Mehaaniline töö ja võimsus lühidalt. Mehaaniline töö. Valem. Määratluse sõnastus. Toetage reaktsioonitööd

Mehaaniline töö on füüsiliste kehade liikumisele iseloomulik energia, millel on skalaarne vorm. See võrdub kehale mõjuva jõu mooduliga, mis on korrutatud selle jõu tekitatud nihkemooduliga ja nendevahelise nurga koosinusega.

Vormel 1 – mehaaniline töö.

F – kehale mõjuv jõud.

s - keha liikumine.

cosa – jõu ja nihke vahelise nurga koosinus.

Sellel valemil on üldine vorm. Kui rakendatud jõu ja nihke vaheline nurk on null, on koosinus 1. Seega on töö võrdne ainult jõu ja nihke korrutisega. Lihtsamalt öeldes, kui keha liigub jõu rakendamise suunas, siis mehaaniline töö on võrdne jõu ja nihke korrutisega.

Teine erijuhtum on siis, kui kehale mõjuva jõu ja selle nihke vaheline nurk on 90 kraadi. Sel juhul võrdub 90 kraadi koosinus vastavalt nulliga, töö on võrdne nulliga. Ja tõepoolest, see, mis juhtub, on see, et rakendame jõudu ühes suunas ja keha liigub sellega risti. See tähendab, et keha ei liigu ilmselgelt meie jõu mõjul. Seega on meie jõu töö keha liigutamiseks null.

Joonis 1 – jõudude töö keha liigutamisel.

Kui kehale mõjub rohkem kui üks jõud, siis arvutatakse kogu kehale mõjuv jõud. Ja siis asendatakse see ainsa jõuna valemiga. Jõu mõjul olev keha võib liikuda mitte ainult sirgjooneliselt, vaid ka mööda suvalist trajektoori. Sel juhul arvutatakse töö väikese liikumislõigu jaoks, mida võib pidada sirgeks ja seejärel kogu tee ulatuses kokku võtta.

Töö võib olla nii positiivne kui ka negatiivne. See tähendab, et kui nihe ja jõud langevad suunaga kokku, on töö positiivne. Ja kui jõudu rakendatakse ühes suunas ja keha liigub teises suunas, on töö negatiivne. Negatiivse töö näide on hõõrdejõu töö. Kuna hõõrdejõud on suunatud liikumise vastu. Kujutage ette keha, mis liigub mööda tasapinda. Kehale rakendatav jõud surub seda kindlas suunas. See jõud teeb keha liigutamiseks positiivset tööd. Kuid samal ajal teeb hõõrdejõud negatiivset tööd. See aeglustab keha liikumist ja on suunatud selle liikumisele.

Joonis 2 – liikumis- ja hõõrdejõud.

Mehaanika tööd mõõdetakse džaulides. Üks džaul on töö, mida teeb ühe njuutoni jõud, kui keha liigub ühe meetri. Lisaks keha liikumissuunale võib muutuda ka rakendatava jõu suurus. Näiteks kui vedru on kokku surutud, suureneb sellele rakendatav jõud võrdeliselt läbitud vahemaaga. Sel juhul arvutatakse töö valemiga.

Valem 2 – vedru kokkusurumise töö.

k on vedru jäikus.

x - liigutuste koordinaat.

Klass

Õppetund nr 27

Mehaaniline töö. Nende mõõtmise võimsusühikud.

Uue materjali õppimine

Töö". See sõna on meile lapsepõlvest tuttav. See saadab meid kogu elu; seda sõna nimetame igasuguseks inimtegevuseks: füüsiliseks, vaimseks või loominguliseks. Teame, et elu jooksul süda töötab. See südametöö on võrdväärne tööga, mida tuleb teha, et rong Euroopa kõrgeimale mäele – Mont Blancile (4810 m) tõsta. Kõik elusolendid liiguvad pidevalt, inimene ainult oma tegevuses areneb ja saavutab oma tulemusi. See on oluline mõiste.

Kuid füüsika annab sellele kontseptsioonile veidi teistsuguse sisu. Füüsikas õpitakse eelkõige mehaanilist tööd. Ja väga oluline fakt töö tegemisel on selle kiirus. Me tahame alati midagi teha mitte ainult paremini, vaid ka kiiremini.

Hetkel palun teil demonstreerida mõne töö sooritust nende kohtades. Palun öelge, mis on töö tegemiseks vajalik tingimus?

Jah, rakendatud jõu ja nihke olemasolu.

Mehaaniline töö on füüsiline suurus, mis iseloomustab keha liikumist jõu mõjul.

