Мощност на работната сила на физиката. Механична работа: Определение и формула
Конят дърпа каруцата с известна сила, нека го обозначим Есцепление. Дядо, седнал на количката, я натиска с някаква сила. Нека го обозначим Еналягане Количката се движи по посока на теглителната сила на коня (надясно), но по посока на силата на натиск на дядото (надолу) каруцата не се движи. Ето защо във физиката го казват така Есцеплението работи върху количката и Еналягането не върши работа на количката.
Така, работа на сила върху тялото или механична работа– физическа величина, чийто модул равно на произведениетосила върху 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 въпросното тяло действа определена сила, то върху него действа някакво 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 техните знаци винаги са противоположни. Ето защо във формулата има знак "±". Нека обсъдим признаците на работа по-подробно.
Числените стойности на силата и пътя винаги са неотрицателни величини. 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 сила, се счита за отрицателна(вземете "–" от формулата "±"). Ако посоката на движение на тялото е перпендикулярна на посоката на силата, то такава сила не извършва никаква работа, тоест A = 0.
Разгледайте три илюстрации на три аспекта на механичната работа.
Извършването на работа със сила може да изглежда различно от гледна точка на различни наблюдатели.Нека разгледаме един пример: момиче се качва в асансьор. Извършва ли механична работа? Едно момиче може да работи само върху онези тела, върху които се действа със сила. Има само едно такова тяло - кабината на асансьора, тъй като момичето притиска пода с тежестта си. Сега трябва да разберем дали кабината върви по определен начин. Да разгледаме 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 определено разстояние. Тежестта на момичето е насочена към противоположната страна- надолу, следователно момичето извършва отрицателна механична работа над кабината: Аразработка< 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.
« Физика - 10 клас"
Законът за запазване на енергията е основен природен закон, който ни позволява да опишем повечето случващи се явления.
Описанието на движението на телата е възможно и с помощта на такива понятия за динамика като работа и енергия.
Спомнете си какво е работа и мощност във физиката.
Тези понятия съвпадат ли с ежедневните представи за тях?
Всички наши ежедневни действия се свеждат до факта, че ние с помощта на мускулите или привеждаме в движение околните тела и поддържаме това движение, или спираме движещите се тела.
Тези тела са инструменти (чук, химикал, трион), в игрите - топки, шайби, фигури за шах. В производството и селско стопанствохората също задвижват инструменти.
Използването на машини увеличава многократно производителността на труда поради използването на двигатели в тях.
Целта на всеки двигател е да задвижи телата и да поддържа това движение, въпреки спирането както от обикновеното триене, така и от „работното“ съпротивление (резачката не трябва просто да се плъзга по метала, но, като се нарязва в него, премахва стружки; плугът трябва разхлабване на земята и др.). В този случай върху движещото се тяло трябва да действа сила от страната на двигателя.
Работа в природата се извършва винаги, когато сила (или няколко сили) от друго тяло (други тела) действа върху тялото по посока на неговото движение или срещу него.
Силата на гравитацията действа, когато капки дъжд или камъни падат от скала. В същото време се извършва работа и от съпротивителната сила, действаща върху падащите капки или върху камъка от въздуха. Еластичната сила също извършва работа, когато огънато от вятъра дърво се изправи.
Дефиниция на работа.
Вторият закон на Нютон в импулсна форма Δ = Δtви позволява да определите как скоростта на тялото се променя по големина и посока, ако върху него действа сила за време Δt.
Влиянието на силите върху телата, което води до промяна на модула на тяхната скорост, се характеризира със стойност, която зависи както от силите, така и от движенията на телата. В механиката тази величина се нарича работа на силата.
Промяната на скоростта по абсолютна стойност е възможна само в случай, че проекцията на силата F r върху посоката на движение на тялото е различна от нула. Именно тази проекция определя действието на силата, която променя скоростта на тялото по модул. Тя върши работата. Следователно работата може да се разглежда като произведение на проекцията на сила F r от модула на преместване |Δ| (фиг. 5.1):
A = F r |Δ|. (5.1)
Ако ъгълът между силата и преместването се означи с α, тогава Fr = Fcosα.
