Kısaca mekanik iş ve güç. Mekanik iş. Formül. Tanımın formülasyonu. Zemin reaksiyonu çalışması

Mekanik iş, skaler bir forma sahip olan fiziksel bedenlerin hareketinin enerji özelliğidir. Cismin üzerine etki eden kuvvetin modülünün, bu kuvvetin neden olduğu yer değiştirmenin modülü ve aralarındaki açının kosinüsü ile çarpımına eşittir.

Formül 1 - Mekanik çalışma.

F - Vücuda etki eden kuvvet.

s - Vücut hareketi.

cosa - Kuvvet ve yer değiştirme arasındaki açının kosinüsü.

Bu formülün genel bir formu vardır. Uygulanan kuvvet ile yer değiştirme arasındaki açı sıfır ise kosinüs 1'e eşittir. Buna göre iş yalnızca kuvvet ile yer değiştirmenin çarpımına eşit olacaktır. Basitçe söylemek gerekirse, eğer bir cisim kuvvet uygulama yönünde hareket ederse, mekanik iş kuvvet ve yer değiştirmenin çarpımına eşittir.

İkinci özel durum ise cisme etki eden kuvvet ile onun yer değiştirmesi arasındaki açının 90 derece olmasıdır. Bu durumda 90 derecenin kosinüsü sıfıra eşit olduğundan iş de sıfıra eşit olacaktır. Ve gerçekte olan şu ki, kuvveti tek bir yönde uyguluyoruz ve vücut buna dik olarak hareket ediyor. Yani vücut, gücümüzün etkisi altında açıkça hareket etmiyor. Dolayısıyla kuvvetimizin cismi hareket ettirmek için yaptığı iş sıfırdır.

Şekil 1 - Bir cismi hareket ettirirken kuvvetlerin çalışması.

Bir cisme birden fazla kuvvet etki ediyorsa, cisme etki eden toplam kuvvet hesaplanır. Daha sonra formüle tek kuvvet olarak yazılır. Kuvvetin etkisi altındaki bir cisim yalnızca doğrusal olarak değil aynı zamanda keyfi bir yörünge boyunca da hareket edebilir. Bu durumda iş, doğrusal olarak kabul edilebilecek küçük bir hareket bölümü için hesaplanır ve ardından tüm yol boyunca toplanır.

Çalışma hem olumlu hem de olumsuz olabilir. Yani yer değiştirme ve kuvvet aynı yönde ise iş pozitiftir. Ve eğer bir yönde kuvvet uygulanırsa ve cisim başka bir yönde hareket ederse, o zaman iş negatif olacaktır. Negatif işin bir örneği sürtünme kuvvetinin işidir. Sürtünme kuvveti harekete ters yönde yönlendirildiğinden. Bir düzlem boyunca hareket eden bir cisim hayal edin. Bir cisme uygulanan kuvvet onu belli bir yöne doğru iter. Bu kuvvet vücudu hareket ettirmek için pozitif iş yapar. Ancak aynı zamanda sürtünme kuvveti de negatif iş yapar. Vücudun hareketini yavaşlatır ve hareketine doğru yönlendirilir.

Şekil 2 - Hareket kuvveti ve sürtünme.

Mekanik iş Joule cinsinden ölçülür. Bir Joule, bir cismi bir metre hareket ettirirken bir Newton'luk kuvvetin yaptığı iştir. Vücudun hareket yönünün yanı sıra uygulanan kuvvetin büyüklüğü de değişebilir. Örneğin bir yay sıkıştırıldığında ona uygulanan kuvvet kat edilen mesafeyle orantılı olarak artacaktır. Bu durumda iş formül kullanılarak hesaplanır.

Formül 2 - Bir yayın sıkıştırılma işi.

k yay sertliğidir.

x - hareketli koordinat.

Sınıf

Ders #27

Mekanik iş. Güç Ölçü birimleri.