Nagu igal teisel füüsikalisel suurusel, on ka mehaanilisel tööl mõõtühikud ja arvutamise valem.

[A] = 1 J

Mehaaniline töö on võrdne jõu ja nihke korrutisega.

« See on huvitav!" SI tööühik on oma nime saanud 19. sajandi inglise teadlase J. Joule’i järgi. J. Joule (1818-1889) sündis Inglismaal õlletehase omaniku peres. Halva tervise tõttu ei käinud James koolis enne 15. eluaastat. Kuid 15-aastaselt omandas ta kuulsa keemiku John Daltoni juhendamisel edukalt matemaatika, füüsika ja keemia. Pärast isa surma, müües oma osa pärandist, alustas Joule iseseisvat teaduslikku uurimistööd, investeerides sellesse kogu oma raha. Oma elu jooksul viis Joule läbi tuhat eksperimenti mehaanika, elektromagnetismi ja soojusnähtuste vallas, mis olid edukad.

Vaatame nüüd ühe töö näidet. Peate ala üles kaevama. Kuidas seda tööd kiiremini teha – labida või traktoriga? Kas tehtud töö jääb samaks?

Jah, töö on sama; kuid kulub teistmoodi aeg: selle töö teeb traktor kiiremini ära.

10. korrusele jõuame kiiremini liftiga kui trepist. Kraana tõstab raske tellise ehitatava maja kõrgusele mõne minutiga, töölistel kuluks sama töö peale terve päev. Mehhanismi, mis teeb töö kiiremini, peetakse võimsamaks.

Võimsus on füüsikaline suurus, mis iseloomustab töö tegemise kiirust.

Võimsus võrdub mehaanilise töö ja selle töö tegemise aja suhtega.

Võimuühik on oma nime saanud inglise teadlase James Watti järgi. Teda kutsuti 18. sajandi "Archimedeseks". Kuid on olemas ka süsteemiväline võimsuse mõõtühik - hobujõud. Fakt on see, et masinaehituse koidikul oli potentsiaalne tarbija tuttavam ja arusaadavam selgitusega, et selle mehhanismi võimsus on 20 hobujõudu, see tähendab, et mehhanism on võimeline asendama 20 hobust.

« See on huvitav!" Piisavalt pika tööga täiskasvanu keskmine võimsus on ligikaudu 35-75 vatti. Kuid üsna lühikese ajaga suudab inimene arendada rohkem jõudu kui hobune. Näiteks sportlased, kes suruvad üle 200 kg kaaluvat kangi 1 sekundiga 1,8 m kõrgusele, arendavad umbes 3500 vatti võimsust.

Saate seda fakti kontrollida oma sülearvutites tehtud arvutuste abil.

Ja putuka võimsus lennu ajal on ligikaudu 0,00001 vatti.

Uue materjali konsolideerimine.

Probleemi lahendus

Millise jõu arendab tõstja, kui ta tõstab 125 kg kaaluva kangi 70 cm kõrgusele 0,3 s?

Antud: SI Lahendus

t = 125 kg

h=70cm 0,7m N= aga A=FS ja F=mg ja S=h.

t = 0,3 s Seega N=

N-? N = 2916,7 W

[N] = = = = W

Vastus: 2916,7 W.

Kodutöö

8-a:õppida selgeks lõiked 17 ja 19 (punkt 3); vastata küsimustele kirjalikult.

8-b:õppida lõiked 41 ja 47; vastata küsimustele kirjalikult.

Küsimused

1. Too näiteid, kui kehale mõjub jõud, kuid see ei tööta.

2. Kaks sama kaaluga koormat toimetati bussidega Donetski äärelinna asulasse ja Donetski kesklinna. Kas esimesel ja teisel juhul tehti sama tööd? Miks?

3. Miks hakati 20. ja 21. sajandil ehitama kiiremini kui varem?

4. Maja kolmandale korrusele kihutasid välja kaks erineva kaaluga poissi, kes näitasid sama aega. Kas neil tekkis samal ajal sama jõud?

Kas sa tead, mis on töö? Ilma igasuguse kahtluseta. Mis on töö, seda teab iga inimene, eeldusel, et ta on sündinud ja elab planeedil Maa. Mis on mehaaniline töö?

Seda kontseptsiooni teavad ka enamik planeedi inimesi, kuigi mõnel inimesel on sellest protsessist üsna ebamäärane ettekujutus. Aga praegu pole asi nendes. Veel vähem inimesi teab, millest mehaaniline töö füüsika seisukohalt. Füüsikas ei ole mehaaniline töö inimese töö toidu pärast, see on füüsiline suurus, mis võib olla täiesti mitteseotud ei inimese ega mõne muu elusolendiga. Kuidas nii? Nüüd mõtleme selle välja.