Следователно работата е равна на:
A = |Δ|cosα. (5.2)
Ежедневната ни представа за работа се различава от определението за работа във физиката. Държите тежък куфар и ви се струва, че вършите работа. Обаче от физическа гледна точка работата ви е нула.
Работата на постоянна сила е равна на произведението на модулите на силата и преместването на точката на приложение на силата и косинуса на ъгъла между тях.
Като цяло при движение твърдодвиженията на различните му точки са различни, но при определяне на работата на силата, под която сме Δ ние разбираме движението на неговата точка на приложение. При постъпателното движение на твърдо тяло движението на всички негови точки съвпада с движението на точката на приложение на силата.
Работата, за разлика от силата и преместването, не е векторна, а скаларна величина. Тя може да бъде положителна, отрицателна или нула.
Знакът на работата се определя от знака на косинуса на ъгъла между силата и преместването. Ако α< 90°, то А >0, тъй като косинусът на острите ъгли е положителен. За α > 90° работата е отрицателна, тъй като косинусът на тъпите ъгли е отрицателен. При α = 90° (сила, перпендикулярна на изместването) не се извършва работа.
Ако върху едно тяло действат няколко сили, тогава проекцията на резултантната сила върху преместването е равна на сумата от проекциите на отделните сили:
F r = F 1r + F 2r + ... .
Следователно за работата на резултантната сила получаваме
A = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)
Ако върху едно тяло действат няколко сили, тогава работа на пълно работно време(алгебрична сума от работата на всички сили) е равна на работата на резултантната сила.
Работата, извършена от сила, може да бъде представена графично. Нека обясним това, като изобразим на фигурата зависимостта на проекцията на силата от координатите на тялото, когато се движи по права линия.
След това оставете тялото да се движи по оста OX (фиг. 5.2).
Fcosα = F x, |Δ| = Δ x.
За работата на силата получаваме
A = F|Δ|cosα = F x Δx.
Очевидно площта на правоъгълника, оцветена на фигура (5.3, а), е числено равна на работата, извършена при преместване на тяло от точка с координата x1 до точка с координата x2.
Формула (5.1) е валидна в случая, когато проекцията на силата върху преместването е постоянна. В случай на криволинейна траектория, постоянна или променлива сила, ние разделяме траекторията на малки сегменти, които могат да се считат за праволинейни, и проекцията на силата при малко изместване Δ - постоянен.
След това изчисляване на работата за всяко движение Δ
и след това обобщавайки тези работи, ние определяме работата на силата върху окончателното изместване (фиг. 5.3, b). Работна единица.
Единицата работа може да се установи с помощта на основната формула (5.2). Ако при движение на тяло на единица дължина върху него действа сила, чийто модул равно на едно, а посоката на силата съвпада с посоката на движение на нейната точка на приложение (α = 0), тогава работата ще бъде равна на единица. В Международната система (SI) единицата за работа е джаул (обозначен с J):
1 J = 1 N 1 m = 1 N m.
Джаул- това е работата, извършена от сила от 1 N върху преместване 1, ако посоките на силата и преместването съвпадат.
Често се използват множество единици за работа: килоджаул и мегаджаул:
1 kJ = 1000 J,
1 MJ = 1000000 J.
Работата може да бъде завършена както за голям период от време, така и за много кратък. На практика обаче далеч не е безразлично дали работата може да се извършва бързо или бавно. Времето, през което се извършва работата, определя работата на всеки двигател. Много добра работаМалък електрически мотор може да направи това, но ще отнеме много време. Следователно заедно с работата се въвежда величина, характеризираща скоростта, с която се произвежда - мощност.
Мощността е съотношението на работата А към интервала от време Δt, през който се извършва тази работа, т.е. мощността е скоростта на работа:
Замествайки във формула (5.4) вместо работа A неговия израз (5.2), получаваме
По този начин, ако силата и скоростта на тялото са постоянни, тогава мощността е равна на произведението на големината на вектора на силата по големината на вектора на скоростта и косинуса на ъгъла между посоките на тези вектори. Ако тези количества са променливи, тогава с помощта на формула (5.4) можем да определим средната мощност, подобна на определението Средната скоростдвижения на тялото.
