Praca w mechanice to skalarna wielkość. Jak mierzy się pracę?

Jeśli jakaś siła działa na ciało, to ta siła działa, aby poruszyć to ciało. Przed zdefiniowaniem pracy w ruch krzywoliniowy istotny punkt, rozważ szczególne przypadki:

W tym przypadku prace mechaniczne A jest równe:

A= F s cos=
,

lub A=Fcos× s = F S × s ,

gdzieF S – projekcja siła przenieść. W tym przypadku F s = stały, oraz znaczenie geometryczne praca A to powierzchnia prostokąta zbudowana we współrzędnych F S , , s.

Zbudujmy wykres rzutu siły na kierunek ruchu F S w funkcji przemieszczenia s. Reprezentujemy przemieszczenie całkowite jako sumę n małych przemieszczeń
. Dla małych i -te przemieszczenie
Praca jest

lub obszar zacienionego trapezu na rysunku.

Kompletny Praca mechaniczna ruszając z punktu 1 Dokładnie 2 będzie równa:

Wartość pod całką będzie reprezentować pracę elementarną na nieskończenie małym przemieszczeniu
:

- praca podstawowa.

Trajektorię ruchu punktu materialnego dzielimy na nieskończenie małe przemieszczenia

i dzieło siły

przesuwając punkt materialny z punktu 1 Dokładnie 2 zdefiniowana jako całka krzywoliniowa:

–pracować z ruchem krzywoliniowym.

Przykład 1: Praca grawitacji
podczas ruchu krzywoliniowego punktu materialnego.

Dalej jako wartość stałą można wyprowadzić ze znaku całki, a całka zgodnie z rysunkiem będzie reprezentować całkowite przemieszczenie . .

Jeśli oznaczymy wysokość punktu 1 z powierzchni ziemi przez , a wysokość punktu 2 poprzez , następnie

Widzimy, że w tym przypadku praca jest zdeterminowana położeniem punktu materialnego w początkowym i końcowym momencie czasu i nie zależy od kształtu trajektorii czy ścieżki. Praca wykonana grawitacyjnie na zamkniętej ścieżce wynosi zero:
.

Siły, których praca na zamkniętej ścieżce wynosi zero, nazywa siękonserwatywny .

Przykład 2 : Praca siły tarcia.

To jest przykład siły niekonserwatywnej. Aby to pokazać, wystarczy wziąć pod uwagę elementarną pracę siły tarcia:

tych. praca siły tarcia jest zawsze ujemna i nie może być równa zeru na ścieżce zamkniętej. Praca wykonywana w jednostce czasu nazywa się moc. Jeśli w czasie
praca skończona
, wtedy moc jest

–moc mechaniczna.

Nabierający
jak

otrzymujemy wyrażenie na moc:

Jednostką pracy w układzie SI jest dżul:
= 1 J = 1 N 1 m, a jednostką mocy jest wat: 1 W = 1 J / s.

energia mechaniczna.

Energia jest ogólną miarą ilościową ruchu interakcji wszystkich rodzajów materii. Energia nie znika i nie powstaje z niczego: może tylko przechodzić z jednej formy w drugą. Pojęcie energii łączy ze sobą wszystkie zjawiska w przyrodzie. Zgodnie z różnymi formami ruchu materii rozważane są różne rodzaje energii - mechaniczna, wewnętrzna, elektromagnetyczna, jądrowa itp.

Pojęcia energii i pracy są ze sobą ściśle powiązane. Wiadomo, że praca odbywa się kosztem zapasu energii i odwrotnie, wykonując pracę można zwiększyć zapas energii w dowolnym urządzeniu. Innymi słowy, praca jest ilościową miarą zmiany energii:

Energię oraz pracę w SI mierzy się w dżulach: [ mi]=1 J.

Energia mechaniczna jest dwojakiego rodzaju - kinetyczna i potencjalna.

Energia kinetyczna (lub energia ruchu) jest określona przez masy i prędkości rozważanych ciał. Rozważmy punkt materialny poruszający się pod działaniem siły . Praca tej siły zwiększa energię kinetyczną punktu materialnego
. Obliczmy w tym przypadku mały przyrost (różnicowy) energii kinetycznej:

Podczas obliczania
używając drugiego prawa Newtona
, jak również
- moduł prędkości punktu materialnego. Następnie
można przedstawić jako:

- energia kinetyczna poruszającego się punktu materialnego.

Mnożenie i dzielenie tego wyrażenia przez
i biorąc to pod uwagę
, dostajemy

- związek między pędem a energią kinetyczną poruszającego się punktu materialnego.

Energia potencjalna ( lub energia położenia ciał) jest określona przez działanie sił zachowawczych na ciało i zależy tylko od położenia ciała .

Widzieliśmy, że praca grawitacji
z ruchem krzywoliniowym punktu materialnego
można przedstawić jako różnicę między wartościami funkcji
zrobione w punkcie 1 i w punkcie 2 :

Okazuje się, że ilekroć siły są konserwatywne, praca tych sił po drodze 1
2 można przedstawić jako:

Funkcjonować , która zależy tylko od pozycji ciała - nazywana jest energią potencjalną.

