معادلة حساب الشغل في الفيزياء. عمل ميكانيكي. الطاقة (Zotov A.E.)
هل تعرف ما هو العمل؟ بدون اي شك. ما هو العمل ، كل شخص يعرف ، بشرط أن يكون قد ولد ويعيش على كوكب الأرض. ما هو العمل الميكانيكي؟
هذا المفهوم معروف أيضًا لمعظم الناس على هذا الكوكب ، على الرغم من أن بعض الأفراد لديهم فكرة غامضة نوعًا ما عن هذه العملية. لكن الأمر لا يتعلق بهم الآن. حتى عدد أقل من الناس لديهم أي فكرة عما العمل الميكانيكي من وجهة نظر الفيزياء.في الفيزياء ، العمل الميكانيكي ليس عمل الإنسان من أجل الطعام ، إنه كمية مادية يمكن أن تكون غير مرتبطة تمامًا بشخص أو بأي كائن حي آخر. كيف ذلك؟ الآن دعنا نكتشف ذلك.
العمل الميكانيكي في الفيزياء
دعنا نعطي مثالين. في المثال الأول ، تصطدم مياه النهر بالهاوية ، فتتساقط بشكل صاخب على شكل شلال. المثال الثاني هو الشخص الذي يحمل شيئًا ثقيلًا على أذرع ممدودة ، على سبيل المثال ، يحمل سقفًا متصدعًا فوق شرفة. منزل ريفيمن السقوط بينما تبحث زوجته وأطفاله بشكل محموم عن شيء يدعمها. متى يتم العمل الميكانيكي؟
تعريف العمل الميكانيكي
سيجيب الجميع تقريبًا دون تردد: في الثانية. وسيكونون مخطئين. الحالة هي العكس تماما. في الفيزياء ، يتم وصف العمل الميكانيكي التعريفات التالية:يتم العمل الميكانيكي عندما تؤثر قوة على الجسم وتتحرك. عمل ميكانيكييتناسب طرديا مع القوة المطبقة والمسافة المقطوعة.
صيغة العمل الميكانيكي
يتم تحديد العمل الميكانيكي من خلال الصيغة:
حيث أ هو العمل ،
F - القوة ،
ق - المسافة المقطوعة.
لذلك ، على الرغم من كل بطولة حامل السقف المتعب ، فإن العمل الذي قام به يساوي الصفر ، لكن الماء ، الذي يقع تحت تأثير الجاذبية من جرف مرتفع ، يقوم بأكثر الأعمال الميكانيكية. أي ، إذا دفعنا خزانة ثقيلة دون جدوى ، فإن العمل الذي قمنا به من وجهة نظر الفيزياء سيكون مساويًا للصفر ، على الرغم من حقيقة أننا نطبق الكثير من القوة. لكن إذا حركنا الخزانة مسافة معينة ، فسنعمل مساويًا لحاصل ضرب القوة المؤثرة بالمسافة التي حركناها للجسم.
وحدة الشغل هي 1 ج.هذا هو الشغل الذي تقوم به قوة مقدارها 1 نيوتن لتحريك جسم مسافة 1 م. إذا كان اتجاه القوة المطبقة يتزامن مع اتجاه حركة الجسم ، إذن نظرا للقوةيرتكب عمل ايجابي. مثال على ذلك عندما ندفع الجسم ويتحرك. وفي حالة تطبيق القوة في الاتجاه المعاكس لحركة الجسم ، على سبيل المثال ، قوة الاحتكاك ، فإن هذه القوة تقوم بعمل سلبي. إذا لم تؤثر القوة المطبقة على حركة الجسم بأي شكل من الأشكال ، فإن القوة الناتجة عن هذا الشغل تساوي صفرًا.
يتم تقديم خصائص الطاقة للحركة على أساس مفهوم العمل الميكانيكي أو عمل القوة.
التعريف 1العمل أ المنجز قوة ثابتة F → ، هي كمية مادية مساوية لمنتج وحدات القوة والإزاحة ، مضروبة في جيب تمام الزاوية α تقع بين متجهات القوة F → والإزاحة →.