Mehaaniline töö füüsikas

Toome kaks näidet. Esimeses näites langevad jõe veed kuristikku põrkuvad kärarikkalt kose kujul alla. Teine näide on inimene, kes hoiab väljasirutatud kätest rasket eset, näiteks hoiab maamaja veranda kohal katkist katust alla kukkumast, samal ajal kui tema naine ja lapsed otsivad meeletult midagi, mis seda toetaks. Millal tehakse mehaanilisi töid?

Mehaanilise töö definitsioon

Peaaegu kõik vastavad kõhklemata: teises. Ja nad eksivad. Juhtum on just vastupidine. Füüsikas kirjeldatakse mehaanilist tööd järgmised määratlused: mehaaniline töö toimub siis, kui kehale mõjub jõud ja see liigub. Mehaaniline töö on otseselt võrdeline rakendatava jõu ja läbitud vahemaaga.

Mehaaniline töö valem

Mehaaniline töö määratakse järgmise valemiga:

kus A on töö,
F - tugevus,
s – läbitud vahemaa.

Nii et vaatamata kogu väsinud katusehoidja kangelaslikkusele on tema tehtud töö võrdne nulliga, kuid kõrgelt kaljult gravitatsiooni mõjul langev vesi teeb kõige mehaanilise töö ära. See tähendab, et kui lükkame rasket kappi ebaõnnestunult, siis meie tehtud töö on füüsika seisukohalt võrdne nulliga, hoolimata sellest, et me rakendame palju jõudu. Kui aga nihutame kappi teatud kaugusele, siis teeme tööd, mis võrdub rakendatud jõu korrutisega selle vahemaa võrra, mille me keha liigutasime.

Töö ühik on 1 J. See on töö, mida teeb 1 njuutoni suurune jõud keha liigutamiseks 1 m kaugusele. Kui rakendatava jõu suund langeb kokku keha liikumissuunaga, siis see jõud liigub positiivne töö. Näide on see, kui me lükkame keha ja see liigub. Ja juhul, kui jõudu rakendatakse keha liikumisele vastupidises suunas, näiteks hõõrdejõud, siis see jõud teeb negatiivset tööd. Kui rakendatav jõud keha liikumist kuidagi ei mõjuta, siis selle töö tulemusel tekkiv jõud on võrdne nulliga.

Liikumise energiaomaduste iseloomustamiseks võeti kasutusele mehaanilise töö mõiste. Ja artikkel on pühendatud talle tema erinevates ilmingutes. Teema mõistmine on nii lihtne kui ka üsna keeruline. Autor püüdis siiralt seda arusaadavamaks ja arusaadavamaks muuta ning jääb üle vaid loota, et eesmärk on täidetud.

Mis on mehaaniline töö?

Kuidas seda nimetatakse? Kui kehale mõjub mingi jõud ja selle jõu toimel keha liigub, siis nimetatakse seda mehaaniliseks tööks. Teadusfilosoofia seisukohalt lähenedes võib siin eristada mitmeid täiendavaid aspekte, kuid artikkel käsitleb teemat füüsika vaatenurgast. Mehaaniline töö pole keeruline, kui siin kirjutatud sõnad hoolikalt läbi mõelda. Kuid sõna "mehaaniline" tavaliselt ei kirjutata ja kõik taandub sõnale "töö". Kuid mitte iga töö pole mehaaniline. Siin istub mees ja mõtleb. Kas see töötab? Vaimselt jah! Aga kas see on mehaaniline töö? Ei. Mis siis, kui inimene kõnnib? Kui keha liigub jõu mõjul, siis on see mehaaniline töö. Kõik on lihtne. Ehk siis kehale mõjuv jõud teeb (mehaanilist) tööd. Ja veel üks asi: see on töö, mis võib iseloomustada teatud jõu mõju tulemust. Nii et kui inimene kõnnib, siis teatud jõud (hõõrdumine, gravitatsioon jne) teevad inimese peal mehaanilist tööd ja nende tegevuse tulemusena muudab inimene oma asukohapunkti ehk teisisõnu ta liigub.