Wtedy za pracę podstawową dostajemy

–praca równa się utracie energii potencjalnej.

W przeciwnym razie możemy powiedzieć, że praca jest wykonywana ze względu na potencjalną rezerwę energii.

wartość , równa sumie energii kinetycznej i potencjalnej cząstki, nazywana jest całkowitą energią mechaniczną ciała:

–całkowita energia mechaniczna ciała.

Podsumowując, zauważamy, że korzystając z drugiego prawa Newtona
, różnica energii kinetycznej
można przedstawić jako:

Różnica energii potencjalnej
, jak wspomniano powyżej, jest równe:

Tak więc, jeśli moc jest siłą konserwatywną i nie ma innych sił zewnętrznych, to , tj. w tym przypadku zachowana jest całkowita energia mechaniczna ciała.

W Życie codzienne Często spotykamy się z pojęciem pracy. Co to słowo oznacza w fizyce i jak określić działanie siły sprężystej? Odpowiedzi na te pytania znajdziesz w artykule.

Praca mechaniczna

Praca jest skalarną wielkością algebraiczną, która charakteryzuje zależność między siłą a przemieszczeniem. Jeżeli kierunek tych dwóch zmiennych jest zbieżny, oblicza się go według następującego wzoru:

F- moduł wektora siły wykonującego pracę;
S- moduł wektora przemieszczenia.

Siła działająca na ciało nie zawsze działa. Na przykład praca grawitacji wynosi zero, jeśli jej kierunek jest prostopadły do ruchu ciała.

Jeżeli wektor siły tworzy z wektorem przemieszczenia kąt niezerowy, to do wyznaczenia pracy należy użyć innego wzoru:

A=FScosα

α - kąt między wektorami siły i przemieszczenia.

Znaczy, Praca mechaniczna jest iloczynem rzutu siły na kierunek przemieszczenia i modułu przemieszczenia lub iloczynu rzutu przemieszczenia na kierunek siły i modułu tej siły.

znak pracy mechanicznej

W zależności od kierunku siły względem przemieszczenia ciała, praca A może być:

pozytywny (0°≤ α<90°);
negatywny (90°<α≤180°);
zero (α=90°).

Jeśli A>0, to prędkość ciała wzrasta. Przykładem jest spadające z drzewa na ziemię jabłko. Dla<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

Jednostką miary pracy w SI (Międzynarodowy Układ Jednostek Miar) jest dżul (1N*1m=J). Joule to praca siły, której wartość wynosi 1 Newton, gdy ciało porusza się o 1 metr w kierunku siły.

Praca siły sprężystej

Działanie siły można również określić graficznie. W tym celu obliczany jest obszar krzywoliniowej figury pod wykresem F s (x).

Zatem zgodnie z wykresem zależności siły sprężystości od wydłużenia sprężyny można wyprowadzić wzór na pracę siły sprężystości.

Jest równy:

A=kx 2 /2

k- sztywność;
x- wydłużenie bezwzględne.

Czego się nauczyliśmy?

Praca mechaniczna jest wykonywana, gdy na ciało działa siła, która prowadzi do przemieszczenia ciała. W zależności od kąta występującego między siłą a przemieszczeniem praca może wynosić zero lub mieć znak ujemny lub dodatni. Na przykładzie siły sprężystości poznałeś graficzny sposób określania pracy.

Prawie każdy bez wahania odpowie: w drugim. I będą się mylić. Sprawa jest dokładnie odwrotna. W fizyce opisana jest praca mechaniczna następujące definicje: praca mechaniczna jest wykonywana, gdy na ciało działa siła i ono się porusza. Praca mechaniczna jest wprost proporcjonalna do przyłożonej siły i przebytej odległości.

Formuła pracy mechanicznej

Pracę mechaniczną określa wzór:

gdzie A to praca, F to siła, s to przebyta odległość.

POTENCJAŁ(funkcja potencjalna), pojęcie, które charakteryzuje szeroką klasę fizycznych pól sił (elektrycznych, grawitacyjnych itp.) i ogólnie pól wielkości fizycznych reprezentowanych przez wektory (pole prędkości płynu itp.). W ogólnym przypadku potencjał pola wektorowego a( x,tak,z) jest taką funkcją skalarną ty(x,tak,z) że a=grad

35. Przewodniki w polu elektrycznym. Moc elektryczna.przewodniki w polu elektrycznym. Przewodniki to substancje charakteryzujące się obecnością w nich dużej liczby bezpłatnych nośników ładunku, które mogą poruszać się pod wpływem pola elektrycznego. Przewodniki obejmują metale, elektrolity, węgiel. W metalach nośnikami wolnych ładunków są elektrony zewnętrznych powłok atomów, które w wyniku interakcji atomów całkowicie tracą połączenie z „swoimi” atomami i stają się własnością całego przewodnika jako całości. Swobodne elektrony uczestniczą w ruchu termicznym jak cząsteczki gazu i mogą poruszać się w metalu w dowolnym kierunku. Pojemność elektryczna- charakterystyka przewodnika, miara jego zdolności do gromadzenia ładunku elektrycznego. W teorii obwodów elektrycznych pojemność jest wzajemną pojemnością między dwoma przewodnikami; parametr elementu pojemnościowego obwodu elektrycznego, przedstawiony w postaci sieci dwuzaciskowej. Taka pojemność jest definiowana jako stosunek wielkości ładunku elektrycznego do różnicy potencjałów między tymi przewodnikami

36. Pojemność płaskiego kondensatora.

Pojemność płaskiego kondensatora.

