A mechanikai munka és a teljesítmény röviden. Gépészeti munka. Képlet. A meghatározás megfogalmazása. Támogassa a reakciómunkát
A mechanikai munka a fizikai testek mozgására jellemző energia, amelynek skaláris formája van. Ez egyenlő a testre ható erő modulusával, megszorozva az ezen erő által okozott elmozdulási modulussal és a köztük lévő szög koszinuszával.
Forma 1 – Gépészeti munka.
F - A testre ható erő.
s - testmozgás.
cosa – az erő és az elmozdulás közötti szög koszinusza.
Ennek a képletnek van egy általános formája. Ha a kifejtett erő és az elmozdulás közötti szög nulla, akkor a koszinusz 1. Ennek megfelelően a munka csak az erő és az elmozdulás szorzatával lesz egyenlő. Egyszerűen fogalmazva, ha a test az erőhatás irányába mozog, akkor a mechanikai munka egyenlő az erő és az elmozdulás szorzatával.
A második speciális eset, amikor a testre ható erő és annak elmozdulása közötti szög 90 fok. Ebben az esetben a 90 fokos koszinusz egyenlő nullával, a munka pedig nulla lesz. És valóban, az történik, hogy az erőt egy irányba fejtjük ki, és a test arra merőlegesen mozog. Vagyis a test nyilvánvalóan nem mozog az erőnk hatására. Így a test mozgatására szolgáló erőnk munkája nulla.
1. ábra - Az erők munkája a test mozgatásakor.
Ha egynél több erő hat a testre, akkor a testre ható teljes erőt számítjuk ki. És akkor behelyettesítik a képletbe, mint egyetlen erőt. Az erő hatására egy test nem csak egyenes vonalban, hanem tetszőleges pályán is mozoghat. Ebben az esetben a munkát egy kis mozgásszakaszra számítjuk, amely egyenesnek tekinthető, majd a teljes út mentén összegezhető.
A munka lehet pozitív és negatív is. Vagyis ha az elmozdulás és az erő irányában egybeesik, akkor a munka pozitív. És ha az erőt az egyik irányba alkalmazzák, és a test a másik irányba mozog, akkor a munka negatív lesz. A negatív munkára példa a súrlódási erő munkája. Mivel a súrlódási erő a mozgás ellen irányul. Képzeljünk el egy testet, amely egy síkban mozog. A testre ható erő egy bizonyos irányba tolja azt. Ez az erő pozitív munkát végez a test mozgatása érdekében. Ugyanakkor a súrlódási erő negatív munkát végez. Lelassítja a test mozgását és a mozgása felé irányul.
2. ábra - Mozgási erő és súrlódás.
A mechanikában végzett munkát Joule-ban mérik. Egy Joule az a munka, amelyet egy Newton erő végez, amikor egy test egy métert elmozdul. A test mozgási iránya mellett a kifejtett erő nagysága is változhat. Például ha egy rugót összenyomnak, a rá kifejtett erő a megtett úttal arányosan növekszik. Ebben az esetben a munkát a képlet alapján számítják ki.
Formula 2 – Egy rugó összenyomásának munkája.
k a rugó merevsége.
x - mozgási koordináta.
Osztály
27. lecke
Gépészeti munka. Mérésük teljesítményegységei.
Új anyagok tanulása
Munka". Ez a szó gyermekkorunk óta ismerős számunkra. Egész életen át elkísér bennünket; ezt a szót nevezzük bármilyen emberi tevékenységnek: fizikai, szellemi vagy kreatív. Tudjuk, hogy az élet során a szív dolgozik. Ez a szív munkája egyenértékű azzal a munkával, amelyet el kell végezni, hogy a vonatot Európa legmagasabb hegyére, a Mont Blanc-ra (4810 m) felemeljük. Minden élőlény folyamatosan mozog, az ember csak a tevékenységében fejlődik és éri el eredményeit. Ez egy fontos fogalom.
De a fizika egy kicsit más tartalmat ad ebbe a koncepcióba. A fizikában elsősorban a mechanikai munkát tanulmányozzák. És egy nagyon fontos tény a munkavégzés során a sebesség. Mindig nem csak jobbat, hanem gyorsabbat is szeretnénk csinálni.
Jelen pillanatban arra kérlek, mutass be néhány munka teljesítményét a helyükön. Kérem, mondja meg, mi a szükséges feltétele a munka elvégzésének?
Igen, az alkalmazott erő és az elmozdulás jelenléte.
A mechanikai munka olyan fizikai mennyiség, amely a testnek erő hatására történő mozgását jellemzi.