Yeni materyal öğrenme

İş". Bu kelime bize çocukluğumuzdan beri tanıdık geliyor. Hayatımız boyunca bize eşlik eder; bu kelimeyle her türlü insan faaliyetini adlandırıyoruz: fiziksel, zihinsel veya yaratıcı. Kalbin yaşam boyunca çalıştığını biliyoruz. Kalbin bu çalışması, bir treni Avrupa'nın en yüksek dağı olan Mont Blanc'a (4810 m) çıkarmak için yapılması gereken işe eşdeğerdir. Tüm canlılar sürekli hareket halindedir, insan ancak faaliyetleriyle gelişir ve sonuçlarına ulaşır. Bu önemli bir kavramdır.

Ancak fizik bu kavrama biraz farklı bir içerik katıyor. Fizikte öncelikle mekanik işler incelenir. Ve iş yaparken çok önemli bir gerçek, hızıdır. Her zaman bir şeyi sadece daha iyi değil, aynı zamanda daha hızlı yapmak istiyoruz.

Bu noktada sizden alanınızda bazı çalışmalar yaptığınızı göstermenizi isteyeceğim. Lütfen söyleyin bana, işi yapmak için gerekli koşul nedir?

Evet, uygulanan kuvvet ve hareketin varlığı.

Mekanik iş, kuvvetin etkisi altında bir vücudun hareketini karakterize eden fiziksel bir niceliktir.

Diğer fiziksel nicelikler gibi mekanik işin de ölçü birimleri ve hesaplama formülü vardır.

[A] = 1 J

Mekanik iş, kuvvet ve yer değiştirmenin çarpımına eşittir.

« Bu ilginç!" SI iş birimi, adını 19. yüzyıl İngiliz bilim adamı J. Joule'den almıştır. J. Joule (1818-1889), İngiltere'de bir bira fabrikası sahibinin ailesinde doğdu. Sağlık durumunun kötü olması nedeniyle James 15 yaşına kadar okula gitmedi. Ancak 15 yaşındayken ünlü kimyager John Dalton'un rehberliğinde matematik, fizik ve kimyada başarıyla ustalaştı. Babasının ölümünden sonra mirasın bir kısmını satan Joule, tüm parasını buna yatırarak bağımsız bilimsel araştırmalara başladı. Joule, yaşamı boyunca mekanik, elektromanyetizma ve termal olaylar alanlarında başarılı olan binlerce deney gerçekleştirdi.

Şimdi işi yapmanın bu örneğine bakalım. Bölgenin kazılması gerekiyor. Bu iş kürekle mi, traktörle mi daha hızlı nasıl yapılır? Yapılan iş aynı mı olacak?

Evet, iş aynı; ancak farklı miktarlarda zaman harcanacak: traktörle bu iş daha hızlı tamamlanacak.

10. kata merdivenlerden ziyade asansörle daha hızlı çıkacağız. Bir vinç, ağır tuğlaları birkaç dakika içinde inşa edilmekte olan evin yüksekliğine kaldırırken, işçiler aynı işi yaparak bütün bir günü geçirirler. İşi daha hızlı yapan mekanizmanın daha güçlü olduğu düşünülüyor.

Güç, işin hızını karakterize eden fiziksel bir niceliktir.

Güç, mekanik işin bu işin yapıldığı zamana oranına eşittir.

Güç ölçüm birimi, adını İngiliz bilim adamı James Watt'tan almıştır. 18. yüzyılın "Arşimet"i olarak anılıyordu. Ancak sistemik olmayan bir güç ölçüm birimi var - beygir gücü. Gerçek şu ki, makine mühendisliğinin şafağında, potansiyel tüketiciler için bu mekanizmanın gücünün 20 beygir gücü olduğu, yani mekanizmanın 20 atın yerini alabileceği daha tanıdık ve daha açıktı.

« Bu ilginç!" Yeterince uzun süreli çalışan bir yetişkinin ortalama gücü yaklaşık 35 - 75 W'dur. Ancak oldukça kısa bir sürede bir kişi bir attan daha fazla güç geliştirebilir. Örneğin ağırlığı 200 kg'ın üzerinde olan bir halteri 1 saniyede 1,8 m yüksekliğe iten sporcular yaklaşık 3500 W'lık bir güç geliştirirler.

Defterlerinizdeki hesaplamaları kullanarak bu gerçeği kontrol edebilirsiniz.

Ve uçuştaki bir böceğin gücü yaklaşık 0,00001 W'dur.

Yeni malzemenin konsolidasyonu.

