Mechanická práce a síla ve zkratce. Mechanické práce. Vzorec. Formulace definice. Pozemní reakční práce

Mechanická práce je energie charakteristická pro pohyb fyzických těl, která má skalární formu. Je rovna modulu síly působící na těleso, vynásobeného modulem posunutí způsobeného touto silou a kosinusem úhlu mezi nimi.

Formule 1 - Mechanická práce.

F - Síla působící na těleso.

s - Pohyb těla.

cosa - Kosinus úhlu mezi silou a posunutím.

Tento vzorec má obecný tvar. Je-li úhel mezi aplikovanou silou a posunutím nulový, pak je kosinus roven 1. V souladu s tím bude práce rovna pouze součinu síly a posunutí. Jednoduše řečeno, pokud se těleso pohybuje ve směru působení síly, pak se mechanická práce rovná součinu síly a posunutí.

Druhý speciální případ je, když úhel mezi silou působící na těleso a jeho posunutím je 90 stupňů. V tomto případě je kosinus 90 stupňů roven nule, takže práce bude rovna nule. A skutečně se stane, že aplikujeme sílu v jednom směru a těleso se pohybuje kolmo k němu. To znamená, že tělo se zjevně nehýbe pod vlivem naší síly. Práce vykonaná naší silou k pohybu tělesa je tedy nulová.

Obrázek 1 - Práce sil při pohybu tělesa.

Pokud na těleso působí více sil, vypočítá se celková síla působící na těleso. A pak se dosadí do vzorce jako jediná síla. Těleso pod vlivem síly se může pohybovat nejen přímočaře, ale také po libovolné dráze. V tomto případě se práce vypočítá pro malý úsek pohybu, který lze považovat za přímočarý, a poté se sečte po celé dráze.

Práce může být pozitivní i negativní. To znamená, že pokud se posun a síla shodují ve směru, pak je práce pozitivní. A pokud je síla aplikována v jednom směru a tělo se pohybuje v jiném, pak bude práce záporná. Příkladem negativní práce je práce třecí síly. Protože třecí síla směřuje proti pohybu. Představte si těleso pohybující se po rovině. Síla působící na těleso jej tlačí v určitém směru. Tato síla vykonává pozitivní práci při pohybu těla. Ale zároveň třecí síla vykonává negativní práci. Zpomaluje pohyb těla a směřuje k jeho pohybu.

Obrázek 2 - Síla pohybu a tření.

Mechanická práce se měří v joulech. Jeden Joule je práce vykonaná silou jednoho Newtonu při pohybu tělesa o jeden metr. Kromě směru pohybu tělesa se může měnit i velikost působící síly. Například, když je pružina stlačena, síla na ni působící se zvýší úměrně k ujeté vzdálenosti. V tomto případě se práce vypočítá pomocí vzorce.

Formule 2 - Práce stlačení pružiny.

k je tuhost pružiny.

x - pohyblivá souřadnice.

Třída

Lekce #27

Mechanické práce. Výkon Jejich měrné jednotky.

Učení nového materiálu

Práce". Toto slovo je nám známé již od dětství. Provází nás celým životem; tímto slovem nazýváme jakýkoli druh lidské činnosti: fyzickou, duševní nebo tvůrčí. Víme, že srdce funguje po celý život. Tato práce srdce je ekvivalentní práci, kterou je třeba vykonat, aby se vlak dostal na nejvyšší horu Evropy – Mont Blanc (4810 m). Všechno živé se neustále pohybuje, člověk se jen svou činností vyvíjí a dosahuje svých výsledků. To je důležitý pojem.

Jenže fyzika do tohoto konceptu vkládá trochu jiný obsah. Ve fyzice se studuje především mechanická práce. A velmi důležitým faktem při práci je její rychlost. Vždy chceme něco udělat nejen lépe, ale i rychleji.

V tuto chvíli vás požádám o předvedení výkonu nějaké práce na vašem místě. Řekněte mi prosím, co je nezbytnou podmínkou pro výkon práce?

Ano, přítomnost použité síly a pohybu.

Mechanická práce je fyzikální veličina, která charakterizuje pohyb tělesa pod vlivem síly.

Jako každá jiná fyzikální veličina má i mechanická práce jednotky měření a vzorec pro výpočet.

