Puterea forței de muncă în fizică. Lucrări mecanice: definiție și formulă
Calul trage căruța cu o oarecare forță, să o notăm F tracţiune. Bunicul, aşezat pe căruţă, apasă pe el cu oarecare forţă. Să o notăm F presiune Căruța se mișcă pe direcția forței de tracțiune a calului (spre dreapta), dar în direcția forței de presiune a bunicului (în jos) căruța nu se mișcă. De aceea în fizică se spune asta F tracțiunea funcționează la cărucior și F presiunea nu face lucru pe cărucior.
Asa de, munca de forta asupra corpului sau munca mecanica– mărime fizică al cărei modul egal cu produsul forță pe calea parcursă de corp pe direcția de acțiune a acestei forțe s:
În onoarea savantului englez D. Joule, a fost numită unitatea de lucru mecanic 1 joule(după formula, 1 J = 1 N m).
Dacă o anumită forță acționează asupra corpului în cauză, atunci un corp acționează asupra acestuia. De aceea munca forței asupra corpului și munca corpului asupra corpului sunt sinonime complete. Totuși, lucrarea primului corp pe al doilea și munca celui de-al doilea corp pe primul sunt sinonime parțiale, deoarece modulele acestor lucrări sunt întotdeauna egale, iar semnele lor sunt întotdeauna opuse. De aceea există semnul „±” în formulă. Să discutăm mai detaliat semnele de lucru.
Valorile numerice ale forței și ale drumului sunt întotdeauna cantități nenegative. În schimb, lucrul mecanic poate avea atât semne pozitive, cât și negative. Dacă direcția forței coincide cu direcția de mișcare a corpului, atunci munca efectuată de forță este considerată pozitivă. Dacă direcția forței este opusă direcției de mișcare a corpului, munca efectuată de o forță este considerată negativă(luați „–” din formula „±”). Dacă direcția de mișcare a corpului este perpendiculară pe direcția forței, atunci o astfel de forță nu face nicio muncă, adică A = 0.
Luați în considerare trei ilustrații ale trei aspecte ale lucrului mecanic.
Lucrul cu forța poate arăta diferit din perspectiva diferiților observatori. Să luăm un exemplu: o fată urcă într-un lift. Efectuează lucrări mecanice? O fată poate lucra numai asupra acelor corpuri asupra cărora se acționează cu forța. Există un singur astfel de corp - cabina liftului, deoarece fata apasă pe podea cu greutatea ei. Acum trebuie să aflăm dacă cabina merge într-un anumit sens. Să luăm în considerare două opțiuni: cu un observator staționar și în mișcare.
Lăsați băiatul observator să stea mai întâi pe pământ. În raport cu acesta, vagonul liftului se mișcă în sus și trece pe o anumită distanță. Greutatea fetei este îndreptată spre partea opusă- jos, prin urmare, fata efectuează lucrări mecanice negative deasupra cabinei: A dev< 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: A dev = 0.
« Fizica - clasa a X-a"
Legea conservării energiei este o lege fundamentală a naturii care ne permite să descriem majoritatea fenomenelor care apar.
Descrierea mișcării corpurilor este, de asemenea, posibilă folosind concepte de dinamică precum munca și energia.
Amintiți-vă ce sunt munca și puterea în fizică.
Aceste concepte coincid cu ideile de zi cu zi despre ele?
Toate acțiunile noastre zilnice se rezumă la faptul că noi, cu ajutorul mușchilor, fie punem în mișcare corpurile din jur și menținem această mișcare, fie oprim corpurile în mișcare.
Aceste corpuri sunt unelte (ciocan, stilou, ferăstrău), în jocuri - mingi, puci, piese de șah. În producție și agricultură oamenii pun și unelte în mișcare.
Utilizarea mașinilor crește productivitatea muncii de multe ori datorită utilizării motoarelor în acestea.
