Mekanisk arbeid og kraft kort. Mekanisk arbeid. Formel. Ordlyden i definisjonen. Støtte reaksjonsarbeid

Mekanisk arbeid er en energikarakteristisk for bevegelsen av fysiske kropper, som har en skalar form. Den er lik modulen til kraften som virker på kroppen, multiplisert med forskyvningsmodulen forårsaket av denne kraften og cosinus til vinkelen mellom dem.

Formel 1 - Mekanisk arbeid.

F - Kraft som virker på kroppen.

s - kroppsbevegelse.

cosa - Cosinus av vinkelen mellom kraft og forskyvning.

Denne formelen har en generell form. Hvis vinkelen mellom den påførte kraften og forskyvningen er null, er cosinus 1. Følgelig vil arbeidet kun være lik produktet av kraften og forskyvningen. Enkelt sagt, hvis kroppen beveger seg i retning av påføring av kraften, er det mekaniske arbeidet lik produktet av kraften og forskyvningen.

Det andre spesielle tilfellet er når vinkelen mellom kraften som virker på kroppen og dens forskyvning er 90 grader. I dette tilfellet er cosinus på 90 grader lik null, henholdsvis vil arbeidet være lik null. Og det som skjer er at vi bruker kraft i én retning, og kroppen beveger seg vinkelrett på den. Det vil si at kroppen åpenbart ikke beveger seg under påvirkning av vår kraft. Dermed er kraften vår til å bevege kroppen null.

Figur 1 - Kraftenes arbeid ved bevegelse av kroppen.

Hvis mer enn én kraft virker på kroppen, beregnes den totale kraften som virker på kroppen. Og så er den erstattet med formelen som den eneste kraften. Et legeme under påvirkning av en kraft kan bevege seg ikke bare i en rett linje, men også langs en vilkårlig bane. I dette tilfellet beregnes arbeidet for en liten del av bevegelsen, som kan betraktes som rett og deretter summert langs hele banen.

Arbeid kan være både positivt og negativt. Det vil si at hvis forskyvningen og kraften faller sammen i retning, er arbeidet positivt. Og hvis kraften påføres i en retning, og kroppen beveger seg i den andre, vil arbeidet være negativt. Et eksempel på negativt arbeid er friksjonskraftens arbeid. Siden friksjonskraften er rettet mot bevegelsen. Se for deg en kropp som beveger seg langs et fly. En kraft påført en kropp skyver den i en bestemt retning. Denne kraften gjør positivt arbeid for å bevege kroppen. Men samtidig gjør friksjonskraften negativt arbeid. Den bremser kroppens bevegelse og er rettet mot dens bevegelse.

Figur 2 - Bevegelseskraft og friksjon.

Arbeid i mekanikk måles i Joule. Én Joule er arbeidet som utføres av en kraft på én Newton når et legeme beveger seg én meter. I tillegg til bevegelsesretningen til kroppen, kan også størrelsen på den påførte kraften endres. For eksempel, når en fjær komprimeres, vil kraften som påføres den øke proporsjonalt med tilbakelagt avstand. I dette tilfellet beregnes arbeidet med formelen.

Formel 2 - Arbeid med kompresjon av en fjær.

k er fjærens stivhet.

x - flytt koordinat.

Klasse

Leksjon #27

Mekanisk arbeid. Power Units av deres måling.

Lære nytt stoff

Jobb". Dette ordet har vært kjent for oss siden barndommen. Den følger oss gjennom hele livet; dette ordet kaller vi enhver form for menneskelig aktivitet: fysisk, mental eller kreativ. Vi vet at hjertet fungerer i løpet av livet. Dette hjertearbeidet tilsvarer arbeidet som må gjøres for å løfte toget til det høyeste fjellet i Europa - Mont Blanc (4810 moh). Alle levende ting beveger seg konstant, en person bare i sin aktivitet utvikler seg og oppnår sine resultater. Dette er et viktig konsept.

Men fysikk legger et litt annet innhold i dette konseptet. I fysikk studeres mekanisk arbeid først og fremst. Og et veldig viktig faktum når du utfører arbeid er hastigheten. Vi ønsker alltid å gjøre noe ikke bare bedre, men også raskere.

For øyeblikket vil jeg be deg om å demonstrere ytelsen til noe arbeid på deres steder. Fortell meg hva som er den nødvendige betingelsen for at arbeidet skal utføres?

Ja, tilstedeværelsen av påført kraft og forskyvning.

