Praca mechaniczna i moc w skrócie. Praca mechaniczna. Formuła. Sformułowanie definicji. Praca reakcji podłoża

Praca mechaniczna jest energią charakteryzującą ruch ciał fizycznych, która ma postać skalarną. Jest on równy modułowi siły działającej na ciało pomnożonemu przez moduł przemieszczenia wywołanego tą siłą i cosinus kąta między nimi.

Formuła 1 - Prace mechaniczne.

F - Siła działająca na ciało.

s - Ruch ciała.

cosa – cosinus kąta pomiędzy siłą a przemieszczeniem.

Wzór ten ma postać ogólną. Jeżeli kąt między przyłożoną siłą a przemieszczeniem wynosi zero, wówczas cosinus jest równy 1. W związku z tym praca będzie równa tylko iloczynowi siły i przemieszczenia. Mówiąc najprościej, jeśli ciało porusza się w kierunku przyłożenia siły, wówczas praca mechaniczna jest równa iloczynowi siły i przemieszczenia.

Drugi przypadek szczególny ma miejsce, gdy kąt pomiędzy siłą działającą na ciało a jego przemieszczeniem wynosi 90 stopni. W tym przypadku cosinus 90 stopni jest równy zeru, więc praca będzie równa zeru. I rzeczywiście dzieje się tak, że przykładamy siłę w jednym kierunku, a ciało porusza się prostopadle do niego. Oznacza to, że ciało wyraźnie nie porusza się pod wpływem naszej siły. Zatem praca wykonana przez naszą siłę podczas poruszania ciałem wynosi zero.

Rysunek 1 - Praca sił podczas poruszania się ciała.

Jeżeli na ciało działa więcej niż jedna siła, obliczana jest całkowita siła działająca na ciało. Następnie zostaje ona podstawiona do wzoru jako jedyna siła. Ciało pod wpływem siły może poruszać się nie tylko prostoliniowo, ale także po dowolnej trajektorii. W tym przypadku praca jest obliczana dla małego odcinka ruchu, który można uznać za prostoliniowy, a następnie sumowany na całej ścieżce.

Praca może być zarówno pozytywna, jak i negatywna. Oznacza to, że jeśli przemieszczenie i siła pokrywają się w kierunku, wówczas praca jest dodatnia. A jeśli siła zostanie przyłożona w jednym kierunku, a ciało poruszy się w innym, wówczas praca będzie ujemna. Przykładem pracy ujemnej jest praca siły tarcia. Ponieważ siła tarcia jest skierowana przeciwnie do ruchu. Wyobraź sobie ciało poruszające się po płaszczyźnie. Siła przyłożona do ciała popycha je w określonym kierunku. Siła ta wykonuje pozytywną pracę, poruszając ciałem. Ale jednocześnie siła tarcia wykonuje ujemną pracę. Spowalnia ruch ciała i jest ukierunkowany na jego ruch.

Rysunek 2 - Siła ruchu i tarcia.

Pracę mechaniczną mierzy się w dżulach. Jeden dżul to praca wykonana przez siłę jednego Newtona podczas przemieszczania ciała o jeden metr. Oprócz kierunku ruchu ciała może się również zmieniać wielkość przyłożonej siły. Na przykład, gdy sprężyna zostanie ściśnięta, siła przyłożona do niej wzrośnie proporcjonalnie do przebytej odległości. W takim przypadku pracę oblicza się za pomocą wzoru.

Wzór 2 - Praca ściskająca sprężynę.

k jest sztywnością sprężyny.

x - współrzędna ruchu.

Klasa

Lekcja nr 27

Praca mechaniczna. Moc Jednostki miary.

Nauka nowego materiału

Stanowisko". To słowo jest nam znane od dzieciństwa. Towarzyszy nam przez całe życie; tym słowem nazywamy każdy rodzaj aktywności człowieka: fizyczną, umysłową czy twórczą. Wiemy, że serce pracuje przez całe życie. Ta praca serca jest równoznaczna z pracą, jaką trzeba wykonać, aby wjechać pociągiem na najwyższą górę Europy – Mont Blanc (4810 m). Wszystkie żywe istoty ciągle się poruszają, człowiek rozwija się i osiąga swoje wyniki jedynie poprzez swoje działania. To ważna koncepcja.