Mint minden más fizikai mennyiségnek, a mechanikai munkának is vannak mértékegységei és számítási képlete.
[A] = 1 J
A mechanikai munka egyenlő az erő és az elmozdulás szorzatával.
« Ez érdekes!" Az SI munkaegység a 19. századi angol tudós, J. Joule nevéhez fűződik. J. Joule (1818-1889) Angliában született egy sörgyártulajdonos családjában. Rossz egészségi állapota miatt James 15 éves koráig nem járt iskolába. De 15 évesen a híres kémikus, John Dalton irányítása alatt sikeresen elsajátította a matematikát, a fizikát és a kémiát. Apja halála után, miután eladta az örökség részét, Joule önálló tudományos kutatásba kezdett, és minden pénzét ebbe fektette be. Joule életében ezer kísérletet végzett a mechanika, az elektromágnesesség és a termikus jelenségek területén, amelyek sikeresek voltak.
Most vessünk egy példát egy munkára. Fel kell ásni a területet. Hogyan lehet gyorsabban elvégezni ezt a munkát - lapáttal vagy traktorral? Az elvégzett munka ugyanaz lesz?
Igen, a munka ugyanaz; de más időt fognak eltölteni: ezt a munkát gyorsabban elvégzi a traktor.
A 10. emeletre gyorsabban megyünk fel lifttel, mint lépcsőn. Egy daru néhány perc alatt felemel egy nehéz téglát egy épülő ház magasságába, miközben a dolgozók egy egész napot töltenének ugyanazzal a munkával. A gyorsabb munkát végző mechanizmus erősebbnek tekinthető.
A teljesítmény egy fizikai mennyiség, amely a munkavégzés sebességét jellemzi.
A teljesítmény egyenlő a mechanikai munka és a munkavégzés időtartamának arányával.
Az erőegységet James Watt angol tudósról nevezték el. A 18. század "Arkhimédészének" nevezték. De van egy rendszeren kívüli teljesítménymérés egysége - lóerő. A helyzet az, hogy a gépészet hajnalán a potenciális fogyasztó jobban ismert és érthetőbb volt azzal a magyarázattal, hogy ennek a mechanizmusnak a teljesítménye 20 lóerő, vagyis a mechanizmus 20 ló helyettesítésére képes.
« Ez érdekes!" Egy felnőtt átlagos teljesítménye kellően hosszú munkával körülbelül 35-75 watt. De meglehetősen rövid időn belül az ember több erőt tud kifejleszteni, mint egy ló. Például azok a sportolók, akik egy 200 kg-nál nagyobb súlyú súlyzót 1,8 m magasra tolnak 1 másodperc alatt, körülbelül 3500 watt teljesítményt fejlesztenek ki.
Ezt a tényt a füzeteiben végzett számítások segítségével ellenőrizheti.
És egy rovar teljesítménye repülés közben körülbelül 0,00001 watt.
Új anyag összevonása.
A probléma megoldása
Milyen erőt fejleszt ki egy súlyemelő, ha egy 125 kg súlyú súlyzót 0,3 s alatt 70 cm magasra emel?
Adott: SI megoldás
t=125 kg
h=70cm 0,7m N= de A=FS és F=mg és S=h.
t=0,3 s Tehát N=
N-? N = 2916,7 W
[N] = = = = W
Válasz: 2916,7 W.
Házi feladat
8-a: tanulja meg a 17. és 19. bekezdést (3. tétel); írásban válaszoljon a kérdésekre.
8-b: tanulja meg a 41. és 47. bekezdést; írásban válaszoljon a kérdésekre.
Kérdések
1. Mondjon példákat, amikor egy erő hat a testre, de nem működik!
2. Két azonos tömegű rakományt szállítottak autóbuszokkal Donyeck egyik külvárosi településére és Donyeck központjába. Az első és a második esetben azonos volt a munka? Miért?
3. Miért kezdődött el gyorsabban az építkezés a 20. és 21. században, mint korábban?
4. Két különböző súlyú fiú rohant ki a ház harmadik emeletére, azonos időt mutatva. Ugyanazt az erőt fejlesztették ki egyszerre?
Tudod mi a munka? Kétségkívül. Mi a munka, mindenki tudja, feltéve, hogy a Föld bolygón született és él. Mi az a mechanikai munka?