[A] = 1 J

Mechanická práce se rovná součinu síly a posunutí.

« Tohle je zajímavé!" Pracovní jednotka SI je pojmenována po anglickém vědci z 19. století J. Joule. J. Joule (1818-1889) se narodil v Anglii v rodině majitele pivovaru. Kvůli špatnému zdraví James nenavštěvoval školu, dokud mu nebylo 15. Ale v 15 letech pod vedením slavného chemika Johna Daltona úspěšně ovládl matematiku, fyziku a chemii. Po smrti svého otce, který prodal svou část dědictví, začal Joule nezávislý vědecký výzkum a investoval do něj všechny své peníze. Za svého života provedl Joule tisíc pokusů v oblasti mechaniky, elektromagnetismu a tepelných jevů, které byly úspěšné.

Nyní se podívejme na tento příklad provedení práce. Oblast je potřeba odkopat. Jak tuto práci udělat rychleji – s lopatou nebo traktorem? Bude provedená práce stejná?

Ano, práce je stejná; ale stráví to různé množství času: s traktorem bude tato práce dokončena rychleji.

Výtahem vyjedeme do 10. patra rychleji než po schodech. Jeřáb zvedá těžké cihly do výšky stavěného domu za pár minut, zatímco dělníci by stejnou prací strávili celý den. Mechanismus, který vykonává práci rychleji, je považován za výkonnější.

Výkon je fyzikální veličina, která charakterizuje rychlost práce.

Výkon se rovná poměru mechanické práce k době, po kterou je tato práce vykonána.

Jednotka měření výkonu je pojmenována po anglickém vědci Jamesi Wattovi. Říkalo se mu „Archimedes“ 18. století. Existuje ale nesystémová jednotka měření výkonu – koňská síla. Faktem je, že na úsvitu strojírenství bylo potenciálním spotřebitelům známější a jasnější, že síla tohoto mechanismu byla 20 koňských sil, to znamená, že mechanismus byl schopen nahradit 20 koní.

« Tohle je zajímavé!" Průměrný výkon dospělého při dostatečně dlouhé práci je přibližně 35 - 75 W. Ale za poměrně krátkou dobu může člověk vyvinout větší sílu než kůň. Například sportovci, kteří vytlačí činku vážící více než 200 kg do výšky 1,8 m za 1 sekundu, vyvinou výkon přibližně 3500 W.

Tuto skutečnost si můžete ověřit pomocí výpočtů ve svých sešitech.

A výkon hmyzu za letu je přibližně 0,00001 W.

Konsolidace nového materiálu.

Řešení problému

Jakou sílu vyvine vzpěrač, zvedne-li činku o hmotnosti 125 kg do výšky 70 cm za 0,3 s?

Dané: Řešení SI

t = 125 kg

v=70cm 0,7m N= ale A=FS a F=mg a S=h.

t = 0,3 s Takže N=

N-? N= 2916,7 W

[N] = = = =W

Odpověď: 2916,7 W.

Domácí práce

8-a: prostudujte si odstavce 17 a 19 (bod 3); odpovídat na otázky písemně.

8-b: přečtěte si odstavce 41 a 47; odpovídat na otázky písemně.

Otázky

1. Uveďte příklady, kdy na těleso působí síla, ale nepracuje.

2. Dva náklady stejné hmotnosti byly dopraveny autobusem do příměstské vesnice Doněck a do centra Doněcka. Byla práce provedena stejně v prvním a druhém případě? Proč?

3. Proč se ve 20. a 21. století začaly stavět rychleji než dříve?

4. Dva chlapci různé váhy se hnali do třetího patra domu a ukazovali stejný čas. Vyvinuli stejnou sílu?

Víte, co je to práce? Bezpochyby. Každý člověk ví, co je to práce, za předpokladu, že se narodil a žije na planetě Zemi. Co je mechanická práce?

Tento koncept je také známý většině lidí na planetě, ačkoli někteří jedinci tento proces chápou spíše vágně. Ale o nich teď nemluvíme. Ještě méně lidí tuší, co to je mechanická práce z hlediska fyziky. Ve fyzice není mechanická práce lidská práce na jídlo, je to fyzikální veličina, která nemusí být úplně příbuzná ani člověku, ani žádnému jinému živému tvoru. Jak to? Pojďme na to teď přijít.