هذا التعريفكما هو موضح في الشكل 1. 18. 1.
صيغة العمل مكتوبة على النحو التالي ،
A = F s cos α.
العمل هو كمية قياسية. هذا يجعل من الممكن أن تكون موجبًا عند (0 ° ≤ α< 90 °) , отрицательной при (90 ° < α ≤ 180 °) . Когда задается прямой угол α , тогда совершаемая сила равняется нулю. Единицы измерения работы по системе СИ - джоули (Д ж) .
الجول يساوي الشغل المبذول بواسطة قوة مقدارها 1 نيوتن لتحريك 1 متر في اتجاه القوة.
الصورة 1 . 18. 1. قوة العمل F →: A = F s cos α = F s s
عند إسقاط F s → القوة F → على اتجاه الحركة s → لا تظل القوة ثابتة ، وحساب العمل لحالات النزوح الصغيرة Δ s i تلخيصها وإنتاجها وفقًا للصيغة:
A = ∑ ∆ A i = F s i ∆ s i.
يتم حساب مقدار العمل هذا من الحد (Δ s i → 0) ، وبعد ذلك ينتقل إلى التكامل.
يتم تحديد الصورة الرسومية للعمل من منطقة الشكل المنحني الموجود أسفل الرسم البياني F s (x) من الشكل 1. 18. 2.
الصورة 1 . 18. 2. تعريف الرسمالعمل Δ A i = F s i Δ s i.
مثال على القوة المعتمدة على الإحداثيات هي القوة المرنة للزنبرك ، والتي تخضع لقانون هوك. لتمديد الزنبرك ، من الضروري تطبيق القوة F → ، يتناسب معاملها مع استطالة الزنبرك. يمكن ملاحظة ذلك في الشكل 1. 18. 3.
الصورة 1 . 18. 3. الربيع ممدد. اتجاه القوة الخارجية F → يتزامن مع اتجاه الإزاحة s →. F s = k x ، حيث k هي صلابة الزنبرك.
F → y p p = - F →
يمكن إظهار اعتماد وحدة القوة الخارجية على الإحداثيات س على الرسم البياني باستخدام خط مستقيم.
الصورة 1 . 18. 4. اعتماد وحدة القوة الخارجية على الإحداثيات عند شد الزنبرك.
من الشكل أعلاه ، من الممكن إيجاد عمل على القوة الخارجية للنهاية الحرة اليمنى للربيع ، باستخدام مساحة المثلث. الصيغة سوف تأخذ الشكل
هذه الصيغة قابلة للتطبيق للتعبير عن الشغل الذي تقوم به قوة خارجية عند ضغط الزنبرك. تظهر كلتا الحالتين أن القوة المرنة F → y p p تساوي عمل القوة الخارجية F → ، ولكن مع الإشارة المعاكسة.
التعريف 2
إذا أثرت عدة قوى على الجسم ، فإن صيغة العمل الكلي ستبدو مثل مجموع كل الشغل المبذول عليه. عندما يتحرك الجسم إلى الأمام ، فإن نقاط تطبيق القوى تتحرك بنفس الطريقة ، أي عمل عاممن جميع القوى ستكون مساوية لعمل ناتج القوى المطبقة.
الصورة 1 . 18. 5. نموذج العمل الميكانيكي.
تحديد القوة
التعريف 3قوةهو الشغل المبذول بواسطة قوة لكل وحدة زمنية.
يأخذ سجل الكمية المادية للطاقة ، المشار إليها N ، شكل نسبة العمل A إلى الفاصل الزمني t للعمل المنجز ، أي:
التعريف 4
يستخدم نظام SI الواط (Wt) كوحدة للطاقة ، والتي تساوي قوة القوة التي تعمل بمقدار 1 J في 1 ثانية.