Mekanisk arbeid er en fysisk størrelse som karakteriserer bevegelsen til en kropp under påvirkning av en kraft.

Som enhver annen fysisk størrelse har mekanisk arbeid måleenheter og en formel for beregning.

[A] = 1 J

Mekanisk arbeid er lik produktet av kraft og forskyvning.

« Dette er interessant!" SI-arbeidsenheten er oppkalt etter den engelske vitenskapsmannen J. Joule fra 1800-tallet. J. Joule (1818-1889) ble født i England i familien til en bryggerieier. På grunn av dårlig helse gikk ikke James på skolen før han var 15 år gammel. Men i en alder av 15, under veiledning av den berømte kjemikeren John Dalton, mestret han matematikk, fysikk og kjemi. Etter farens død, etter å ha solgt sin del av arven, begynte Joule uavhengig vitenskapelig forskning og investerte alle pengene sine i den. I løpet av sin levetid gjennomførte Joule tusen eksperimenter innen mekanikk, elektromagnetisme og termiske fenomener, som var vellykkede.

La oss nå ta en titt på et eksempel på en jobb. Du må grave opp området. Hvordan gjøre denne jobben raskere - med en spade eller en traktor? Vil arbeidet som gjøres være det samme?

Ja, arbeidet er det samme; men annen tid vil bli brukt: dette arbeidet vil bli gjort raskere av traktoren.

Vi skal opp til 10. etasje raskere med heis enn med trapper. En kran løfter en tung murstein til høyden av et hus som er under bygging på noen få minutter, mens arbeiderne bruker en hel dag på det samme arbeidet. Mekanismen som gjør arbeidet raskere anses som kraftigere.

Kraft er en fysisk størrelse som kjennetegner hastigheten arbeidet utføres med.

Effekt er lik forholdet mellom mekanisk arbeid og tiden dette arbeidet utføres for.

Maktenheten er oppkalt etter den engelske forskeren James Watt. Han ble kalt «Archimedes» på 1700-tallet. Men det er en off-system enhet for effektmåling - hestekrefter. Faktum er at ved begynnelsen av maskinteknikk var en potensiell forbruker mer kjent og mer forståelig med forklaringen om at kraften til denne mekanismen er 20 hestekrefter, det vil si at mekanismen er i stand til å erstatte 20 hester.

« Dette er interessant!" Den gjennomsnittlige effekten til en voksen med et tilstrekkelig langt arbeid er omtrent 35 - 75 watt. Men på ganske kort tid kan en person utvikle mer kraft enn en hest. For eksempel, idrettsutøvere som skyver en vektstang som veier mer enn 200 kg til en høyde på 1,8 m på 1 s, utvikler omtrent 3500 watt kraft.

Ved hjelp av beregninger i notatbøkene dine kan du bekrefte dette faktum.

Og kraften til et insekt på flukt er omtrent 0,00001 watt.

Konsolidering av nytt materiale.

Løsningen på problemet

Hvilken kraft utvikler en vektløfter hvis han løfter en vektstang som veier 125 kg til en høyde på 70 cm på 0,3 s?

Gitt: SI Løsning

t=125 kg

h=70cm 0,7m N= men A=FS og F=mg og S=h.

t=0,3s Så N=

N-? N= 2916,7 W

[N] = = = =W

Svar: 2916,7 W.

Hjemmelekser

8-a: lære avsnitt 17 og 19 (punkt 3); besvare spørsmål skriftlig.

8-b: lære avsnitt 41 og 47; besvare spørsmål skriftlig.

Spørsmål

1. Gi eksempler når en kraft virker på kroppen, men den virker ikke.

2. To lass med samme vekt ble levert med busser til en forstadsbygd i Donetsk og til sentrum av Donetsk. Ble arbeidet utført i det første og andre tilfellet det samme? Hvorfor?

3. Hvorfor begynte byggingen raskere på 1900- og 2000-tallet enn før?

4. To gutter med ulik vekt raste ut til tredje etasje i huset, og viste samme tid. Utviklet de samme kraft på samme tid?

Vet du hva arbeid er? Uten tvil. Hva som er arbeid, vet hver person, forutsatt at han ble født og bor på planeten Jorden. Hva er mekanisk arbeid?

Dette konseptet er også kjent for de fleste mennesker på planeten, selv om noen individer har en ganske vag idé om denne prosessen. Men det handler ikke om dem nå. Enda færre mennesker har noen anelse om hva mekanisk arbeid fra et fysikksynspunkt. I fysikk er ikke mekanisk arbeid arbeidet til en person for matens skyld, det er en fysisk størrelse som kan være helt uten slekt med verken en person eller noe annet levende vesen. Hvordan det? La oss nå finne ut av det.