Mechanické práce ve fyzice

Uveďme dva příklady. V prvním příkladu vody řeky, čelící propasti, hlučně padají dolů v podobě vodopádu. Druhým příkladem je muž, který v natažených pažích drží těžký předmět, například drží rozbitou střechu nad verandou venkovského domu, aby nespadl, zatímco jeho žena s dětmi horečně hledají něco, čím by ji podepřeli. Kdy se provádí mechanické práce?

Definice mechanické práce

Téměř každý bez váhání odpoví: ve druhém. A budou se mýlit. Opak je pravdou. Ve fyzice se popisuje mechanická práce s následujícími definicemi: Mechanická práce je vykonávána, když na těleso působí síla a pohybuje se. Mechanická práce je přímo úměrná vynaložené síle a ujeté vzdálenosti.

Vzorec mechanické práce

Mechanická práce je určena vzorcem:

kde A je práce,
F - síla,
s je ujetá vzdálenost.

Takže přes veškeré hrdinství unaveného střešního držáku je práce, kterou vykonal, nulová, ale voda, padající pod vlivem gravitace z vysokého útesu, odvede tu nejmechanickejší práci. To znamená, že když těžkou skříň zatlačíme neúspěšně, tak práce, kterou jsme z hlediska fyziky vykonali, se bude rovnat nule, a to i přes to, že vynaložíme velkou sílu. Pokud ale skříň posuneme o určitou vzdálenost, pak vykonáme práci rovnou součinu vynaložené síly a vzdálenosti, o kterou jsme tělo přesunuli.

Jednotkou práce je 1 J. Jedná se o práci vykonanou silou 1 Newtonu k pohybu tělesa na vzdálenost 1 m Pokud se směr působící síly shoduje se směrem pohybu tělesa, pak tato síla dělá pozitivní práci. Příkladem je, když zatlačíme na těleso a ono se pohne. A v případě, že je aplikována síla ve směru opačném k pohybu těla, například třecí síla, pak tato síla vykonává negativní práci. Pokud aplikovaná síla nijak neovlivňuje pohyb tělesa, pak je síla vykonaná touto prací rovna nule.

Aby bylo možné charakterizovat energetické charakteristiky pohybu, byl zaveden pojem mechanická práce. A tomu je v různých projevech věnován článek. Téma je snadné a zároveň poměrně obtížné na pochopení. Autor se upřímně snažil o to, aby byl srozumitelnější a přístupnější porozumění, a nezbývá než doufat, že cíle bylo dosaženo.

Jak se nazývá mechanická práce?

Jak se tomu říká? Působí-li na těleso nějaká síla a v důsledku jejího působení se těleso pohybuje, pak se tomu říká mechanická práce. Při přístupu z hlediska vědecké filozofie zde lze zdůraznit několik dalších aspektů, ale článek se bude věnovat tématu z hlediska fyziky. Mechanická práce není obtížná, pokud si dobře promyslíte slova zde napsaná. Ale slovo „mechanický“ se obvykle nepíše a vše se zkracuje na slovo „práce“. Ale ne každá práce je mechanická. Tady sedí muž a přemýšlí. Funguje to? Mentálně ano! Ale je to mechanická práce? Ne. Co když člověk chodí? Pokud se těleso pohybuje pod vlivem síly, jedná se o mechanickou práci. Je to jednoduché. Jinými slovy, síla působící na těleso koná (mechanickou) práci. A ještě něco: je to práce, která může charakterizovat výsledek působení určité síly. Pokud tedy člověk chodí, pak určité síly (tření, gravitace atd.) vykonávají na člověka mechanickou práci a v důsledku jejich působení člověk mění svůj bod umístění, jinými slovy se pohybuje.