Ale fizyka nadaje tej koncepcji nieco inną treść. W fizyce bada się przede wszystkim pracę mechaniczną. A bardzo ważnym faktem podczas wykonywania pracy jest jej prędkość. Zawsze chcemy zrobić coś nie tylko lepiej, ale i szybciej.

W tym miejscu poproszę Cię o zademonstrowanie wykonywania jakiejś pracy w Twojej dziedzinie. Powiedz mi, proszę, jaki jest warunek konieczny wykonania tej pracy?

Tak, obecność przyłożonej siły i ruchu.

Praca mechaniczna jest wielkością fizyczną charakteryzującą ruch ciała pod wpływem siły.

Jak każda inna wielkość fizyczna, praca mechaniczna ma jednostki miary i wzór do obliczeń.

[A] = 1 J

Praca mechaniczna jest równa iloczynowi siły i przemieszczenia.

« To jest interesujące!" Jednostka pracy SI została nazwana na cześć XIX-wiecznego angielskiego naukowca J. Joule'a. J. Joule (1818-1889) urodził się w Anglii w rodzinie właściciela browaru. Ze względu na zły stan zdrowia James uczęszczał do szkoły dopiero w wieku 15 lat. Ale w wieku 15 lat, pod okiem słynnego chemika Johna Daltona, z powodzeniem opanował matematykę, fizykę i chemię. Po śmierci ojca, sprzedając swoją część spadku, Joule rozpoczął niezależne badania naukowe, inwestując w nie wszystkie swoje pieniądze. Joule przeprowadził w swoim życiu tysiąc eksperymentów z zakresu mechaniki, elektromagnetyzmu i zjawisk termicznych, które zakończyły się sukcesem.

Przyjrzyjmy się teraz temu przykładowi wykonania zadania. Teren trzeba przekopać. Jak wykonać tę pracę szybciej – łopatą czy traktorem? Czy wykonana praca będzie taka sama?

Tak, praca jest taka sama; ale spędzona zostanie inna ilość czasu: w przypadku ciągnika praca ta zostanie wykonana szybciej.

Na 10 piętro szybciej wjedziemy windą niż schodami. Dźwig podnosi ciężkie cegły na wysokość budowanego domu w ciągu kilku minut, podczas gdy pracownicy spędzaliby cały dzień na wykonywaniu tej samej pracy. Mechanizm, który wykonuje pracę szybciej, jest uważany za mocniejszy.

Moc jest wielkością fizyczną charakteryzującą prędkość pracy.

Moc jest równa stosunkowi pracy mechanicznej do czasu, w którym ta praca jest wykonywana.

Jednostka miary mocy została nazwana na cześć angielskiego naukowca Jamesa Watta. Nazywano go „Archimedesem” XVIII wieku. Istnieje jednak niesystemowa jednostka miary mocy - moc. Faktem jest, że u zarania inżynierii mechanicznej dla potencjalnych konsumentów było bardziej znane i jaśniejsze, że moc tego mechanizmu wynosiła 20 koni mechanicznych, to znaczy mechanizm był w stanie zastąpić 20 koni.

« To jest interesujące!"Średnia moc osoby dorosłej przy odpowiednio długiej pracy wynosi około 35 - 75 W. Ale w dość krótkim czasie człowiek może rozwinąć większą moc niż koń. Przykładowo sportowcy, którzy w ciągu 1 sekundy pchają sztangę o masie ponad 200 kg na wysokość 1,8 m, rozwijają moc około 3500 W.

Możesz sprawdzić ten fakt za pomocą obliczeń w swoich notatnikach.

A moc owada w locie wynosi około 0,00001 W.

Konsolidacja nowego materiału.