Scopul oricărui motor este de a pune corpurile în mișcare și de a menține această mișcare, în ciuda frânării atât prin frecare obișnuită, cât și prin rezistența „de lucru” (cuțitorul nu trebuie doar să alunece de-a lungul metalului, ci, tăind în el, să îndepărteze așchii; plugul ar trebui să slăbiți terenul etc.). În acest caz, o forță trebuie să acționeze asupra corpului în mișcare din partea laterală a motorului.
Munca este efectuată în natură ori de câte ori o forță (sau mai multe forțe) dintr-un alt corp (alte corpuri) acționează asupra unui corp în direcția mișcării acestuia sau împotriva lui.
Forța gravitației funcționează atunci când picăturile de ploaie sau pietrele cad de pe o stâncă. În același timp, se lucrează și prin forța de rezistență care acționează asupra picăturilor care cad sau asupra pietrei din aer. Forța elastică efectuează lucru și atunci când un copac îndoit de vânt se îndreaptă.
Definiţia work.
A doua lege a lui Newton sub formă de impuls Δ = Δt vă permite să determinați modul în care viteza unui corp se schimbă în mărime și direcție dacă o forță acționează asupra lui într-un timp Δt.
Influența forțelor asupra corpurilor care duc la modificarea modulului vitezei lor se caracterizează printr-o valoare care depinde atât de forțele, cât și de mișcările corpurilor. În mecanică această mărime se numește munca de forta.
O modificare a vitezei în valoare absolută este posibilă numai în cazul în care proiecția forței F r pe direcția de mișcare a corpului este diferită de zero. Această proiecție este cea care determină acțiunea forței care modifică viteza corpului modulo. Ea face treaba. Prin urmare, munca poate fi considerată ca produsul proiecției forței F r cu modulul deplasării |Δ| (Fig. 5.1):
A = F r |Δ|. (5.1)
Dacă unghiul dintre forță și deplasare este notat cu α, atunci Fr = Fcosα.
Prin urmare, munca este egală cu:
A = |Δ|cosα. (5.2)
Ideea noastră de zi cu zi despre muncă diferă de definiția muncii din fizică. Țineți o valiză grea și vi se pare că lucrați. Totuși, din punct de vedere fizic, munca ta este zero.
Lucrul unei forțe constante este egal cu produsul dintre modulele forței și deplasarea punctului de aplicare a forței și cosinusul unghiului dintre ei.
În general, la mișcare solid mișcările diferitelor sale puncte sunt diferite, dar atunci când determinăm munca de forță ne aflăm Δ înţelegem mişcarea punctului său de aplicare. În timpul mișcării de translație a unui corp rigid, mișcarea tuturor punctelor sale coincide cu mișcarea punctului de aplicare a forței.
Munca, spre deosebire de forță și deplasare, nu este o mărime vectorială, ci o mărime scalară. Poate fi pozitiv, negativ sau zero.
Semnul lucrării este determinat de semnul cosinusului unghiului dintre forță și deplasare. Dacă α< 90°, то А >0, deoarece cosinusul unghiurilor ascuțite este pozitiv. Pentru α > 90°, lucrul este negativ, deoarece cosinusul unghiurilor obtuze este negativ. La α = 90° (forța perpendiculară pe deplasare) nu se lucrează.
Dacă asupra unui corp acţionează mai multe forţe, atunci proiecţia forţei rezultante asupra deplasării este egală cu suma proiecţiilor forţelor individuale:
F r = F 1r + F 2r + ... .
Prin urmare, pentru munca forței rezultante obținem
A = F1r |Δ| + F2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)
Dacă asupra unui corp acţionează mai multe forţe, atunci de locuri de muncă cu normă întreagă(suma algebrică a muncii tuturor forțelor) este egală cu munca forței rezultante.
Lucrul efectuat de o forță poate fi reprezentat grafic. Să explicăm acest lucru reprezentând în figură dependența proiecției forței de coordonatele corpului când acesta se mișcă în linie dreaptă.
