Формула за изчисляване на работата по физика. Механична работа. Мощност (Зотов А.Е.)
Знаете ли какво е работа? Без никакво съмнение. Всеки човек знае какво е работа, при условие че е роден и живее на планетата Земя. Какво е механична работа?
Тази концепция също е известна на повечето хора на планетата, въпреки че някои хора имат доста неясно разбиране за този процес. Но сега не говорим за тях. Още по-малко хора имат представа какво е това механична работа от гледна точка на физиката.Във физиката механичната работа не е човешки труд за храна, това е физическо количество, което може да не е свързано нито с човек, нито с друго живо същество. Как така? Нека да го разберем сега.
Механична работа във физиката
Нека дадем два примера. В първия пример водите на реката, изправени пред бездна, шумно падат под формата на водопад. Вторият пример е човек, който държи тежък предмет с протегнати ръце, например държи счупен покрив над веранда Вилаот падане, докато жена му и децата му трескаво търсят нещо, което да я подкрепи. Кога се извършва механична работа?
Определение за механична работа
Почти всеки, без колебание, ще отговори: във втория. И ще грешат. Точно обратното е. Във физиката се описва механичната работа със следните определения:Механичната работа се извършва, когато върху тялото действа сила и то се движи. Механична работаправо пропорционална на приложената сила и изминатото разстояние.
Формула за механична работа
Механичната работа се определя по формулата:
където А е работа,
F - сила,
s е изминатото разстояние.
И така, въпреки целия героизъм на уморения покривджия, работата, която е свършил, е нулева, но водата, падаща под въздействието на гравитацията от висока скала, върши най-механичната работа. Тоест, ако бутаме тежък шкаф неуспешно, тогава работата, която сме свършили от гледна точка на физиката, ще бъде равна на нула, въпреки факта, че прилагаме много сила. Но ако преместим шкафа на определено разстояние, тогава ще извършим работа, равна на произведението на приложената сила и разстоянието, на което сме преместили тялото.
Единицата за работа е 1 J. Това е работата, извършена от сила от 1 нютон за преместване на тяло на разстояние 1 м. Ако посоката на приложената сила съвпада с посоката на движение на тялото, тогава дадена властангажира положителна работа. Пример е когато бутнем тяло и то се движи. И в случай, че се прилага сила в посока, обратна на движението на тялото, например сила на триене, тогава тази сила извършва отрицателна работа. Ако приложената сила не влияе по никакъв начин на движението на тялото, тогава силата, извършена от тази работа, е равна на нула.
Енергийните характеристики на движението се въвеждат въз основа на понятието механична работа или работа на силата.
Определение 1Работа А свършена постоянна сила F → е физическа величина, равна на произведението на силата и модулите на изместване, умножено по косинуса на ъгъла α , разположена между векторите на сила F → и преместването s →.
Това определениеобсъдено на фигура 1. 18 . 1 .
Работната формула е написана като,
A = F s cos α .
Работата е скаларна величина. Това прави възможно да бъде положителен при (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) .
Джаул е равен на работата, извършена от сила от 1 N за преместване на 1 m в посоката на силата.
Снимка 1 . 18 . 1 . Работа на силата F →: A = F s cos α = F s s
При проектиране на F s → сила F → върху посоката на движение s → силата не остава постоянна и изчисляването на работата за малки движения Δ s i се сумира и произвежда по формулата:
A = ∑ ∆ A i = ∑ F s i ∆ s i .
Това количество работа се изчислява от границата (Δ s i → 0) и след това влиза в интеграла.
Графичното представяне на произведението се определя от площта на криволинейната фигура, разположена под графиката F s (x) на фигура 1. 18 . 2.
Снимка 1 . 18 . 2. Графична дефиницияработа Δ A i = F s i Δ s i .
Пример за сила, която зависи от координатата, е еластичната сила на пружина, която се подчинява на закона на Хук. За да се разтегне една пружина, е необходимо да се приложи сила F →, чийто модул е пропорционален на удължението на пружината. Това може да се види на фигура 1. 18 . 3.
Снимка 1 . 18 . 3. Опъната пружина. Посоката на външната сила F → съвпада с посоката на движение s →. F s = k x, където k означава твърдостта на пружината.
F → y p = - F →
Зависимостта на модула на външната сила от координатите x може да се начертае с помощта на права линия.
Снимка 1 . 18 . 4 . Зависимост на модула на външната сила от координатата при разтягане на пружината.