Mekanisk arbeid i fysikk

La oss gi to eksempler. I det første eksemplet faller vannet i elven, som kolliderer med avgrunnen, støyende ned i form av en foss. Det andre eksemplet er en person som holder en tung gjenstand ved utstrakte armer, for eksempel hindrer et ødelagt tak over verandaen på et landsted fra å falle, mens hans kone og barn febrilsk leter etter noe å støtte det på. Når utføres mekanisk arbeid?

Definisjon av mekanisk arbeid

Nesten alle, uten å nøle, vil svare: i den andre. Og de vil ta feil. Saken er akkurat det motsatte. I fysikk beskrives mekanisk arbeid følgende definisjoner: mekanisk arbeid utføres når en kraft virker på en kropp og den beveger seg. Mekanisk arbeid er direkte proporsjonalt med den påførte kraften og tilbakelagt distanse.

Mekanisk arbeidsformel

Det mekaniske arbeidet bestemmes av formelen:

der A er arbeid,
F - styrke,
s - tilbakelagt avstand.

Så, til tross for all heltemoten til den slitne takholderen, er arbeidet utført av ham lik null, men vannet, som faller under påvirkning av tyngdekraften fra en høy klippe, gjør det mest mekaniske arbeidet. Det vil si at hvis vi skyver et tungt skap uten hell, vil arbeidet vi har gjort fra et fysikksynspunkt være lik null, til tross for at vi bruker mye kraft. Men hvis vi flytter skapet en viss avstand, vil vi utføre arbeid lik produktet av den påførte kraften med avstanden vi flyttet kroppen.

Arbeidsenheten er 1 J. Dette er arbeidet som utføres av en kraft på 1 newton for å bevege et legeme en avstand på 1 m. Hvis retningen til den påførte kraften faller sammen med kroppens bevegelsesretning, så gjør denne kraften det positivt arbeid. Et eksempel er når vi presser en kropp og den beveger seg. Og i tilfellet når kraften påføres i motsatt retning av kroppens bevegelse, for eksempel friksjonskraft, så virker denne kraften negativt. Hvis den påførte kraften ikke påvirker kroppens bevegelse på noen måte, er kraften som produseres av dette arbeidet lik null.

For å kunne karakterisere energikarakteristikkene til bevegelse ble begrepet mekanisk arbeid introdusert. Og det er til henne i hennes forskjellige manifestasjoner at artikkelen er viet. Å forstå temaet er både enkelt og ganske komplekst. Forfatteren prøvde oppriktig å gjøre det mer forståelig og forståelig, og man kan bare håpe at målet er nådd.

Hva er mekanisk arbeid?

Hva heter det? Hvis en kraft virker på kroppen, og som et resultat av virkningen av denne kraften, beveger kroppen seg, så kalles dette mekanisk arbeid. Når man nærmer seg fra et vitenskapelig filosofisynspunkt, kan flere tilleggsaspekter skilles her, men artikkelen vil dekke temaet fra et fysikksynspunkt. Mekanisk arbeid er ikke vanskelig hvis du tenker nøye gjennom ordene som er skrevet her. Men ordet "mekanisk" er vanligvis ikke skrevet, og alt er redusert til ordet "arbeid". Men ikke alle jobber er mekaniske. Her sitter en mann og tenker. Virker det? Mentalt ja! Men er det mekanisk arbeid? Nei. Hva om personen går? Hvis kroppen beveger seg under påvirkning av en kraft, er dette mekanisk arbeid. Alt er enkelt. Med andre ord virker kraften som virker på kroppen (mekanisk). Og en ting til: det er arbeid som kan karakterisere resultatet av en viss krafts handling. Så hvis en person går, utfører visse krefter (friksjon, tyngdekraft, etc.) mekanisk arbeid på en person, og som et resultat av deres handling endrer en person sitt sted, med andre ord, han beveger seg.