Sorunun çözümü

Bir halterci, 125 kg ağırlığındaki bir halteri 0,3 saniyede 70 cm yüksekliğe kaldırırsa hangi gücü geliştirir?

Verilen: SI Çözümü

t=125kg

h=70cm 0.7m N= ancak A=FS ve F=mg ve S=h.

t=0,3s Yani N=

N-? N= 2916,7 W

[N] = = = =W

Cevap: 2916,7 W.

Ev ödevi

8-a: 17 ve 19. paragrafları öğrenin (3. nokta); Soruları yazılı olarak yanıtlayın.

8-b: 41 ve 47. paragrafları öğrenin; Soruları yazılı olarak yanıtlayın.

Sorular

1. Bir kuvvetin bir cisme etki ettiği ancak iş yapmadığı durumlara örnekler verin.

2. Donetsk'in banliyö köyüne ve Donetsk'in merkezine eşit ağırlıkta iki kargo otobüsle teslim edildi. Birinci ve ikinci durumda iş aynı şekilde mi yapıldı? Neden?

3. Neden 20. ve 21. yüzyıllarda eskisinden daha hızlı inşa etmeye başladılar?

4. Farklı ağırlıktaki iki erkek çocuk aynı anda evin üçüncü katına doğru yarıştı. Aynı gücü mü geliştirdiler?

İşin ne olduğunu biliyor musun? Hiç şüphe duymadan. Dünya gezegeninde doğması ve yaşaması koşuluyla, her insan işin ne olduğunu bilir. Mekanik iş nedir?

Bu kavram aynı zamanda gezegendeki çoğu insan tarafından da biliniyor, ancak bazı kişiler bu süreç hakkında oldukça belirsiz bir anlayışa sahip. Ama şimdi onlardan bahsetmiyoruz. Daha az insanın ne olduğu hakkında bir fikri var fizik açısından mekanik çalışma. Fizikte mekanik iş, yemek için insan emeği değildir; bir insanla ya da herhangi bir canlıyla tamamen ilgisi olmayan fiziksel bir niceliktir. Nasıl yani? Şimdi çözelim.

Fizikte mekanik çalışma

İki örnek verelim. İlk örnekte uçurumla karşı karşıya kalan nehrin suları şelale şeklinde gürültülü bir şekilde aşağıya düşüyor. İkinci örnek, uzanmış kollarında ağır bir nesne tutan, örneğin bir kır evinin sundurmasının üzerindeki kırık çatıyı düşmekten koruyan bir adamdır, bu sırada karısı ve çocukları çılgınca onu destekleyecek bir şey ararlar. Mekanik iş ne zaman yapılır?

Mekanik işin tanımı

Hemen hemen herkes tereddüt etmeden cevap verecektir: ikincisinde. Ve yanılacaklar. Tersi doğrudur. Fizikte mekanik iş anlatılır aşağıdaki tanımlarla: Mekanik iş, bir cisme bir kuvvet etki ettiğinde ve cisim hareket ettiğinde gerçekleştirilir. Mekanik iş, uygulanan kuvvet ve kat edilen mesafe ile doğru orantılıdır.

Mekanik çalışma formülü

Mekanik iş aşağıdaki formülle belirlenir:

A'nın iş olduğu yer,
F - güç,
s kat edilen mesafedir.

Yani yorgun çatı sahibinin tüm kahramanlıklarına rağmen yaptığı iş sıfırdır ancak yüksek bir uçurumdan yer çekiminin etkisi altına giren su en mekanik işi yapar. Yani ağır bir dolabı başarısız bir şekilde itersek, çok fazla kuvvet uygulamamıza rağmen fizik açısından yaptığımız iş sıfıra eşit olacaktır. Ancak kabini belirli bir mesafeye hareket ettirirsek, uygulanan kuvvet ile cismi hareket ettirdiğimiz mesafenin çarpımına eşit iş yapacağız.