Lăsați corpul să se miște de-a lungul axei OX (Fig. 5.2), apoi
Fcosα = Fx, |A| = Δ x.
Pentru munca de forță obținem
A = F|Δ|cosα = F x Δx.
Evident, aria dreptunghiului umbrită în figura (5.3, a) este numeric egală cu munca efectuată la mutarea unui corp dintr-un punct cu coordonata x1 într-un punct cu coordonata x2.
Formula (5.1) este valabilă în cazul în care proiecția forței asupra deplasării este constantă. În cazul unei traiectorii curbilinii, forță constantă sau variabilă, împărțim traiectoria în segmente mici, care pot fi considerate rectilinii, și proiecția forței la o deplasare mică. Δ - constant.
Apoi, calculând munca la fiecare mișcare Δ
iar apoi însumând aceste lucrări, determinăm lucrul forței asupra deplasării finale (Fig. 5.3, b). Unitatea de lucru.
Unitatea de lucru poate fi stabilită folosind formula de bază (5.2). Dacă, la mișcarea unui corp pe unitatea de lungime, acesta este acționat de o forță al cărei modul egal cu unu, iar direcția forței coincide cu direcția de mișcare a punctului său de aplicare (α = 0), atunci lucrul va fi egal cu unitatea. În Sistemul Internațional (SI), unitatea de lucru este joule (notat cu J):
1 J = 1 N 1 m = 1 N m.
Joule- aceasta este munca efectuata de o forta de 1 N pe deplasarea 1 daca directiile fortei si deplasarea coincid.
Sunt adesea folosite mai multe unități de lucru: kilojul și megajoule:
1 kJ = 1000 J,
1 MJ = 1000000 J.
Lucrarea poate fi finalizată fie într-o perioadă mare de timp, fie într-o perioadă foarte scurtă. În practică, însă, este departe de a fi indiferent dacă munca se poate face rapid sau încet. Timpul în care se efectuează lucrările determină performanța oricărui motor. Foarte buna treaba Un mic motor electric poate face acest lucru, dar va dura mult timp. Prin urmare, odata cu munca, se introduce o cantitate care caracterizeaza viteza cu care este produsa - puterea.
Puterea este raportul dintre munca A și intervalul de timp Δt în care se efectuează acest lucru, adică puterea este viteza de lucru:
Înlocuind în formula (5.4) în locul lucrării A expresia ei (5.2), obținem
Astfel, dacă forța și viteza unui corp sunt constante, atunci puterea este egală cu produsul dintre mărimea vectorului forță cu mărimea vectorului viteză și cosinusul unghiului dintre direcțiile acestor vectori. Dacă aceste mărimi sunt variabile, atunci folosind formula (5.4) putem determina puterea medie similară definiției viteza medie mișcările corpului.
Conceptul de putere este introdus pentru a evalua munca pe unitatea de timp efectuata de orice mecanism (pompa, macara, motorul masinii etc.). Prin urmare, în formulele (5.4) și (5.5), se înțelege întotdeauna forța de tracțiune.
În SI, puterea este exprimată în wați (W).
Puterea este egală cu 1 W dacă se execută un lucru egal cu 1 J în 1 s.
Împreună cu watul, sunt utilizate unități mai mari (multiple) de putere:
1 kW (kilowatt) = 1000 W,
1 MW (megawatt) = 1.000.000 W.
Înainte de a dezvălui subiectul „Cum se măsoară munca”, este necesar să faceți o mică digresiune. Totul în această lume respectă legile fizicii. Fiecare proces sau fenomen poate fi explicat pe baza anumitor legi ale fizicii. Pentru fiecare mărime măsurată există o unitate în care se măsoară de obicei. Unitățile de măsură sunt constante și au aceeași semnificație în întreaga lume.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-1-768x451..jpg 1024w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Sistemul de unități internaționale
Motivul pentru aceasta este următorul. În 1960, la a unsprezecea Conferință Generală privind Greutăți și Măsuri, a fost adoptat un sistem de măsurători care este recunoscut în întreaga lume. Acest sistem a fost numit Le Système International d’Unités, SI (SI System International). Acest sistem a devenit baza pentru determinarea unităților de măsură acceptate în întreaga lume și a relațiilor lor.