Rozwiązanie problemu

Jaką moc rozwinie sztangista, jeśli w ciągu 0,3 s podniesie sztangę o masie 125 kg na wysokość 70 cm?

Dane: rozwiązanie SI

t=125kg

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

t=0,3 s Zatem N=

N-? N= 2916,7 W

[N] = = = =W

Odpowiedź: 2916,7 W.

Praca domowa

8-a: naucz się akapitów 17 i 19 (punkt 3); odpowiadać na pytania pisemnie.

8-b: naucz się akapitów 41 i 47; odpowiadać na pytania pisemnie.

pytania

1. Podaj przykłady sytuacji, gdy na ciało działa siła, ale nie wykonuje ona pracy.

2. Autobusem dowieziono dwa ładunki o jednakowej wadze do podmiejskiej wsi Donieck i do centrum Doniecka. Czy praca została wykonana tak samo w pierwszym i drugim przypadku? Dlaczego?

3. Dlaczego w XX i XXI wieku zaczęto budować szybciej niż wcześniej?

4. Dwóch chłopców o różnej wadze pobiegło na trzecie piętro domu, pokazując ten sam czas. Czy rozwinęli tę samą moc?

Czy wiesz, co to jest praca? Bez wątpienia. Każdy człowiek wie, czym jest praca, pod warunkiem, że urodził się i żyje na planecie Ziemia. Co to jest praca mechaniczna?

Koncepcja ta jest również znana większości ludzi na planecie, chociaż niektóre osoby mają raczej niejasne zrozumienie tego procesu. Ale nie o nich teraz mówimy. Jeszcze mniej osób ma pojęcie, co to jest praca mechaniczna z punktu widzenia fizyki. W fizyce praca mechaniczna nie jest pracą człowieka w celu zdobycia pożywienia, jest to wielkość fizyczna, która może być całkowicie niezwiązana ani z osobą, ani z żadną inną żywą istotą. Jak to? Rozwiążmy to teraz.

Praca mechaniczna w fizyce

Podajmy dwa przykłady. W pierwszym przykładzie wody rzeki, zwrócone w stronę przepaści, głośno spadają w postaci wodospadu. Drugim przykładem jest mężczyzna, który w wyciągniętych ramionach trzyma ciężki przedmiot, na przykład rozwalony dach nad werandą wiejskiego domu, podczas gdy jego żona i dzieci gorączkowo szukają czegoś, czym mogliby go podeprzeć. Kiedy wykonuje się prace mechaniczne?

Definicja pracy mechanicznej

Prawie każdy bez wahania odpowie: w drugim. I będą się mylić. Przeciwieństwo jest prawdą. W fizyce opisuje się pracę mechaniczną z następującymi definicjami: Praca mechaniczna jest wykonywana, gdy na ciało działa siła i ciało się porusza. Praca mechaniczna jest wprost proporcjonalna do przyłożonej siły i przebytej drogi.

Wzór pracy mechanicznej

Pracę mechaniczną określa się wzorem:

gdzie A jest pracą,
F - siła,
s to przebyta odległość.

Tak więc, mimo całego bohaterstwa zmęczonego dekarza, praca, którą wykonał, wynosi zero, ale największą pracę mechaniczną wykonuje woda spadająca pod wpływem grawitacji z wysokiego klifu. Oznacza to, że jeśli bezskutecznie popchniemy ciężką szafkę, to praca, którą wykonaliśmy z punktu widzenia fizyki, będzie równa zeru, mimo że przyłożymy dużą siłę. Jeżeli natomiast przesuniemy szafkę na określoną odległość, to wykonamy pracę równą iloczynowi przyłożonej siły i drogi, na jaką przesunęliśmy ciało.

Jednostką pracy jest 1 J. Jest to praca wykonana przez siłę 1 Newtona podczas przemieszczania ciała na odległość 1 m. Jeżeli kierunek przyłożonej siły pokrywa się z kierunkiem ruchu ciała, to siła ta robi pozytywną robotę. Przykładem jest sytuacja, gdy popychamy ciało, a ono się porusza. A w przypadku przyłożenia siły w kierunku przeciwnym do ruchu ciała, na przykład siły tarcia, wówczas siła ta wykonuje pracę ujemną. Jeżeli przyłożona siła nie wpływa w żaden sposób na ruch ciała, to siła wykonana przez tę pracę jest równa zeru.