İşin birimi 1 J'dir. Bu, 1 Newton'luk bir kuvvetin bir cismi 1 m mesafeye hareket ettirmek için yaptığı iştir.Uygulanan kuvvetin yönü cismin hareket yönü ile çakışıyorsa, bu kuvvet olumlu işler yapar. Bir örnek, bir cismi ittiğimizde hareket etmesidir. Ve vücudun hareketinin tersi yönde bir kuvvet uygulandığında, örneğin sürtünme kuvveti, o zaman bu kuvvet negatif iş yapar. Uygulanan kuvvet cismin hareketini hiçbir şekilde etkilemiyorsa bu işin uyguladığı kuvvet sıfıra eşittir.

Hareketin enerji özelliklerini karakterize edebilmek için mekanik iş kavramı tanıtıldı. Ve makale, çeşitli tezahürleriyle ona adanmıştır. Konunun anlaşılması hem kolay hem de oldukça zordur. Yazar içtenlikle onu daha anlaşılır ve anlaşılır hale getirmeye çalıştı ve ancak hedefe ulaşıldığını umabiliriz.

Mekanik işe ne denir?

Buna ne denir? Bir cisme bir kuvvet etki ediyorsa ve bunun sonucunda cisim hareket ediyorsa buna mekanik iş denir. Bilimsel felsefe açısından yaklaşıldığında burada birkaç ek husus daha vurgulanabilir, ancak makale konuyu fizik açısından ele alacaktır. Burada yazılanları dikkatli düşünürseniz mekanik işler hiç de zor değil. Ancak "mekanik" kelimesi genellikle yazılmaz ve her şey "iş" kelimesine kısaltılır. Ancak her iş mekanik değildir. Burada oturan ve düşünen bir adam var. Çalışıyor mu? Zihinsel olarak evet! Peki bu mekanik bir iş mi? HAYIR. Peki ya bir kişi yürürse? Bir cisim kuvvetin etkisi altında hareket ediyorsa, bu mekanik bir iştir. Basit. Başka bir deyişle, bir cisme etki eden kuvvet (mekanik) iş yapar. Ve bir şey daha: Belirli bir kuvvetin eyleminin sonucunu karakterize edebilen şey iştir. Yani bir kişi yürürse, belirli kuvvetler (sürtünme, yerçekimi vb.) kişiye mekanik iş yapar ve bunların sonucunda kişi konum noktasını değiştirir, yani hareket eder.

Fiziksel bir miktar olarak iş, vücuda etki eden kuvvetin, vücudun bu kuvvetin etkisi altında ve onun gösterdiği yönde yaptığı yol ile çarpımına eşittir. 2 koşulun aynı anda karşılanması durumunda mekanik işin yapıldığını söyleyebiliriz: vücuda bir kuvvet etki etti ve hareket yönünde hareket etti. Ancak kuvvet etki ettiğinde ve cisim koordinat sistemindeki yerini değiştirmediğinde oluşmadı veya oluşmaz. Mekanik iş yapılmadığında küçük örnekler:

1. Yani bir kişi büyük bir kayayı hareket ettirmek için ona yaslanabilir, ancak yeterli güç yoktur. Kuvvet taşa etki eder ancak taş hareket etmez ve herhangi bir iş meydana gelmez.
2. Vücut koordinat sisteminde hareket eder ve kuvvet sıfıra eşit olur veya hepsi telafi edilir. Ataletle hareket ederken bu gözlemlenebilir.
3. Bir cismin hareket yönü kuvvetin hareketine dik olduğunda. Bir tren yatay bir çizgide hareket ettiğinde yerçekimi işini yapmaz.

Belirli koşullara bağlı olarak mekanik iş negatif veya pozitif olabilir. Yani cismin hem kuvvetlerinin hem de hareketlerinin yönleri aynıysa pozitif iş meydana gelir. Pozitif işe bir örnek, yerçekiminin düşen bir su damlası üzerindeki etkisidir. Ancak hareketin kuvveti ve yönü zıtsa negatif mekanik iş meydana gelir. Böyle bir seçeneğe örnek olarak yukarıya doğru yükselen bir balon ve negatif iş yapan yer çekimi kuvveti gösterilebilir. Bir cisim birden fazla kuvvetin etkisine maruz kaldığında bu tür işe “bileşke kuvvet işi” adı verilir.