إذا لاحظت وجود خطأ في النص ، فيرجى تمييزه والضغط على Ctrl + Enter
يسحب الحصان العربة ببعض القوة ، دعنا نشير إليها Fشعبية. يضغط عليها الجد الجالس على العربة ببعض القوة. دعنا نشير إليها Fضغط تتحرك العربة في اتجاه قوة جر الحصان (إلى اليمين) ، ولكن في اتجاه قوة ضغط الجد (لأسفل) ، لا تتحرك العربة. لذلك ، في الفيزياء يقولون ذلك Fيعمل الجر على العربة ، و Fالضغط لا يعمل على العربة.
لذا، الشغل الذي تقوم به قوة على الجسم عمل ميكانيكيهي كمية مادية معاملها يساوي المنتجالقوة على المسار الذي يسلكه الجسم على طول اتجاه عمل هذه القوةس:
تكريما للعالم الإنجليزي د. جول ، تم تسمية وحدة العمل الميكانيكي 1 جول(وفقًا للصيغة ، 1 J = 1 N · m).
إذا كانت هناك قوة معينة تؤثر على الجسد المدروس ، فعندئذٍ يعمل عليها جسم معين. لهذا إن عمل القوة على الجسم وعمل الجسم على الجسد مرادفات كاملة.ومع ذلك ، فإن عمل الجسد الأول على الثاني وعمل الجسد الثاني على الأول مترادفات جزئية ، لأن وحدات هذه الأعمال متساوية دائمًا ، وعلاماتها دائمًا معاكسة. هذا هو سبب وجود علامة "±" في الصيغة. دعونا نناقش علامات العمل بمزيد من التفصيل.
القيم العددية للقوة والمسار هي دائمًا قيم غير سالبة. في المقابل ، يمكن أن يكون للعمل الميكانيكي علامات إيجابية وسلبية. إذا كان اتجاه القوة يتزامن مع اتجاه حركة الجسم ، إذن يعتبر العمل الذي تقوم به القوة إيجابيًا.إذا كان اتجاه القوة عكس اتجاه حركة الجسم ، يعتبر العمل الذي تقوم به القوة سالبًا.(نأخذ "-" من صيغة "±"). إذا كان اتجاه حركة الجسم عموديًا على اتجاه القوة ، إذن هذه القوة لا تعمل ، أي A = 0.
ضع في اعتبارك ثلاثة رسوم توضيحية لثلاثة جوانب للعمل الميكانيكي.
قد يبدو أداء العمل بالقوة مختلفًا عن وجهة نظر مختلف المراقبين.تأمل في مثال: فتاة تركب المصعد لأعلى. هل تقوم بعمل ميكانيكي؟ يمكن للفتاة أن تعمل فقط على تلك الهيئات التي تعمل فيها بالقوة. لا يوجد سوى جسم واحد من هذا القبيل - سيارة المصعد ، حيث تضغط الفتاة على الأرض بوزنها. الآن نحن بحاجة إلى معرفة ما إذا كانت المقصورة تسير إلى حد ما. ضع في اعتبارك خيارين: مع مراقب ثابت ومتحرك.
دع الفتى المراقب يجلس على الأرض أولاً. فيما يتعلق بذلك ، تتحرك سيارة المصعد لأعلى وتذهب بعض الشيء. يتم توجيه وزن الفتاة نحو الجانب المعاكس- لأسفل ، لذلك ، تقوم الفتاة بعمل ميكانيكي سلبي في المقصورة: أالعذارى< 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: أديف = 0.
محتوى:يتم توليد التيار الكهربائي من أجل مزيد من استخدامه لأغراض معينة ، لأداء أي عمل. بفضل الكهرباء ، تعمل جميع الأجهزة والأجهزة والمعدات. العمل نفسه هو جهد معين يتم تطبيقه على الحركة الشحنة الكهربائيةإلى المسافة المحددة. تقليديًا ، سيكون هذا العمل داخل قسم الدائرة مساويًا للقيمة العددية للجهد في هذا القسم.