Töö kui füüsikaline suurus võrdub kehale mõjuva jõuga, mis on korrutatud teega, mille keha selle jõu mõjul ja selle näidatud suunas läbib. Võime öelda, et mehaaniline töö tehti siis, kui korraga oli täidetud 2 tingimust: kehale mõjus jõud ja see liikus oma toime suunas. Kuid seda ei tehtud või ei tehta, kui jõud mõjus, ja keha ei muutnud oma asukohta koordinaatsüsteemis. Siin on väikesed näited, kus mehhaanilist tööd ei tehta:

1. Seega võib inimene kukkuda tohutule rändrahnule, et seda liigutada, kuid jõudu ei jätku. Jõud mõjub kivile, kuid see ei liigu ja tööd ei toimu.
2. Keha liigub koordinaatsüsteemis ja jõud on võrdne nulliga või need kõik kompenseeritakse. Seda võib täheldada inertsiaalse liikumise ajal.
3. Kui keha liikumissuund on jõuga risti. Kui rong liigub mööda horisontaaljoont, ei tee gravitatsioonijõud oma tööd.

Sõltuvalt teatud tingimustest võib mehaaniline töö olla negatiivne ja positiivne. Seega, kui suunad ja jõud ning keha liigutused on samad, siis toimub positiivne töö. Positiivse töö näide on gravitatsiooni mõju langevale veetilgale. Aga kui liikumisjõud ja suund on vastupidised, siis tekib negatiivne mehaaniline töö. Sellise võimaluse näiteks on õhupall, mis tõuseb üles ja gravitatsioon, mis teeb negatiivset tööd. Kui keha on allutatud mitme jõu mõjule, nimetatakse sellist tööd "tulemuslikuks jõutööks".

Praktilise rakenduse omadused (kineetiline energia)

Teooriast liigume praktilise poole juurde. Eraldi tuleks rääkida mehaanilisest tööst ja selle kasutamisest füüsikas. Nagu paljud ilmselt mäletasid, jaguneb kogu keha energia kineetiliseks ja potentsiaalseks. Kui objekt on tasakaalus ja ei liigu kuskil, on selle potentsiaalne energia võrdne koguenergiaga ja selle kineetiline energia on null. Kui liikumine algab, hakkab potentsiaalne energia vähenema, kineetiline energia suurenema, kuid kokku on need võrdsed objekti koguenergiaga. Materiaalse punkti puhul on kineetiline energia määratletud kui selle jõu töö, mis kiirendas punkti nullist väärtuseni H, ja valemi kujul on keha kineetika ½ * M * H, kus M on mass. Paljudest osakestest koosneva objekti kineetilise energia väljaselgitamiseks peate leidma osakeste kogu kineetilise energia summa ja see on keha kineetiline energia.

Praktilise rakenduse omadused (potentsiaalne energia)

Kui kõik kehale mõjuvad jõud on konservatiivsed ja potentsiaalne energia võrdub kogusummaga, siis tööd ei tehta. Seda postulaati tuntakse mehaanilise energia jäävuse seadusena. Mehaaniline energia suletud süsteemis on ajavahemikus konstantne. Säilitusseadust kasutatakse laialdaselt klassikalise mehaanika probleemide lahendamiseks.

Praktilise rakenduse omadused (termodünaamika)

Termodünaamikas arvutatakse gaasi paisumisel tehtav töö rõhu integraaliga, mis on korrutatud mahuga. See lähenemine on rakendatav mitte ainult juhtudel, kui mahul on täpne funktsioon, vaid ka kõigi protsesside puhul, mida saab kuvada rõhu/mahu tasapinnal. Mehaanilise töö teadmisi ei rakendata ainult gaaside, vaid kõige kohta, mis suudab survet avaldada.

Praktilise rakenduse omadused praktikas (teoreetiline mehaanika)

Teoreetilises mehaanikas vaadeldakse üksikasjalikumalt kõiki ülalkirjeldatud omadusi ja valemeid, eelkõige on tegemist projektsioonidega. Ta annab ka oma definitsiooni mehaanilise töö erinevate valemite jaoks (näide Rimmeri integraali määratlusest): piiri, milleni kaldub elementaartöö jõudude summa, kui vaheseina peenus kipub nulli, nimetatakse jõu töö piki kõverat. Ilmselt raske? Aga ei midagi, teoreetilise mehaanikaga kõik. Jah, ja kõik mehaaniline töö, füüsika ja muud raskused on möödas. Edasi on ainult näited ja järeldus.