От горната фигура е възможно да се намери работата, извършена върху външната сила на десния свободен край на пружината, като се използва площта на триъгълника. Формулата ще приеме формата
Тази формула е приложима за изразяване на работата, извършена от външна сила при компресиране на пружина. И двата случая показват, че еластичната сила F → y p е равна на работата на външната сила F → , но с обратен знак.
Определение 2
Ако върху едно тяло действат няколко сили, тогава формулата за общата работа ще изглежда като сбор от цялата работа, извършена върху него. Когато тялото се движи постъпателно, точките на приложение на силите се движат еднакво, т.е обща работана всички сили ще бъде равно на резултатната работа на приложените сили.
Снимка 1 . 18 . 5. Модел на механична работа.
Определяне на мощността
Определение 3Мощностсе нарича работата, извършена от сила за единица време.
Записването на физическото количество мощност, означено с N, приема формата на съотношението на работата A към периода t на извършената работа, тоест:
Определение 4
Системата SI използва ват (W t) като единица за мощност, равна на мощността на силата, която извършва 1 J работа за 1 s.
Ако забележите грешка в текста, моля, маркирайте я и натиснете Ctrl+Enter
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– физична 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(взимаме "–" 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. Теглото на момичето е насочено 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.
Съдържание:Електрическият ток се генерира, за да се използва в бъдеще за определени цели, за извършване на някаква работа. Благодарение на електричеството функционират всички устройства, устройства и оборудване. Самата работа представлява известно усилие, положено за движение електрически заряддо зададено разстояние. Обикновено такава работа в рамките на секция от веригата ще бъде равна на числената стойност на напрежението в тази секция.
За да извършите необходимите изчисления, трябва да знаете как се измерва работата на тока. Всички изчисления се извършват въз основа на първоначални данни, получени с помощта на измервателни уреди. Колкото по-голям е зарядът, толкова повече усилия са необходими за преместването му, толкова повече голяма работаще бъдат завършени.
Как се нарича работата на тока?
Електрическият ток, като физична величина, сам по себе си няма практическо значение. Най-важният фактор е ефектът на тока, характеризиращ се с работата, която извършва. Самата работа представлява определени действия, по време на които един вид енергия се трансформира в друг. Например, Електрическа енергиячрез въртене на вала на двигателя, тя се преобразува в механична енергия. Самата работа електрически токсе състои в движение на заряди в проводник под влияние електрическо поле. Всъщност цялата работа по преместването на заредени частици се извършва от електрическото поле.
За да се извършат изчисления, трябва да се изведе формула за действието на електрическия ток. За да съставите формули, ще ви трябват параметри като сила на тока и. Тъй като работата, извършена от електрически ток, и работата, извършена от електрическо поле, са едно и също нещо, то ще бъде изразено като произведение на напрежението и заряда, протичащ в проводника. Тоест: A = Uq. Тази формула е получена от зависимостта, която определя напрежението в проводника: U = A/q. От това следва, че напрежението представлява работата, извършена от електрическото поле A за транспортиране на заредена частица q.
Самата заредена частица или заряд се показва като произведение на силата на тока и времето, изразходвано за движението на този заряд по протежение на проводника: q = It. В тази формула е използвана връзката за силата на тока в проводника: I = q/t. Тоест, това е отношението на заряда към периода от време, през който зарядът преминава през напречното сечение на проводника. В окончателния си вид формулата за работата на електрически ток ще изглежда като продукт на известни количества: A = UIt.
В какви единици се измерва работата на електрическия ток?
Преди да се обърне директно към въпроса как се измерва работата на електрически ток, е необходимо да се съберат мерните единици на всички физически величини, с които се изчислява този параметър. Всяка работа, следователно, мерната единица на това количество ще бъде 1 Джаул (1 J). Напрежението се измерва във волтове, токът се измерва в ампери, а времето се измерва в секунди. Това означава, че мерната единица ще изглежда така: 1 J = 1V x 1A x 1s.
Въз основа на получените мерни единици ще се определи работата на електрическия ток като произведение на силата на тока в даден участък от веригата, напрежението в краищата на участъка и периода от време, през който токът протича през диригент.
Измерванията се извършват с помощта на волтметър и часовник. Тези устройства ви позволяват ефективно да решите проблема как да намерите точна стойносттози параметър. При свързване на амперметър и волтметър към верига е необходимо да се наблюдават техните показания за определен период от време. Получените данни се въвеждат във формулата, след което се извежда крайният резултат.
Функциите и на трите устройства са комбинирани в електромери, които отчитат консумираната енергия и всъщност работата, извършена от електрически ток. Тук се използва друга единица - 1 kW x h, което също означава колко работа е извършена за единица време.