Aby móc scharakteryzować charakterystyki energetyczne ruchu, wprowadzono pojęcie pracy mechanicznej. Artykuł jest jej poświęcony w różnych jej przejawach. Temat jest zarazem łatwy i dość trudny do zrozumienia. Autor szczerze starał się uczynić go bardziej zrozumiałym i przystępnym do zrozumienia, i można mieć tylko nadzieję, że cel został osiągnięty.

Jak nazywa się praca mechaniczna?

Jak to jest nazywane? Jeżeli na ciało działa jakaś siła i w wyniku jej działania ciało się porusza, wówczas nazywa się to pracą mechaniczną. Podchodząc do tematu z punktu widzenia filozofii naukowej, można tutaj wyróżnić kilka dodatkowych aspektów, ale w artykule omówimy temat z punktu widzenia fizyki. Praca mechaniczna nie jest trudna, jeśli dokładnie przemyślisz zapisane tutaj słowa. Ale słowo „mechaniczny” zwykle nie jest pisane, a wszystko jest skracane do słowa „praca”. Ale nie każda praca jest mechaniczna. Oto mężczyzna siedzi i myśli. Czy to działa? Mentalnie tak! Ale czy jest to praca mechaniczna? NIE. A co jeśli ktoś chodzi? Jeżeli ciało porusza się pod wpływem siły, to jest to praca mechaniczna. To proste. Innymi słowy, siła działająca na ciało wykonuje pracę (mechaniczną). I jeszcze jedno: to praca może charakteryzować wynik działania określonej siły. Tak więc, jeśli dana osoba chodzi, wówczas pewne siły (tarcie, grawitacja itp.) Wykonują na niej pracę mechaniczną, a w wyniku ich działania osoba zmienia swój punkt położenia, innymi słowy, porusza się.

Praca jako wielkość fizyczna jest równa sile działającej na ciało, pomnożonej przez drogę, jaką ciało przebyło pod wpływem tej siły i we wskazanym przez nią kierunku. Można powiedzieć, że praca mechaniczna została wykonana, jeśli jednocześnie zostały spełnione 2 warunki: na ciało działała siła, a ono poruszało się w kierunku działania. Nie wystąpiło to jednak lub nie występuje, jeżeli zadziałała siła, a ciało nie zmieniło swojego położenia w układzie współrzędnych. Oto małe przykłady, gdy nie są wykonywane prace mechaniczne:

1. Można więc oprzeć się na ogromnym głazie, aby go poruszyć, ale nie ma wystarczającej siły. Na kamień działa siła, ale kamień się nie porusza i nie wykonuje się żadnej pracy.
2. Ciało porusza się w układzie współrzędnych, a siła jest równa zeru lub wszystkie zostały skompensowane. Można to zaobserwować podczas poruszania się na zasadzie bezwładności.
3. Gdy kierunek ruchu ciała jest prostopadły do ​​działania siły. Kiedy pociąg porusza się po linii poziomej, grawitacja nie wykonuje swojej pracy.

W zależności od pewnych warunków praca mechaniczna może być ujemna lub dodatnia. Jeśli więc kierunki zarówno sił, jak i ruchów ciała są takie same, wówczas następuje praca dodatnia. Przykładem pracy pozytywnej jest działanie grawitacji na spadającą kroplę wody. Ale jeśli siła i kierunek ruchu są przeciwne, wówczas pojawia się ujemna praca mechaniczna. Przykładem takiej opcji jest balon wznoszący się do góry i siła grawitacji, która wykonuje pracę ujemną. Kiedy na ciało oddziałuje kilka sił, taką pracę nazywa się „pracą sił wypadkowych”.