Mehaanilised tööüksused

SI kasutab töö mõõtmiseks džaule, samas kui GHS kasutab ergide:

1. 1 J = 1 kg m²/s² = 1 Nm
2. 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 dyne cm
3. 1 erg = 10–7 J

Näited mehaanilisest tööst

Sellise kontseptsiooni nagu mehaaniline töö lõpuks mõistmiseks peaksite uurima mõnda eraldi näidet, mis võimaldavad teil seda paljudest, kuid mitte kõigist külgedest kaaluda:

1. Kui inimene tõstab kätega kivi, siis toimub mehaaniline töö käte lihasjõu toel;
2. Kui rong sõidab mööda rööpaid, tõmbab seda traktori tõmbejõud (elektrivedur, diiselvedur jne);
3. Kui võtta relv ja tulistada sellest, siis tänu pulbergaaside tekitatavale survejõule saab töö tehtud: kuuli liigutatakse piki relva toru samal ajal, kui kuuli enda kiirus suureneb. ;
4. Samuti on mehaaniline töö, kui hõõrdejõud mõjub kehale, sundides seda oma liikumiskiirust vähendama;
5. Ülaltoodud näide kuulidega, kui need tõusevad gravitatsiooni suuna suhtes vastupidises suunas, on samuti näide mehaanilisest tööst, kuid lisaks gravitatsioonile mõjub Archimedese jõud ka siis, kui kõik õhust kergem tõuseb.

Mis on jõud?

Lõpetuseks tahan puudutada võimu teemat. Jõu poolt ühes ajaühikus tehtud tööd nimetatakse võimsuseks. Tegelikult on võimsus selline füüsiline suurus, mis peegeldab töö ja teatud ajaperioodi suhet, mille jooksul see töö tehti: M = P / B, kus M on võimsus, P on töö, B on aeg. SI võimsuse ühik on 1 vatt. Vatt võrdub võimsusega, mis teeb ühe džauli ühe sekundi jooksul: 1 W = 1J \ 1s.

Mida see tähendab?

Füüsikas on "mehaaniline töö" mingi jõu (gravitatsioon, elastsus, hõõrdumine jne) kehale mõjuv töö, mille tulemusena keha liigub.

Sageli sõna "mehaaniline" lihtsalt ei kirjutata.
Mõnikord võib kohata väljendit "keha on töö teinud", mis põhimõtteliselt tähendab "kehale mõjuv jõud on töö teinud".

Ma arvan – ma töötan.

Käin – töötan ka.

Kus siin mehaaniline töö on?

Kui keha liigub jõu mõjul, siis tehakse mehaaniline töö.

Keha väidetavalt teeb tööd.
Täpsemalt saab see olema nii: töö teeb kehale mõjuv jõud.

Töö iseloomustab jõu mõju tulemust.

Inimesele mõjuvad jõud teevad tema peal mehaanilist tööd ja nende jõudude toime tulemusena inimene liigub.

Töö on füüsikaline suurus, mis on võrdne kehale mõjuva jõu ja keha poolt jõu mõjul selle jõu suunas kulgeva tee korrutisega.

A - mehaaniline töö,
F - tugevus,
S – läbitud vahemaa.

Töö on tehtud, kui korraga on täidetud 2 tingimust: kehale mõjub jõud ja see
liigub jõu suunas.

Töö on tegemata(st võrdne 0-ga), kui:
1. Jõud mõjub, aga keha ei liigu.

Näiteks: me tegutseme jõuga kivile, kuid me ei saa seda liigutada.

2. Keha liigub ja jõud on võrdne nulliga või kõik jõud kompenseeritakse (st nende jõudude resultant on 0).
Näiteks: inertsist liikudes tööd ei tehta.
3. Jõu suund ja keha liikumissuund on üksteisega risti.

Näiteks: kui rong liigub horisontaalselt, siis gravitatsioon ei tööta.

Töö võib olla positiivne või negatiivne.

1. Kui jõu suund ja keha liikumissuund on samad, tehakse positiivne töö.

Näiteks: gravitatsioon, mis toimib alla langevale veetilgale, teeb positiivset tööd.

2. Kui jõu suund ja keha liikumine on vastupidised, tehakse negatiivset tööd.

Näiteks: tõusvale õhupallile mõjuv gravitatsioonijõud teeb negatiivset tööd.

Kui kehale mõjub mitu jõudu, siis on kõigi jõudude kogutöö võrdne tekkiva jõu tööga.

Tööühikud

Inglise teadlase D. Joule’i auks nimetati tööühik 1 Joule.

Rahvusvahelises mõõtühikute süsteemis (SI):
[A] = J = N m
1J = 1N 1m

Mehaaniline töö on võrdne 1 J, kui keha liigub 1 N suuruse jõu mõjul 1 m selle jõu suunas.

Inimese pöidlast indeksile lennates
sääsk töötab – 0,000,000,000,000,000,000,000,000,001 J.

Inimese süda teeb ühe kokkutõmbega ligikaudu 1 J tööd, mis vastab 10 kg koormuse 1 cm kõrgusele tõstmisel tehtavale tööle.

TÖÖLE, SÕBRAD!