Pratik uygulamanın özellikleri (kinetik enerji)

Teoriden pratik kısma geçelim. Ayrı olarak mekanik iş ve onun fizikteki kullanımı hakkında konuşmalıyız. Birçoğunun muhtemelen hatırladığı gibi, vücudun tüm enerjisi kinetik ve potansiyel olarak bölünmüştür. Bir cisim dengede olduğunda ve herhangi bir yere hareket etmediğinde, potansiyel enerjisi toplam enerjisine eşit olur ve kinetik enerjisi sıfıra eşit olur. Hareket başladığında potansiyel enerji azalmaya başlar, kinetik enerji artmaya başlar ancak toplamda cismin toplam enerjisine eşittirler. Maddi bir nokta için kinetik enerji, noktayı sıfırdan H değerine hızlandıran bir kuvvetin işi olarak tanımlanır ve formül biçiminde bir cismin kinetiği, M'nin kütle olduğu ½*M*N'ye eşittir. Birçok parçacıktan oluşan bir nesnenin kinetik enerjisini bulmak için parçacıkların tüm kinetik enerjisinin toplamını bulmanız gerekir ve bu, vücudun kinetik enerjisi olacaktır.

Pratik uygulamanın özellikleri (potansiyel enerji)

Cismin üzerine etki eden tüm kuvvetlerin korunumlu olması ve potansiyel enerjinin toplama eşit olması durumunda iş yapılmaz. Bu varsayım mekanik enerjinin korunumu yasası olarak bilinir. Kapalı bir sistemdeki mekanik enerji belirli bir zaman aralığı boyunca sabittir. Korunum kanunu klasik mekaniğin problemlerini çözmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Pratik uygulamanın özellikleri (termodinamik)

Termodinamikte, bir gazın genleşme sırasında yaptığı iş, basınç çarpı hacmin integrali ile hesaplanır. Bu yaklaşım yalnızca kesin bir hacim fonksiyonunun olduğu durumlarda değil aynı zamanda basınç/hacim düzleminde görüntülenebilen tüm işlemler için de geçerlidir. Aynı zamanda mekanik iş bilgisini yalnızca gazlara değil, basınç uygulayabilen her şeye de uygular.

Pratikte pratik uygulamanın özellikleri (teorik mekanik)

Teorik mekanikte yukarıda açıklanan tüm özellikler ve formüller, özellikle projeksiyonlar daha ayrıntılı olarak ele alınır. Aynı zamanda çeşitli mekanik iş formülleri için tanımını da verir (Rimmer integrali için bir tanım örneği): bölmenin inceliği sıfıra yaklaştığında temel işin tüm kuvvetlerinin toplamının yöneldiği sınıra denir. eğri boyunca kuvvet işi. Muhtemelen zor mu? Ama hiçbir şey, teorik mekanikte her şey yolunda. Evet, tüm mekanik işler, fizik ve diğer zorluklar bitti. Ayrıca sadece örnekler ve bir sonuç olacak.

Mekanik iş ölçü birimleri

SI işi ölçmek için joule'u kullanırken, GHS ergs'i kullanır:

1. 1 J = 1 kg m²/s² = 1 N·m
2. 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 din cm
3. 1 erg = 10 −7 J

Mekanik iş örnekleri

Mekanik iş gibi bir kavramı nihayet anlamak için, onu her açıdan olmasa da birçok yönden değerlendirmenize olanak sağlayacak birkaç ayrı örneği incelemelisiniz:

1. Bir kişi elleriyle bir taşı kaldırdığında, ellerindeki kas kuvvetinin yardımıyla mekanik iş meydana gelir;
2. Bir tren raylar boyunca ilerlerken traktörün (elektrikli lokomotif, dizel lokomotif vb.) çekiş kuvveti tarafından çekilir;
3. Bir silah alıp ondan ateş ederseniz, toz gazların yarattığı basınç kuvveti sayesinde iş yapılacaktır: mermi, merminin hızı arttıkça aynı zamanda silahın namlusu boyunca hareket eder;
4. Mekanik iş, sürtünme kuvveti bir cisme etki ederek onu hareket hızını düşürmeye zorladığında da ortaya çıkar;
5. Yukarıdaki toplarla ilgili örnek, yerçekimi yönüne göre ters yönde yükseldiklerinde, aynı zamanda mekanik işin bir örneğidir, ancak yerçekimine ek olarak, havadan daha hafif olan her şey yükseldiğinde Arşimet kuvveti de etki eder.