Cechy praktycznego zastosowania (energia kinetyczna)

Przejdźmy od teorii do części praktycznej. Osobno powinniśmy porozmawiać o pracy mechanicznej i jej zastosowaniu w fizyce. Jak wielu zapewne pamięta, cała energia ciała dzieli się na kinetyczną i potencjalną. Kiedy obiekt znajduje się w równowadze i nigdzie się nie porusza, jego energia potencjalna jest równa energii całkowitej, a energia kinetyczna równa zero. Kiedy rozpoczyna się ruch, energia potencjalna zaczyna się zmniejszać, energia kinetyczna zaczyna rosnąć, ale w sumie są one równe całkowitej energii obiektu. Dla punktu materialnego energię kinetyczną definiuje się jako pracę siły, która przyspiesza punkt od zera do wartości H, a we wzorze kinetyka ciała jest równa ½*M*N, gdzie M jest masą. Aby poznać energię kinetyczną obiektu składającego się z wielu cząstek, należy znaleźć sumę wszystkich energii kinetycznych cząstek i będzie to energia kinetyczna ciała.

Cechy praktycznego zastosowania (energia potencjalna)

W przypadku, gdy wszystkie siły działające na ciało są zachowawcze, a energia potencjalna jest równa sumie, wówczas nie jest wykonywana żadna praca. Postulat ten znany jest jako prawo zachowania energii mechanicznej. Energia mechaniczna w układzie zamkniętym jest stała w pewnym przedziale czasu. Prawo zachowania jest szeroko stosowane do rozwiązywania problemów mechaniki klasycznej.

Cechy praktycznego zastosowania (termodynamika)

W termodynamice pracę wykonaną przez gaz podczas rozprężania oblicza się jako całkę ciśnienia po objętości. Podejście to ma zastosowanie nie tylko w przypadkach, gdy istnieje dokładna funkcja objętości, ale także do wszystkich procesów, które można wyświetlić w płaszczyźnie ciśnienie/objętość. Dotyczy to również wiedzy o pracy mechanicznej nie tylko w przypadku gazów, ale wszystkiego, co może wywierać ciśnienie.

Cechy praktycznego zastosowania w praktyce (mechanika teoretyczna)

W mechanice teoretycznej wszystkie opisane powyżej właściwości i wzory są rozważane bardziej szczegółowo, w szczególności rzuty. Podaje także definicje różnych wzorów pracy mechanicznej (przykład definicji całki Rimmera): granica, do której zmierza suma wszystkich sił pracy elementarnej, gdy stopień rozdrobnienia dąży do zera, nazywa się praca siły wzdłuż krzywej. Pewnie trudne? Ale nic, wszystko jest w porządku z mechaniką teoretyczną. Tak, cała praca mechaniczna, fizyka i inne trudności się skończyły. Dalej będą tylko przykłady i wnioski.

Jednostki miary pracy mechanicznej

SI wykorzystuje dżule do pomiaru pracy, podczas gdy GHS wykorzystuje 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

Przykłady prac mechanicznych

Aby w końcu zrozumieć takie pojęcie, jak praca mechaniczna, powinieneś przestudiować kilka indywidualnych przykładów, które pozwolą ci rozważyć to z wielu, ale nie wszystkich stron:

1. Kiedy człowiek podnosi kamień rękami, praca mechaniczna odbywa się za pomocą siły mięśni rąk;
2. Kiedy pociąg porusza się po szynach, ciągnie go siła trakcyjna ciągnika (lokomotywa elektryczna, lokomotywa spalinowa itp.);
3. Jeśli weźmiesz broń i strzelisz z niej, to dzięki sile ciśnienia wytworzonego przez gazy prochowe praca zostanie wykonana: kula będzie przesuwana wzdłuż lufy pistoletu w tym samym czasie, gdy wzrośnie prędkość samego pocisku;
4. Praca mechaniczna występuje również wtedy, gdy na ciało działa siła tarcia, zmuszając je do zmniejszenia prędkości ruchu;
5. Powyższy przykład z kulami, gdy wznoszą się w kierunku przeciwnym do kierunku grawitacji, jest także przykładem pracy mechanicznej, ale oprócz grawitacji działa również siła Archimedesa, gdy w górę unosi się wszystko, co jest lżejsze od powietrza.