Понятието мощност се въвежда за оценка на работата за единица време, извършена от който и да е механизъм (помпа, кран, двигател на машина и др.). Следователно във формули (5.4) и (5.5) винаги се има предвид теглителна сила.
В SI мощността се изразява в ватове (W).
Мощността е равна на 1 W, ако за 1 s се извърши работа, равна на 1 J.
Заедно с вата се използват по-големи (множествени) единици за мощност:
1 kW (киловат) = 1000 W,
1 MW (мегават) = 1 000 000 W.
Преди да разкрием темата „Как се измерва работата“, е необходимо да направим малко отклонение. Всичко в този свят се подчинява на законите на физиката. Всеки процес или явление може да се обясни въз основа на определени закони на физиката. За всяка измерена величина има единица, в която обикновено се измерва. Мерните единици са постоянни и имат едно и също значение по целия свят.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-1-768x451..jpg 1024w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Система от международни единици
Причината за това е следната. През 1960 г. на Единадесетата генерална конференция по мерки и теглилки беше приета система от измервания, която е призната в целия свят. Тази система е наречена Le Systeme International d’Unités, SI (SI System International). Тази система се превърна в основа за определяне на мерните единици, приети в целия свят, и техните взаимоотношения.
Физически термини и терминология
Във физиката единицата за измерване на работата на силата се нарича J (Джоул) в чест на английския физик Джеймс Джаул, който има голям принос за развитието на клона на термодинамиката във физиката. Един джаул е равен на работата, извършена от сила от един N (нютон), когато нейното приложение се премести с един M (метър) в посоката на силата. Един N (Нютон) е равен на сила от един kg (килограм) маса с ускорение от един m/s2 (метър в секунда) в посоката на силата.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-2-2-210x140.jpg 210w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Формула за намиране на работа
За ваша информация.Във физиката всичко е взаимосвързано; извършването на всяка работа включва извършване на допълнителни действия. Като пример можем да вземем домашен вентилатор. Когато вентилаторът е включен, лопатките на вентилатора започват да се въртят. Въртящите се лопатки влияят на въздушния поток, придавайки му насочено движение. Това е резултатът от работата. Но за извършване на работата е необходимо влиянието на други външни сили, без които действието е невъзможно. Те включват електрически ток, мощност, напрежение и много други свързани стойности.
Електрическият ток в основата си е подреденото движение на електрони в проводник за единица време. Електрическият ток се основава на положително или отрицателно заредени частици. Те се наричат електрически заряди. Означава се с буквите C, q, Kl (Coulomb), кръстен на френския учен и изобретател Шарл Кулон. В системата SI това е мерна единица за броя на заредените електрони. 1 C е равен на обема на заредените частици, преминаващи през напречното сечение на проводник за единица време. Единицата за време е една секунда. Формулата за електрически заряд е показана на фигурата по-долу.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-3-768x486..jpg 848w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Формула за намиране на електрически заряд
Силата на електрическия ток се обозначава с буквата А (ампер). Ампер е единица във физиката, която характеризира измерването на работата на силата, която се изразходва за преместване на заряди по протежение на проводник. В основата си, електричество- това е подреденото движение на електрони в проводник под въздействието електромагнитно поле. Проводникът е материал или разтопена сол (електролит), който има малко съпротивление срещу преминаването на електрони. Силата на електрическия ток се влияе от две физически величини: напрежение и съпротивление. Те ще бъдат обсъдени по-долу. Силата на тока винаги е право пропорционална на напрежението и обратно пропорционална на съпротивлението.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-4-768x552..jpg 800w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Формула за намиране на силата на тока
Както бе споменато по-горе, електрическият ток е подреденото движение на електрони в проводник. Но има едно предупреждение: те се нуждаят от определено въздействие, за да се движат. Този ефект се създава чрез създаване на потенциална разлика. Електрически зарядможе да бъде положителен или отрицателен. Положителни зарядивинаги са склонни към отрицателни заряди. Това е необходимо за баланса на системата. Разликата между броя на положително и отрицателно заредените частици се нарича електрическо напрежение.