Termeni fizici și terminologie
În fizică, unitatea de măsură a muncii forței se numește J (Joule), în onoarea fizicianului englez James Joule, care a adus o mare contribuție la dezvoltarea ramului termodinamicii în fizică. Un Joule este egal cu munca efectuată de o forță de un N (Newton) atunci când aplicarea sa se mișcă cu un M (metru) în direcția forței. Un N (Newton) este egal cu o forță de un kg (kilogram) masă cu o accelerație de un m/s2 (metru pe secundă) în direcția forței.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-2-2-210x140.jpg 210w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Formula pentru găsirea unui loc de muncă
Pentru informația dumneavoastră.În fizică, totul este interconectat, efectuarea oricărei lucrări implică efectuarea de acțiuni suplimentare. Ca exemplu, putem lua un ventilator de uz casnic. Când ventilatorul este conectat, palele ventilatorului încep să se rotească. Lamele rotative influențează fluxul de aer, dându-i mișcarea direcțională. Acesta este rezultatul muncii. Dar pentru a efectua munca este necesară influența altor forțe externe, fără de care acțiunea este imposibilă. Acestea includ curentul electric, puterea, tensiunea și multe alte valori asociate.
Curentul electric, în centrul său, este mișcarea ordonată a electronilor într-un conductor pe unitatea de timp. Curentul electric se bazează pe particule încărcate pozitiv sau negativ. Se numesc sarcini electrice. Notat cu literele C, q, Kl (Coulomb), numit după omul de știință și inventatorul francez Charles Coulomb. În sistemul SI, este o unitate de măsură pentru numărul de electroni încărcați. 1 C este egal cu volumul particulelor încărcate care curg prin secțiunea transversală a unui conductor pe unitatea de timp. Unitatea de timp este o secundă. Formula pentru sarcina electrică este prezentată în figura de mai jos.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-3-768x486..jpg 848w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Formula pentru determinarea sarcinii electrice
Puterea curentului electric este indicată de litera A (amperi). Amperiul este o unitate în fizică care caracterizează măsurarea muncii forței care este cheltuită pentru a deplasa sarcini de-a lungul unui conductor. La baza ei, electricitate- aceasta este mișcarea ordonată a electronilor într-un conductor aflat sub influență câmp electromagnetic. Un conductor este un material sau sare topită (electrolit) care are o rezistență redusă la trecerea electronilor. Puterea curentului electric este afectată de două mărimi fizice: tensiune și rezistență. Ele vor fi discutate mai jos. Puterea curentului este întotdeauna direct proporțională cu tensiunea și invers proporțională cu rezistența.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-4-768x552..jpg 800w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Formula pentru găsirea puterii curentului
După cum am menționat mai sus, curentul electric este mișcarea ordonată a electronilor într-un conductor. Dar există o avertizare: au nevoie de un anumit impact pentru a se muta. Acest efect este creat prin crearea unei diferențe de potențial. Incarcare electrica poate fi pozitiv sau negativ. Sarcini pozitive tind întotdeauna spre sarcini negative. Acest lucru este necesar pentru echilibrul sistemului. Diferența dintre numărul de particule încărcate pozitiv și negativ se numește tensiune electrică.