Czym jest moc?

Na koniec chciałbym poruszyć temat władzy. Praca wykonana przez siłę w jednej jednostce czasu nazywa się mocą. Tak naprawdę moc jest wielkością fizyczną będącą odzwierciedleniem stosunku pracy do pewnego okresu czasu, w którym ta praca została wykonana: M=P/B, gdzie M to moc, P to praca, B to czas. Jednostką mocy w układzie SI jest 1 W. Wat jest równy mocy, która wykonuje pracę jednego dżula w ciągu jednej sekundy: 1 W=1J\1s.

Co to znaczy?

W fizyce „praca mechaniczna” to działanie jakiejś siły (grawitacji, sprężystości, tarcia itp.) na ciało, w wyniku której ciało się porusza.

Często słowo „mechaniczny” po prostu nie jest zapisane.
Czasami można spotkać się z wyrażeniem „ciało wykonało pracę”, co w zasadzie oznacza „siła działająca na ciało wykonała pracę”.

Myślę - pracuję.

Idę - też pracuję.

Gdzie tu praca mechaniczna?

Jeśli ciało porusza się pod wpływem siły, wówczas wykonywana jest praca mechaniczna.

Mówią, że organizm działa.
A dokładniej będzie tak: pracę wykonuje siła działająca na ciało.

Praca charakteryzuje wynik działania siły.

Siły działające na człowieka wykonują na nim pracę mechaniczną, w wyniku działania tych sił osoba porusza się.

Praca jest wielkością fizyczną równą iloczynowi siły działającej na ciało i drogi, jaką ciało przebyło pod wpływem siły w kierunku tej siły.

A - praca mechaniczna,
F - siła,
S - przebyty dystans.

Praca została wykonana, jeżeli spełnione są jednocześnie 2 warunki: na ciało i na nie działa siła
porusza się w kierunku siły.

Żadna praca nie jest wykonywana(tj. równe 0), jeżeli:
1. Siła działa, ale ciało się nie porusza.

Na przykład: wywieramy siłę na kamień, ale nie możemy go poruszyć.

2. Ciało się porusza, a siła wynosi zero lub wszystkie siły są kompensowane (tj. wypadkowa tych sił wynosi 0).
Na przykład: podczas poruszania się na zasadzie bezwładności nie jest wykonywana żadna praca.
3. Kierunek siły i kierunek ruchu ciała są wzajemnie prostopadłe.

Na przykład: kiedy pociąg porusza się poziomo, grawitacja nie działa.

Praca może być pozytywna i negatywna

1. Jeżeli kierunek siły i kierunek ruchu ciała pokrywają się, praca dodatnia jest wykonywana.

Na przykład: siła grawitacji, działająca na spadającą kroplę wody, działa dodatnio.

2. Jeżeli kierunek siły i ruchu ciała jest przeciwny, wykonywana jest praca ujemna.

Na przykład: siła grawitacji działająca na wznoszący się balon wykonuje pracę ujemną.

Jeżeli na ciało działa kilka sił, to całkowita praca wykonana przez wszystkie siły jest równa pracy wykonanej przez wypadkową siłę.

Jednostki pracy

Na cześć angielskiego naukowca D. Joule'a jednostkę pracy nazwano 1 dżul.

W międzynarodowym układzie jednostek (SI):
[A] = J = N m
1J = 1N 1m

Praca mechaniczna jest równa 1 J, jeżeli pod wpływem siły 1 N ciało przesunie się o 1 m w kierunku tej siły.

Podczas lotu od kciuka do palca wskazującego
komar działa - 0,000 000 000 000 000 000 000 000 001 J.

Serce człowieka podczas jednego skurczu wykonuje pracę około 1 J, co odpowiada pracy wykonanej podczas podnoszenia ciężaru o masie 10 kg na wysokość 1 cm.

DO PRACY, KOCHANI!