Gif?.gif 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-5-768x499.gif 768w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Формула за намиране на напрежение
Мощността е количеството енергия, изразходвано за извършване на един J (джаул) работа за период от една секунда. Мерната единица във физиката се обозначава като W (Watt), в системата SI W (Watt). Тъй като се има предвид електрическата мощност, тук е стойността на изразходваната електрическа енергияза извършване на конкретно действие в рамките на определен период от време.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-6-120x74..jpg 750w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Формула за намиране на електрическа мощност
В заключение трябва да се отбележи, че единицата за измерване на работата е скаларна величина, има връзка с всички клонове на физиката и може да се разглежда от гледна точка не само на електродинамиката или топлотехниката, но и на други раздели. Статията разглежда накратко стойността, характеризираща единицата за измерване на работата на силата.
Видео
Едно от най-важните понятия в механиката е работа на силата .
Работа на силата
Всички физически тела в света около нас се задвижват със сила. Ако върху движещо се тяло в същата или противоположна посока действа сила или няколко сили от едно или повече тела, тогава се казва, че работи се .
Тоест механичната работа се извършва от сила, действаща върху тялото. Така теглителната сила на електрическия локомотив задвижва целия влак, като по този начин извършва механична работа. Велосипедът се задвижва от мускулната сила на краката на колоездача. Следователно тази сила извършва и механична работа.
Във физиката работа на силата наричаме физическо количество, равно на произведението на модула на силата, модула на изместване на точката на прилагане на силата и косинуса на ъгъла между векторите на силата и изместването.
A = F s cos (F, s) ,
Където Е силов модул,
с - модул за пътуване .
Работата винаги се извършва, ако ъгълът между ветровете на силата и изместването не е такъв равен на нула. Ако силата действа в посока, обратна на посоката на движение, количеството работа е отрицателно.
Не се извършва работа, ако върху тялото не действат сили или ако ъгълът между приложената сила и посоката на движение е 90 o (cos 90 o = 0).
Ако кон тегли каруца, тогава мускулната сила на коня или теглителната сила, насочена по посока на движението на каруцата, върши работа. Но силата на гравитацията, с която водачът натиска количката, не върши никаква работа, тъй като е насочена надолу, перпендикулярно на посоката на движение.
Работата на силата е скаларна величина.
Работна единица в системата за измерване SI - джаул. 1 джаул е работата, извършена от сила от 1 нютон на разстояние 1 m, ако посоките на силата и преместването съвпадат.
Ако върху едно тяло или материална точка действат няколко сили, тогава говорим за работа, извършена от тяхната резултантна сила.
Ако приложената сила не е постоянна, тогава нейната работа се изчислява като интеграл:
Мощност
Силата, която привежда тялото в движение, извършва механична работа. Но как се извършва тази работа, бързо или бавно, понякога е много важно да се знае на практика. В крайна сметка същата работа може да се извърши в различно време. Работата, която върши голям електродвигател, може да се извърши от малък мотор. Но за това ще му трябва много повече време.
В механиката има величина, която характеризира скоростта на работа. Това количество се нарича мощност.
Мощността е съотношението на извършената работа за определен период от време към стойността на този период.
N= A /∆ T
А-приорат А = Е с cos α , А s/∆ t = v , следователно
N= Е v cos α = Е v ,
Където Е - сила, v скорост, α – ъгълът между посоката на силата и посоката на скоростта.
Това е мощност – Това скаларно произведениевектор на силата към вектора на скоростта на тялото.
IN международна система SI мощността се измерва във ватове (W).
1 ват мощност е 1 джаул (J) работа, извършена за 1 секунда (s).
Мощността може да се увеличи чрез увеличаване на силата, извършваща работа, или скоростта, с която се извършва тази работа.