Gif?.gif 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-5-768x499.gif 768w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Formula pentru determinarea tensiunii
Puterea este cantitatea de energie cheltuită pentru a efectua un J (joule) de lucru într-o perioadă de timp de o secundă. Unitatea de măsură în fizică este desemnată ca W (Watt), în sistemul SI W (Watt). Deoarece se ia în considerare puterea electrică, aici este valoarea consumului energie electrica pentru a efectua o anumită acțiune într-o perioadă de timp.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-6-120x74..jpg 750w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Formula pentru găsirea energiei electrice
În concluzie, trebuie remarcat faptul că unitatea de măsură a muncii este o mărime scalară, are o relație cu toate ramurile fizicii și poate fi considerată nu numai din perspectiva electrodinamicii sau a ingineriei termice, ci și a altor secțiuni. Articolul examinează pe scurt valoarea care caracterizează unitatea de măsură a muncii forței.
Video
Unul dintre cele mai importante concepte din mecanică este munca de forta .
Munca de forta
Toate corpurile fizice din lumea din jurul nostru sunt puse în mișcare cu ajutorul forței. Dacă un corp în mișcare în aceeași direcție sau opusă este acționat de o forță sau mai multe forțe de la unul sau mai multe corpuri, atunci se spune că se lucrează .
Adică, lucrul mecanic este efectuat de o forță care acționează asupra corpului. Astfel, forța de tracțiune a unei locomotive electrice pune în mișcare întregul tren, efectuând astfel un lucru mecanic. Bicicleta este condusă de puterea musculară a picioarelor biciclistului. În consecință, această forță face și lucru mecanic.
În fizică munca de forta numiți o mărime fizică egală cu produsul dintre modulul forței, modulul de deplasare al punctului de aplicare al forței și cosinusul unghiului dintre vectorii forță și deplasarea.
A = F s cos (F, s) ,
Unde F modul de forță,
s – modul de călătorie .
Se lucrează întotdeauna dacă unghiul dintre vânturile de forță și deplasare nu este egal cu zero. Dacă forța acționează în direcția opusă direcției de mișcare, cantitatea de lucru este negativă.
Nu se lucrează dacă nu acționează forțe asupra corpului sau dacă unghiul dintre forța aplicată și direcția de mișcare este de 90 o (cos 90 o = 0).
Dacă un cal trage o căruță, atunci forța musculară a calului sau forța de tracțiune direcționată de-a lungul direcției de mișcare a căruței funcționează. Dar forța de gravitație cu care șoferul apasă pe cărucior nu lucrează, deoarece este îndreptată în jos, perpendicular pe direcția de mișcare.
Lucrul forței este o mărime scalară.
Unitatea de lucru în sistemul de măsurare SI - joule. 1 joule este munca efectuată de o forță de 1 newton la o distanță de 1 m dacă direcțiile forței și deplasarea coincid.
Dacă asupra unui corp sau a unui punct material acţionează mai multe forţe, atunci vorbim de munca făcută de forţa lor rezultantă.
Dacă forța aplicată nu este constantă, atunci munca sa este calculată ca o integrală:
Putere
Forța care mișcă un corp efectuează un lucru mecanic. Dar cum se face această muncă, rapid sau încet, este uneori foarte important de știut în practică. La urma urmei, aceeași muncă poate fi făcută în timp diferit. Munca pe care o face un motor electric mare poate fi realizată prin motor mic. Dar va avea nevoie de mult mai mult timp pentru asta.
În mecanică, există o cantitate care caracterizează viteza de lucru. Această cantitate se numește putere.
Puterea este raportul dintre munca efectuată într-o anumită perioadă de timp și valoarea acestei perioade.
N= A /∆ t
A-prioriu A = F s cos α , A s/∆ t = v , prin urmare
N= F v cos α = F v ,
Unde F - forta, v viteză, α – unghiul dintre direcția forței și direcția vitezei.
Acesta este putere - Acest produs scalar vectorul forță la vectorul viteză al corpului.
ÎN sistem international Puterea SI este măsurată în wați (W).
1 watt de putere este 1 joule (J) de lucru efectuat în 1 secundă (s).
Puterea poate fi crescută prin creșterea forței care efectuează munca sau a ratei cu care se efectuează această muncă.