Práce jako fyzikální veličina se rovná síle, která působí na těleso, vynásobené dráhou, kterou těleso urazilo vlivem této síly a ve směru jím naznačeném. Můžeme říci, že mechanická práce byla vykonána, pokud byly současně splněny 2 podmínky: na těleso působila síla a pohybovalo se ve směru svého působení. Ale nenastalo nebo nenastane, pokud síla působila a těleso nezměnilo své umístění v souřadnicovém systému. Zde jsou malé příklady, kdy se neprovádí mechanická práce:

1. Člověk se tedy může opřít o obrovský balvan, aby s ním mohl pohybovat, ale nemá dostatek síly. Síla působí na kámen, ale nehýbe se a nedochází k žádné práci.
2. Těleso se pohybuje v souřadnicovém systému a síla je rovna nule nebo byly všechny kompenzovány. To lze pozorovat při pohybu setrvačností.
3. Když je směr pohybu tělesa kolmý na působení síly. Když se vlak pohybuje po vodorovné čáře, gravitace nekoná svou práci.

V závislosti na určitých podmínkách může být mechanická práce negativní a pozitivní. Pokud jsou tedy směry sil i pohybů těla stejné, dochází k pozitivní práci. Příkladem pozitivní práce je působení gravitace na padající kapku vody. Ale pokud jsou síla a směr pohybu opačné, dochází k negativní mechanické práci. Příkladem takové možnosti je balón stoupající vzhůru a gravitační síla, která dělá negativní práci. Když je těleso vystaveno vlivu několika sil, nazývá se taková práce „výsledná silová práce“.

Vlastnosti praktické aplikace (kinetická energie)

Pojďme od teorie k praktické části. Samostatně bychom měli mluvit o mechanické práci a jejím použití ve fyzice. Jak si asi mnozí pamatují, veškerá energie těla se dělí na kinetickou a potenciální. Když je objekt v rovnováze a nikam se nepohybuje, jeho potenciální energie se rovná jeho celkové energii a jeho kinetická energie se rovná nule. Když začne pohyb, potenciální energie se začne snižovat, kinetická energie se začne zvyšovat, ale v součtu se rovnají celkové energii objektu. Pro hmotný bod je kinetická energie definována jako práce síly, která urychlí bod z nuly na hodnotu H, a ve formě vzorce je kinetika tělesa rovna ½*M*N, kde M je hmotnost. Chcete-li zjistit kinetickou energii předmětu, který se skládá z mnoha částic, musíte najít součet všech kinetických energií částic, a to bude kinetická energie tělesa.

Vlastnosti praktické aplikace (potenciální energie)

V případě, že všechny síly působící na tělo jsou konzervativní a potenciální energie je rovna součtu, pak se nepracuje. Tento postulát je známý jako zákon zachování mechanické energie. Mechanická energie v uzavřeném systému je konstantní v průběhu časového intervalu. Zákon zachování je široce používán k řešení problémů z klasické mechaniky.

Vlastnosti praktické aplikace (termodynamika)

V termodynamice se práce plynu během expanze vypočítá jako integrál tlaku krát objem. Tento přístup je použitelný nejen v případech, kdy existuje přesná objemová funkce, ale také na všechny procesy, které lze zobrazit v rovině tlak/objem. Také aplikuje znalosti o mechanické práci nejen na plyny, ale na cokoli, co může vyvíjet tlak.

Vlastnosti praktické aplikace v praxi (teoretická mechanika)

V teoretické mechanice jsou všechny vlastnosti a vzorce popsané výše podrobněji zvažovány, zejména projekce. Uvádí také vlastní definici pro různé vzorce mechanické práce (příklad definice pro Rimmerův integrál): mez, ke které se blíží součet všech sil elementární práce, kdy jemnost přepážky má tendenci k nule, se nazývá práce síly podél křivky. Asi těžko? Ale nic, s teoretickou mechanikou je vše v pořádku. Ano, veškerá mechanická práce, fyzika a další potíže jsou již u konce. Dále budou uvedeny pouze příklady a závěr.