Güç nedir?

Son olarak iktidar konusuna değinmek istiyorum. Bir kuvvetin birim zamanda yaptığı işe güç denir. Aslında güç, işin bu işin yapıldığı belirli bir süreye oranının yansıması olan fiziksel bir niceliktir: M=P/B, burada M güç, P iş, B zamandır. SI güç birimi 1 W'dur. Bir watt, bir saniyede bir joule iş yapan güce eşittir: 1 W=1J\1s.

Bu ne anlama geliyor?

Fizikte “mekanik iş”, bir cismin hareket etmesini sağlayan bir kuvvetin (yerçekimi, elastikiyet, sürtünme vb.) bir cisim üzerindeki işidir.

Çoğu zaman “mekanik” kelimesi yazılmaz.
Bazen prensipte “cisme etki eden kuvvet iş yapmıştır” anlamına gelen “vücut iş yaptı” ifadesine rastlayabilirsiniz.

Sanırım - çalışıyorum.

Ben gidiyorum, ben de çalışıyorum.

Buradaki mekanik iş nerede?

Bir cisim bir kuvvetin etkisi altında hareket ederse mekanik iş yapılır.

Vücudun çalıştığını söylüyorlar.
Daha doğrusu şöyle olacaktır: İş, cisme etki eden kuvvet tarafından yapılır.

İş, bir kuvvetin sonucunu karakterize eder.

Bir kişiye etki eden kuvvetler onun üzerinde mekanik iş yapar ve bu kuvvetlerin etkisi sonucunda kişi hareket eder.

İş, bir cisme etki eden kuvvet ile bu kuvvet yönünde bir kuvvetin etkisi altında cismin izlediği yolun çarpımına eşit fiziksel bir niceliktir.

A - mekanik iş,
F - güç,
S - kat edilen mesafe.

İş bitti 2 koşulun aynı anda karşılanması durumunda: cismin üzerine bir kuvvet etki eder ve bu kuvvet
kuvvet yönünde hareket eder.

Hiçbir iş yapılmadı(yani 0'a eşit), eğer:
1. Kuvvet etki eder ancak vücut hareket etmez.

Örneğin: Bir taşa kuvvet uyguluyoruz ama onu hareket ettiremiyoruz.

2. Vücut hareket eder ve kuvvet sıfırdır veya tüm kuvvetler telafi edilir (yani bu kuvvetlerin sonucu 0'dır).
Örneğin: Ataletle hareket ederken hiçbir iş yapılmaz.
3. Kuvvetin yönü ile cismin hareket yönü birbirine diktir.

Örneğin: Bir tren yatay olarak hareket ettiğinde yerçekimi işe yaramaz.

İş olumlu ve olumsuz olabilir

1. Eğer kuvvetin yönü ile cismin hareket yönü çakışırsa pozitif iş yapılır.

Örneğin: düşen bir su damlasına etki eden yerçekimi kuvveti pozitif iş yapar.

2. Cismin kuvvet ve hareket yönü zıt ise negatif iş yapılır.

Örneğin; yükselen bir balona etki eden yer çekimi kuvveti negatif iş yapar.

Bir cisme birden fazla kuvvet etki ediyorsa, tüm kuvvetlerin yaptığı toplam iş, sonuçta ortaya çıkan kuvvetin yaptığı işe eşittir.

İş birimleri

İngiliz bilim adamı D. Joule'un onuruna iş birimine 1 Joule adı verildi.

Uluslararası Birim Sisteminde (SI):
[A] = J = Nm
1J = 1N 1m

1 N'lik bir kuvvetin etkisi altında bir cisim bu kuvvet yönünde 1 m hareket ederse mekanik iş 1 J'ye eşittir.

Bir kişinin baş parmağından işaret parmağına uçarken
sivrisinek çalışıyor - 0,000 000 000 000 000 000 000 000 001 J.

İnsan kalbi, kasılma başına yaklaşık 1 J iş yapar; bu, 10 kg ağırlığındaki bir yükü 1 cm yüksekliğe kaldırırken yapılan işe karşılık gelir.

İŞE BAŞLAYIN ARKADAŞLAR!