Ezt a koncepciót a legtöbb ember ismeri a bolygón, bár néhány embernek meglehetősen homályos elképzelése van erről a folyamatról. De most nem róluk van szó. Még kevesebb embernek van fogalma arról, hogy mit mechanikai munka a fizika szemszögéből. A fizikában a mechanikai munka nem az embernek a táplálékért végzett munkája, hanem olyan fizikai mennyiség, amely teljesen független lehet sem az embertől, sem más élőlénytől. Hogy hogy? Most találjuk ki.
Mechanikai munka a fizikában
Mondjunk két példát. Az első példában a folyó vize a szakadékkal ütközve zajosan zuhan le vízesés formájában. A második példa egy olyan személy, aki kinyújtott karral tart egy nehéz tárgyat, például egy vidéki ház verandájának letört tetőjét megőrzi, hogy ne zuhanjon le, miközben felesége és gyermekei kétségbeesetten keresnek valamit, ami alátámaszthatná. Mikor történik a gépészeti munka?
A mechanikai munka definíciója
Szinte mindenki habozás nélkül azt válaszolja: a másodikban. És tévedni fognak. A helyzet éppen az ellenkezője. A fizikában a mechanikai munkát írják le a következő meghatározásokat: mechanikai munka akkor történik, amikor egy testre erő hat és az elmozdul. A mechanikai munka egyenesen arányos az alkalmazott erővel és a megtett úttal.
Mechanikai munkaképlet
A mechanikai munkát a következő képlet határozza meg:
ahol A a munka,
F - erő,
s - a megtett távolság.
Tehát a fáradt tetőtartó minden hősiessége ellenére az általa végzett munka nullával egyenlő, de a magas szikláról a gravitáció hatására leeső víz végzi a legtöbb mechanikai munkát. Vagyis ha egy nehéz szekrényt sikertelenül tolunk, akkor a fizika szempontjából elvégzett munka annak ellenére, hogy nagy erőt alkalmazunk, nullával egyenlő lesz. De ha a szekrényt egy bizonyos távolságra elmozdítjuk, akkor a test elmozdításának távolságával fellépő erő szorzatával egyenlő munkát végzünk.
A munka mértékegysége 1 J. Ez az a munka, amelyet 1 newton erő végez, hogy egy testet 1 m távolságra elmozdítson. Ha a kifejtett erő iránya egybeesik a test mozgási irányával, akkor ez az erő pozitív munka. Példa erre, amikor meglökünk egy testet, és az megmozdul. És abban az esetben, ha az erőt a test mozgásával ellentétes irányban alkalmazzák, például súrlódási erő, akkor ez az erő negatív munkát végez. Ha az alkalmazott erő semmilyen módon nem befolyásolja a test mozgását, akkor a munka által keltett erő nulla.
A mozgás energetikai jellemzőinek jellemzésére bevezettük a mechanikai munka fogalmát. És ez a cikk neki szól különféle megnyilvánulásaiban. A téma megértése egyszerű és meglehetősen bonyolult. A szerző őszintén igyekezett érthetőbbé, érthetőbbé tenni, és csak remélni lehet, hogy a célt sikerült elérni.
Mi az a mechanikai munka?
Minek nevezik? Ha valamilyen erő hat a testre, és ennek az erőnek a hatására a test elmozdul, akkor ezt mechanikai munkának nevezzük. A tudományfilozófia felől közelítve itt több további szempont is megkülönböztethető, de a cikk a fizika felől fogja kitérni a témát. A gépészeti munka nem nehéz, ha alaposan átgondolja az ide írt szavakat. De a "mechanikus" szót általában nem írják le, és minden a "munka" szóra redukálódik. De nem minden munka mechanikus. Itt egy ember ül és gondolkodik. Működik? Lelkileg igen! De ez mechanikus munka? Nem. Mi van, ha az ember sétál? Ha a test erő hatására mozog, akkor ez mechanikai munka. Minden egyszerű. Más szóval, a testre ható erő (mechanikai) működik. És még valami: a munka az, ami egy bizonyos erő hatásának eredményét jellemezheti. Tehát ha az ember sétál, akkor bizonyos erők (súrlódás, gravitáció stb.) mechanikai munkát végeznek az emberen, és ezek hatására az ember megváltoztatja a helyzetét, vagyis mozog.
A munka mint fizikai mennyiség egyenlő a testre ható erővel, megszorozva azzal az úttal, amelyet a test ennek az erőnek a hatására és az általa jelzett irányban megtett. Azt mondhatjuk, hogy mechanikai munkát végeztünk, ha 2 feltétel egyidejűleg teljesült: az erő hatott a testre, és az elmozdult a hatásának irányába. De nem hajtották végre, vagy nem hajtják végre, ha az erő hatott, és a test nem változtatta meg a helyét a koordinátarendszerben. Íme néhány példa, ahol nem végeznek mechanikai munkát:
- Tehát az ember ráeshet egy hatalmas sziklára, hogy elmozdítsa, de nincs elég ereje. Az erő hat a kőre, de az nem mozdul, és nem történik munka.