Jednotky měření mechanické práce

SI používá k měření práce jouly, zatímco GHS používá erg:

1. 1 J = 1 kg m²/s² = 1 N m
2. 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 dyn cm
3. 1 erg = 10-7 J

Ukázky mechanických prací

Abyste konečně pochopili takový koncept jako mechanická práce, měli byste si prostudovat několik jednotlivých příkladů, které vám umožní zvážit to z mnoha, ale ne ze všech stran:

1. Když člověk zvedá kámen rukama, dochází k mechanické práci pomocí svalové síly jeho rukou;
2. Když vlak jede po kolejích, je tažen tažnou silou tahače (elektrická lokomotiva, dieselová lokomotiva atd.);
3. Pokud vezmete pistoli a vystřelíte z ní, pak díky tlakové síle vytvářené práškovými plyny bude práce vykonána: kulka se pohybuje po hlavni pistole ve stejnou dobu, kdy se zvyšuje rychlost samotné kulky;
4. Mechanická práce také existuje, když třecí síla působí na těleso a nutí ho snížit rychlost jeho pohybu;
5. Uvedený příklad s kuličkami, kdy stoupají proti směru gravitace, je také ukázkou mechanické práce, ale kromě gravitace působí i Archimédova síla, kdy stoupá vzhůru vše, co je lehčí než vzduch.

co je moc?

Na závěr bych se rád dotkl tématu moci. Práce vykonaná silou za jednu časovou jednotku se nazývá výkon. Výkon je ve skutečnosti fyzikální veličina, která je odrazem poměru práce k určitému časovému úseku, během kterého byla tato práce vykonána: M=P/B, kde M je výkon, P je práce, B je čas. Jednotka SI výkonu je 1W. Watt se rovná výkonu, který vykoná jeden joul práce za jednu sekundu: 1 W=1J\1s.

Co to znamená?

Ve fyzice je „mechanická práce“ působením nějaké síly (gravitace, pružnosti, tření atd.) na těleso, v důsledku čehož se těleso pohybuje.

Slovo „mechanický“ se často prostě nepíše.
Někdy se můžete setkat s výrazem „tělo vykonalo práci“, což v zásadě znamená „síla působící na tělo vykonala práci“.

Myslím - pracuji.

Jdu - taky pracuji.

Kde je tady mechanická práce?

Pokud se těleso pohybuje pod vlivem síly, je vykonávána mechanická práce.

Říká se, že tělo funguje.
Nebo přesněji to bude takto: práci vykoná síla působící na těleso.

Práce charakterizuje výsledek síly.

Síly působící na člověka na něj vykonávají mechanickou práci a v důsledku působení těchto sil se člověk pohybuje.

Práce je fyzikální veličina rovna součinu síly působící na těleso a dráhy, kterou těleso urazí působením síly ve směru této síly.

A - mechanické práce,
F - síla,
S - ujetá vzdálenost.

Práce je hotová, jsou-li současně splněny 2 podmínky: na těleso působí síla a it
se pohybuje ve směru síly.

Žádná práce se nekoná(tj. rovno 0), pokud:
1. Síla působí, ale těleso se nehýbe.

Například: působíme silou na kámen, ale nemůžeme s ním pohnout.

2. Těleso se pohybuje a síla je nulová, nebo jsou všechny síly kompenzovány (tj. výslednice těchto sil je 0).
Například: při pohybu setrvačností se neprovádí žádná práce.
3. Směr síly a směr pohybu tělesa jsou vzájemně kolmé.

Například: když se vlak pohybuje vodorovně, gravitace nefunguje.

Práce může být pozitivní i negativní

1. Pokud se směr síly a směr pohybu tělesa shodují, je vykonána pozitivní práce.

Například: gravitační síla působící na kapku vody padající dolů koná pozitivní práci.

2. Pokud je směr síly a pohybu tělesa opačný, je vykonána negativní práce.

Například: gravitační síla působící na stoupající balónek vykonává negativní práci.

Působí-li na těleso více sil, pak se celková práce všech sil rovná práci, kterou vykoná výsledná síla.

Jednotky práce

Na počest anglického vědce D. Joule byla jednotka práce pojmenována 1 Joule.

V mezinárodní soustavě jednotek (SI):
[A] = J = Nm
1J = 1N 1m

Mechanická práce je rovna 1 J, jestliže se působením síly 1 N těleso pohne o 1 m ve směru této síly.

Při létání od palce člověka k ukazováčku
komár funguje - 0,000 000 000 000 000 000 000 000 001 J.

Lidské srdce vykoná na jednu kontrakci přibližně 1 J práce, což odpovídá práci vykonané při zvednutí břemene o hmotnosti 10 kg do výšky 1 cm.

DO PRÁCE, PŘÁTELÉ!