لإجراء الحسابات اللازمة ، من الضروري معرفة كيفية قياس عمل التيار. يتم إجراء جميع الحسابات على أساس البيانات الأولية التي تم الحصول عليها باستخدام أدوات القياس. كلما كانت الشحنة أكبر ، كلما تطلب الأمر مزيدًا من الجهد لتحريكها ، فإن مهمة كبيرةسينجز.
ما يسمى بعمل التيار
التيار الكهربائي ، باعتباره كمية فيزيائية ، في حد ذاته ليس له أي قيمة قيمة عملية. العامل الأكثر أهمية هو عمل التيار الذي يتميز بالعمل الذي يؤديه. العمل نفسه هو إجراء معين في العملية التي يتم فيها تحويل نوع واحد من الطاقة إلى نوع آخر. على سبيل المثال، الطاقة الكهربائيةبمساعدة دوران عمود المحرك ، يتم تحويله إلى طاقة ميكانيكية. عمل التيار الكهربائيهي حركة الشحنات في موصل تحت تأثير الحقل الكهربائي. في الواقع ، كل عمل تحريك الجسيمات المشحونة يتم بواسطة مجال كهربائي.
من أجل إجراء العمليات الحسابية ، يجب اشتقاق صيغة عمل التيار الكهربائي. لإعداد الصيغ ، ستحتاج إلى معلمات مثل القوة الحالية و. نظرًا لأن عمل التيار الكهربائي وعمل المجال الكهربائي هما نفس الشيء ، فسيتم التعبير عنه كمنتج للجهد والشحنة المتدفقة في الموصل. وهذا هو: A = Uq. هذه الصيغة مشتقة من النسبة التي تحدد الجهد في الموصل: U = A / q. ويترتب على ذلك أن الجهد هو عمل المجال الكهربائي A عند نقل جسيم مشحون q.
يتم عرض الجسيم المشحون أو الشحنة نفسها كمنتج للقوة الحالية والوقت المستغرق في حركة هذه الشحنة على طول الموصل: q \ u003d It. في هذه الصيغة ، تم استخدام نسبة القوة الحالية في الموصل: I \ u003d q / t. أي نسبة الشحنة إلى الفترة الزمنية التي تمر فيها الشحنة عبر المقطع العرضي للموصل. في شكلها النهائي ، ستبدو صيغة عمل التيار الكهربائي كمنتج بكميات معروفة: A \ u003d UIt.
في أي وحدات يقاس عمل التيار الكهربائي؟
قبل الحل المباشر لمسألة ماهية قياس عمل التيار الكهربائي ، من الضروري جمع وحدات القياس لجميع الكميات الفيزيائية التي تُحسب بها هذه المعلمة. أي عمل ، إذن ، وحدة قياس هذه الكمية ستكون 1 جول (1 J). يقاس الجهد بالفولت ، ويقاس التيار بالأمبير ، ويقاس الوقت بالثواني. لذا ستبدو وحدة القياس على النحو التالي: 1 J = 1V x 1A x 1s.
بناءً على وحدات القياس التي تم الحصول عليها ، سيتم تحديد عمل التيار الكهربائي على أنه ناتج القوة الحالية في قسم الدائرة ، والجهد في نهايات المقطع والفاصل الزمني الذي يتدفق خلاله التيار عبر الموصل.
يتم القياس باستخدام مقياس الفولتميتر والساعة. تتيح لك هذه الأجهزة حل مشكلة كيفية العثور بشكل فعال القيمة الدقيقةهذه المعلمة. عند تشغيل مقياس التيار الكهربائي والفولتميتر في الدائرة ، من الضروري مراقبة قراءاتهما لفترة زمنية محددة. يتم إدخال البيانات الناتجة في الصيغة ، وبعد ذلك يتم عرض النتيجة النهائية.
يتم الجمع بين وظائف الأجهزة الثلاثة في عدادات كهربائية تأخذ في الاعتبار الطاقة المستهلكة ، وفي الواقع العمل الذي يقوم به التيار الكهربائي. هنا ، يتم استخدام وحدة أخرى - 1 كيلو وات في الساعة ، مما يعني أيضًا مقدار العمل الذي تم إنجازه خلال وحدة زمنية.