Arbeid som en fysisk størrelse er lik kraften som virker på kroppen, multiplisert med banen som kroppen laget under påvirkning av denne kraften og i retningen som den antyder. Vi kan si at mekanisk arbeid ble utført hvis 2 betingelser ble oppfylt samtidig: kraften virket på kroppen, og den beveget seg i retning av dens handling. Men det ble ikke utført eller ikke utført hvis kraften virket, og kroppen ikke endret sin plassering i koordinatsystemet. Her er små eksempler hvor mekanisk arbeid ikke utføres:

1. Så en person kan falle på en stor stein for å flytte den, men det er ikke nok styrke. Kraften virker på steinen, men den beveger seg ikke, og arbeid skjer ikke.
2. Kroppen beveger seg i koordinatsystemet, og kraften er lik null eller de blir alle kompensert. Dette kan observeres under treghetsbevegelse.
3. Når retningen kroppen beveger seg i er vinkelrett på kraften. Når toget beveger seg langs en horisontal linje, gjør ikke tyngdekraften jobben sin.

Avhengig av visse forhold kan mekanisk arbeid være negativt og positivt. Så hvis retningene og kreftene og bevegelsene til kroppen er de samme, oppstår positivt arbeid. Et eksempel på positivt arbeid er effekten av tyngdekraften på en fallende vanndråpe. Men hvis kraften og bevegelsesretningen er motsatt, oppstår negativt mekanisk arbeid. Et eksempel på et slikt alternativ er en ballong som stiger opp og tyngdekraften, som gjør negativt arbeid. Når en kropp utsettes for påvirkning fra flere krefter, kalles slikt arbeid «resultant kraftarbeid».

Funksjoner for praktisk anvendelse (kinetisk energi)

Vi går fra teori til praktisk del. Hver for seg bør vi snakke om mekanisk arbeid og bruken av det i fysikk. Som mange sikkert husket, er all energien i kroppen delt inn i kinetisk og potensial. Når et objekt er i likevekt og ikke beveger seg noe sted, er dens potensielle energi lik den totale energien, og dens kinetiske energi er null. Når bevegelsen begynner, begynner den potensielle energien å avta, den kinetiske energien å øke, men totalt er de lik den totale energien til objektet. For et materialpunkt er kinetisk energi definert som arbeidet til kraften som akselererte punktet fra null til verdien H, og i formelform er kinetikken til kroppen ½ * M * H, der M er massen. For å finne ut den kinetiske energien til et objekt som består av mange partikler, må du finne summen av all kinetisk energi til partiklene, og dette vil være den kinetiske energien til kroppen.

Funksjoner for praktisk bruk (potensiell energi)

I tilfellet når alle kreftene som virker på kroppen er konservative, og den potensielle energien er lik totalen, blir det ikke gjort noe arbeid. Dette postulatet er kjent som loven om bevaring av mekanisk energi. Mekanisk energi i et lukket system er konstant i tidsintervallet. Fredningsloven er mye brukt for å løse problemer fra klassisk mekanikk.

Funksjoner ved praktisk anvendelse (termodynamikk)

I termodynamikk beregnes arbeidet utført av en gass under ekspansjon av integralet av trykk multiplisert med volum. Denne tilnærmingen gjelder ikke bare i tilfeller der det er en nøyaktig funksjon av volum, men også for alle prosesser som kan vises i trykk/volum-planet. Kunnskapen om mekanisk arbeid brukes også ikke bare på gasser, men på alt som kan utøve trykk.

Funksjoner ved praktisk anvendelse i praksis (teoretisk mekanikk)

I teoretisk mekanikk vurderes alle egenskapene og formlene beskrevet ovenfor mer detaljert, spesielt er dette projeksjoner. Hun gir også sin egen definisjon for forskjellige formler for mekanisk arbeid (et eksempel på definisjonen for Rimmer-integralet): grensen som summen av alle kreftene til elementært arbeid har en tendens til når finheten til skilleveggen har en tendens til null kalles arbeid av kraften langs kurven. Sannsynligvis vanskelig? Men ingenting, med teoretisk mekanikk alt. Ja, og alt det mekaniske arbeidet, fysikken og andre vanskeligheter er over. Videre vil det bare være eksempler og en konklusjon.

Mekaniske arbeidsenheter

SI bruker joule for å måle arbeid, mens GHS bruker ergs:

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

Eksempler på mekanisk arbeid

For å endelig forstå et slikt konsept som mekanisk arbeid, bør du studere noen få separate eksempler som lar deg vurdere det fra mange, men ikke alle, sider:

1. Når en person løfter en stein med hendene, oppstår mekanisk arbeid ved hjelp av hendenes muskelstyrke;
2. Når et tog kjører langs skinnene, trekkes det av trekkraften til traktoren (elektrisk lokomotiv, diesellokomotiv, etc.);
3. Hvis du tar en pistol og skyter fra den, takket være trykkkraften som pulvergassene vil skape, vil arbeidet bli utført: kulen flyttes langs pistolens løp samtidig som hastigheten til selve kulen øker ;
4. Det er også mekanisk arbeid når friksjonskraften virker på kroppen, og tvinger den til å redusere bevegelseshastigheten;
5. Eksemplet ovenfor med kuler, når de stiger i motsatt retning i forhold til tyngderetningen, er også et eksempel på mekanisk arbeid, men i tillegg til tyngdekraften virker også Arkimedeskraften når alt som er lettere enn luft stiger.

