
Käytännössä käytetään usein järjestelmän ulkopuolista voimayksikköä - hevosvoimaa.
1 h.p. \u003d 735 wattia
10. Kineettinen ja potentiaalinen energia
Fyysistä määrää, joka luonnehtii kehon tai kehojärjestelmän kykyä tehdä työtä, kutsutaan energiaa.
Energia voi johtua kehon liikkeestä tietyllä nopeudella (kineettinen energia), samoin kuin kehon sijainnista potentiaalisessa voimakentässä (potentiaalinen energia).
Kineettinen energia
Harkitse tapausta, kun massa on m voimalla F muuttaa nopeutensa arvoon. Määrittele vartaloon kohdistuvan voiman työ
Koska mekaaninen työ on energian muutoksen mitta, määrä on kehon liikkeestä johtuvaa energiaa.
Energiaa, joka keholla on liikkumisesta johtuen, kutsutaan kineettiseksi.
Voimalla tehty työ kehon nopeutta muutettaessa on yhtä suuri kuin kehon kineettisen energian muutos
Kehon mahdollinen energia painovoiman alalla
Kun vartalo painuu m korkeudesta maan korkeuteen, painovoima tekee työtä
Painovoima on konservatiivinen voima, ja painovoimakenttä on potentiaalinen. Painovoima on yhtä suuri kuin kehon potentiaalienergian muutos, otettuna vastakkaisella merkillä
Kehon potentiaalinen energia painovoiman alalla.
Energiaa, jonka määrää ruumiiden tai saman ruumiin osien suhteellinen sijainti, kutsutaan potentiaaliksi.
11. Kokonaisen mekaanisen energian säilyttämislaki
Harkitse kehon liikettä suljetussa järjestelmässä, jossa vain konservatiiviset voimat toimivat. Olkoon esimerkiksi massakappale m vapaat putoukset. Kun vartalo siirtyy tilasta 1 tilaan 2, painovoima toimii
Samanaikaisesti. Siksi. Muuntamalla tämä lauseke saadaan.
Kehon kineettisen ja potentiaalisen energian summaa kutsutaan kehon mekaaniseksi kokonaisenergiaksi.
Kokonaisen mekaanisen energian säilyttämistä koskevan lain mukaan: vain konservatiivisten voimien kanssa keskenään vuorovaikutuksessa olevan suljetun kappaleiden järjestelmän kokonaismekaaninen energia ei muutu näiden kappaleiden missään liikkeessä. Ainoastaan \u200b\u200bpotentiaalienergian keskinäiset muutokset kineettiseksi ja päinvastoin.
Järjestelmiä, joissa täydellinen mekaaninen energia varastoidaan, kutsutaan konservatiivisiksi.
Järjestelmiä, joissa mekaanista kokonaisenergiaa ei ole konservoitu, kutsutaan dissipiivisiksi (hajoaminen on energian siirtymistä toiseen muotoon, esimerkiksi mekaaniseen sisäiseen).
Yleisessä tapauksessa luonnon energiansäästölaki on muotoiltu seuraavasti:
Kehojen energia ei koskaan katoa eikä ilmesty enää: se vain kääntyy muodosta toiseen tai siirtyy kehosta toiseen.