- A test a koordinátarendszerben mozog, és az erő nullával egyenlő, vagy mindegyik kompenzálódik. Ez tehetetlenségi mozgás során figyelhető meg.
- Amikor a test mozgási iránya merőleges az erőre. Amikor a vonat vízszintes vonal mentén halad, a gravitációs erő nem végzi el a munkáját.
Bizonyos feltételektől függően a mechanikai munka negatív és pozitív lehet. Tehát, ha a test irányai és erői, valamint mozgásai megegyeznek, akkor pozitív munka történik. A pozitív munkára példa a gravitáció hatása a leeső vízcseppre. De ha az erő és a mozgás iránya ellentétes, akkor negatív mechanikai munka lép fel. Ilyen lehetőség például a felfelé ívelő léggömb és a gravitáció, amely negatív munkát végez. Ha egy test több erő hatásának van kitéve, az ilyen munkát "eredményes erőmunkának" nevezik.
A gyakorlati alkalmazás jellemzői (kinetikus energia)
Az elméletről áttérünk a gyakorlati részre. Külön kell beszélnünk a mechanikai munkáról és annak fizikában való felhasználásáról. Amint valószínűleg sokan emlékeztek, a test összes energiája kinetikai és potenciális részekre oszlik. Ha egy tárgy egyensúlyban van, és nem mozog sehol, akkor potenciális energiája egyenlő a teljes energiával, mozgási energiája pedig nulla. Amikor a mozgás elkezdődik, a potenciális energia csökkenni kezd, a mozgási energia növekedni kezd, de összességében megegyeznek a tárgy összenergiájával. Egy anyagi pont esetében a mozgási energiát annak az erőnek a munkájaként határozzuk meg, amely a pontot nulláról a H értékre gyorsította, és képlet formájában a test kinetikája ½ * M * H, ahol M a tömeg. Egy sok részecskebõl álló tárgy kinetikus energiájának megtudásához meg kell találni a részecskék összes kinetikus energiájának összegét, és ez lesz a test mozgási energiája.
A gyakorlati alkalmazás jellemzői (potenciális energia)
Abban az esetben, ha a testre ható összes erő konzervatív, és a potenciális energia egyenlő a teljes értékkel, akkor nem történik munka. Ez a posztulátum a mechanikai energia megmaradásának törvényeként ismert. A mechanikai energia zárt rendszerben az időintervallumban állandó. A természetvédelmi törvényt széles körben használják a klasszikus mechanikából származó problémák megoldására.
A gyakorlati alkalmazás jellemzői (termodinamika)
A termodinamikában a gáz által a tágulás során végzett munkát a nyomás és a térfogat szorzatával számítják ki. Ez a megközelítés nem csak azokban az esetekben alkalmazható, ahol a térfogatnak pontos függvénye van, hanem minden olyan folyamatra, amely a nyomás/térfogat síkban megjeleníthető. A mechanikai munka ismereteit nemcsak a gázokra alkalmazzák, hanem mindenre, ami nyomást tud kifejteni.
A gyakorlati alkalmazás jellemzői a gyakorlatban (elméleti mechanika)
Az elméleti mechanikában az összes fent leírt tulajdonságot és képletet részletesebben figyelembe veszik, különösen ezek vetületek. Saját definíciót ad a mechanikai munka különféle képleteire is (példa a Rimmer-integrál definíciójára): azt a határt, amelyre az elemi munka erőinek összege hajlik, amikor a partíció finomsága nullára hajlik, az úgynevezett az erő munkája a görbe mentén. Valószínűleg nehéz? De semmi, elméleti mechanikával mindent. Igen, és minden mechanikai munka, fizika és egyéb nehézségek véget értek. A továbbiakban csak példák és következtetések lesznek.