Hva er makt?

Til slutt vil jeg komme inn på temaet makt. Arbeidet som utføres av en kraft i en tidsenhet kalles kraft. Faktisk er kraft en slik fysisk størrelse som er en refleksjon av forholdet mellom arbeid og en viss tidsperiode hvor dette arbeidet ble utført: M = P / B, der M er makt, P er arbeid, B er tid. SI-enheten for kraft er 1 watt. En watt er lik kraften som gjør jobben med én joule på ett sekund: 1 W = 1J \ 1s.

Hva betyr det?

I fysikk er "mekanisk arbeid" arbeidet med en eller annen kraft (tyngdekraft, elastisitet, friksjon, etc.) på kroppen, som et resultat av at kroppen beveger seg.

Ofte er ordet "mekanisk" rett og slett ikke stavet.
Noen ganger kan du finne uttrykket "kroppen har gjort jobben", som i bunn og grunn betyr "kraften som virker på kroppen har gjort jobben."

Jeg tror - jeg jobber.

Jeg går - jeg jobber også.

Hvor er det mekaniske arbeidet her?

Hvis en kropp beveger seg under påvirkning av en kraft, utføres mekanisk arbeid.

Kroppen sies å gjøre arbeid.
Mer presist vil det være slik: arbeidet gjøres av kraften som virker på kroppen.

Arbeid karakteriserer resultatet av virkningen av en kraft.

Kreftene som virker på en person utfører mekanisk arbeid på ham, og som et resultat av virkningen av disse kreftene beveger personen seg.

Arbeid er en fysisk størrelse som er lik produktet av kraften som virker på kroppen og banen som kroppen tar under påvirkning av kraften i retning av denne kraften.

A - mekanisk arbeid,
F - styrke,
S - tilbakelagt avstand.

Arbeidet er gjort, hvis 2 betingelser er oppfylt samtidig: en kraft virker på kroppen og den
beveger seg i kraftens retning.

Arbeid er ikke gjort(dvs. lik 0) hvis:
1. Kraften virker, men kroppen beveger seg ikke.

For eksempel: vi handler med kraft på en stein, men vi kan ikke flytte den.

2. Kroppen beveger seg, og kraften er lik null, eller alle kreftene kompenseres (dvs. resultanten av disse kreftene er lik 0).
For eksempel: når du beveger deg ved treghet, blir det ikke gjort noe arbeid.
3. Kraftretningen og kroppens bevegelsesretning er innbyrdes vinkelrett.

For eksempel: når et tog beveger seg horisontalt, virker ikke tyngdekraften.

Arbeid kan være positivt eller negativt.

1. Hvis retningen til kraften og kroppens bevegelsesretning er den samme, utføres positivt arbeid.

For eksempel: tyngdekraften, som virker på en vanndråpe som faller ned, gjør positivt arbeid.

2. Hvis kraftretningen og kroppens bevegelse er motsatt, utføres negativt arbeid.

For eksempel: tyngdekraften som virker på en stigende ballong gjør negativt arbeid.

Hvis flere krefter virker på et legeme, er det totale arbeidet til alle krefter lik arbeidet til den resulterende kraften.

Arbeidsenheter

Til ære for den engelske vitenskapsmannen D. Joule ble arbeidsenheten kalt 1 Joule.

I det internasjonale enhetssystemet (SI):
[A] = J = N m
1J = 1N 1m

Mekanisk arbeid er lik 1 J hvis kroppen under påvirkning av en kraft på 1 N beveger seg 1 m i retning av denne kraften.

Når du flyr fra tommelen til en person til indeksen
en mygg fungerer - 0,000,000,000,000,000,000,000,000,001 J.

Menneskehjertet utfører omtrent 1 J arbeid i en sammentrekning, som tilsvarer arbeidet som gjøres når en last på 10 kg løftes til en høyde på 1 cm.

Å JOBBE, VENNER!