Gépészeti munkaegységek
Az SI joule-t használ a munka mérésére, míg a GHS ergeket használ:
- 1 J = 1 kg m²/s² = 1 Nm
- 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 dyn cm
- 1 erg = 10–7 J
Példák a mechanikai munkákra
Annak érdekében, hogy végre megértse az ilyen fogalmat, mint a mechanikai munka, tanulmányozzon néhány külön példát, amelyek lehetővé teszik, hogy sok, de nem minden oldalról megvizsgálja:
- Amikor egy ember felemeli a követ a kezével, akkor mechanikai munka történik a kezek izomerejének segítségével;
- Amikor a vonat a sínek mentén halad, a traktor vonóereje húzza (villamos mozdony, dízelmozdony stb.);
- Ha vesz egy fegyvert és lő belőle, akkor a porgázok által keltett nyomóerőnek köszönhetően a munka megtörténik: a golyó a pisztoly csöve mentén mozog, miközben maga a golyó sebessége nő. ;
- Létezik mechanikai munka is, amikor a súrlódási erő hat a testre, és arra kényszeríti, hogy csökkentse mozgásának sebességét;
- A fenti példa a golyókkal, amikor azok a gravitáció irányával ellentétes irányba emelkednek, szintén a mechanikai munkára példa, de a gravitáció mellett az Archimedes-erő is hat, amikor minden, ami a levegőnél könnyebb felemelkedik.
Mi a hatalom?
Végül a hatalom témáját szeretném érinteni. Az erő által egy időegység alatt végzett munkát teljesítménynek nevezzük. Valójában a teljesítmény egy olyan fizikai mennyiség, amely tükrözi a munka és egy bizonyos időtartam arányát, amely alatt ezt a munkát elvégezték: M = P / B, ahol M a teljesítmény, P a munka, B az idő. Az SI teljesítmény mértékegysége 1 watt. Egy watt egyenlő azzal a teljesítménnyel, amely egy joule-t egy másodperc alatt elvégzi: 1 W = 1J \ 1s.
Mit jelent?
A fizikában a "mechanikai munka" a testre ható valamilyen erő (gravitáció, rugalmasság, súrlódás stb.) munkája, melynek hatására a test elmozdul.
A "mechanikus" szót gyakran egyszerűen nem írják le.
Néha találkozhatunk azzal a kifejezéssel, hogy „a test elvégezte a munkát”, ami alapvetően azt jelenti, hogy „a testre ható erő elvégezte a munkát”.
Azt hiszem – dolgozom.
megyek – dolgozom is.
Hol van itt a gépészeti munka?
Ha egy test erő hatására mozog, akkor mechanikai munka történik.
A test állítólag munkát végez.
Pontosabban így lesz: a munkát a testre ható erő végzi.
A munka egy erő hatásának eredményét jellemzi.
Az emberre ható erők mechanikus munkát végeznek rajta, és ezeknek az erőknek a hatására az ember megmozdul.
A munka fizikai mennyiség, amely egyenlő a testre ható erő és a test által az erő hatására megtett út szorzatával ennek az erőnek az irányában.
A - gépészeti munka,
F - erő,
S - a megtett távolság.
A munka kész, ha 2 feltétel egyszerre teljesül: a testre erő hat és azt
az erő irányába mozog.
A munka nincs kész(azaz egyenlő 0-val), ha:
1. Az erő hat, de a test nem mozdul.
Például: erővel hatunk egy kőre, de nem tudjuk megmozdítani.
2. A test elmozdul, és az erő egyenlő nullával, vagy minden erő kiegyenlítésre kerül (azaz ezeknek az erőknek az eredője 0).
Például: tehetetlenségi mozgatásakor nem történik munka.
3. Az erő iránya és a test mozgási iránya egymásra merőleges.
Például: amikor egy vonat vízszintesen mozog, a gravitáció nem működik.
A munka lehet pozitív vagy negatív.
1. Ha az erő iránya és a test mozgási iránya megegyezik, pozitív munka történik.
Például: a gravitáció, amely egy lezuhanó vízcseppre hat, pozitív munkát végez.
2. Ha az erő iránya és a test mozgása ellentétes, negatív munkát végeznek.
Például: a felszálló ballonra ható gravitációs erő negatív munkát végez.
Ha egy testre több erő hat, akkor az összes erő összmunkája megegyezik a keletkező erő munkájával.
Munkaegységek
D. Joule angol tudós tiszteletére a munkaegységet 1 Joule-nak nevezték el.
A nemzetközi mértékegységrendszerben (SI):
[A] = J = N m
1J = 1N 1m
A mechanikai munka 1 J, ha 1 N erő hatására a test 1 m-rel elmozdul ennek az erőnek az irányában.
Amikor egy személy hüvelykujjától az index felé repül
egy szúnyog működik - 0,000,000,000,000,000,000,000,000,001 J.
Az emberi szív egy összehúzódással megközelítőleg 1 J munkát végez, ami megfelel a 10 kg-os teher 1 cm magasra emelésekor végzett munkának.
DOLGOZNI, BARÁTOK!