To. pojemność płaskiego kondensatora zależy tylko od jego wielkości, kształtu i stałej dielektrycznej. Aby stworzyć kondensator o dużej pojemności, konieczne jest zwiększenie powierzchni płytek i zmniejszenie grubości warstwy dielektrycznej.

37. Oddziaływanie magnetyczne prądów w próżni. Prawo Ampera.Prawo Ampera. W 1820 r. Ampère (francuski naukowiec (1775-1836)) ustanowił eksperymentalnie prawo, według którego można obliczyć siła działająca na element przewodzący o długości z prądem.

gdzie jest wektorem indukcji magnetycznej, jest wektorem długości elementu przewodnika poprowadzonego w kierunku prądu.

Moduł siły , gdzie jest kątem między kierunkiem prądu w przewodniku a kierunkiem pola magnetycznego. Dla przewodu prostego z prądem w polu jednorodnym

Kierunek działającej siły można określić za pomocą zasady lewej ręki:

Jeśli dłoń lewej ręki jest ustawiona tak, że normalna (do prądu) składowa pola magnetycznego wchodzi do dłoni, a cztery wyciągnięte palce są skierowane wzdłuż prądu, to kciuk wskaże kierunek, w którym działa siła Ampère .

38. Natężenie pola magnetycznego. Prawo Biota-Savarta-Laplace'aSiła pola magnetycznego(oznaczenie standardowe H ) - wektor wielkość fizyczna, równa różnicy wektora Indukcja magnetyczna B oraz wektor namagnesowania J .

W Międzynarodowy układ jednostek (SI): gdzie- stała magnetyczna.

Prawo BSL. Prawo określające pole magnetyczne pojedynczego elementu prądu

39. Zastosowania prawa Biota-Savarta-Laplace'a. Dla pola prądu stałego

Do okrągłej pętli.

A dla elektrozaworu

40. Indukcja pola magnetycznego Pole magnetyczne charakteryzuje się wielkością wektorową, zwaną indukcją pola magnetycznego (wielkość wektorowa, która jest siłą charakterystyczną pola magnetycznego w danym punkcie przestrzeni). MI. (B) nie jest to siła działająca na przewodniki, jest to wielkość, którą można znaleźć przez daną siłę zgodnie z następującym wzorem: B \u003d F / (I * l) (Słownie: Moduł wektora MI. (B) jest równy stosunkowi modułu siły F, z jaką pole magnetyczne działa na przewodnik przewodzący prąd umieszczony prostopadle do linii magnetycznych, do natężenia prądu w przewodniku I i długości przewodnika l. Indukcja magnetyczna zależy tylko od pola magnetycznego. W związku z tym indukcję można uznać za ilościową charakterystykę pola magnetycznego. Określa, z jaką siłą (siła Lorentza) pole magnetyczne działa na ładunek poruszający się z prędkością. MI jest mierzony w Tesli (1 T). W tym przypadku 1 Tl \u003d 1 N / (A * m). MI ma kierunek. Graficznie można go narysować jako linie. W jednolitym polu magnetycznym MI są równoległe, a wektor MI będzie skierowany w ten sam sposób we wszystkich punktach. W przypadku niejednorodnego pola magnetycznego, na przykład pola wokół przewodnika z prądem, wektor indukcji magnetycznej zmieni się w każdym punkcie przestrzeni wokół przewodnika, a styczne do tego wektora utworzą koncentryczne okręgi wokół przewodnika.

41. Ruch cząstki w polu magnetycznym. Siła Lorentza. a) - Jeśli cząsteczka wlatuje w obszar jednorodnego pola magnetycznego, a wektor V jest prostopadły do wektora B, to porusza się ona po okręgu o promieniu R=mV/qB, ponieważ siła Lorentza Fl=mV^2 /R pełni rolę siły dośrodkowej. Okres obrotu wynosi T=2piR/V=2pim/qB i nie zależy od prędkości cząstki (dotyczy to tylko V<<скорости света) - Если угол между векторами V и B не равен 0 и 90 градусов, то частица в однородном магнитном поле движется по винтовой линии. - Если вектор V параллелен B, то частица движется по прямой линии (Fл=0). б) Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца.

Siła L. jest określona zależnością: Fl = q V B sina (q to wartość poruszającego się ładunku; V to moduł jego prędkości; B to moduł wektora indukcji pola magnetycznego; alfa to kąt między wektor V i wektor B) Siła Lorentza jest prostopadła do prędkości i dlatego nie działa, nie zmienia modułu prędkości ładunku i jego energii kinetycznej. Ale kierunek prędkości zmienia się w sposób ciągły. Siła Lorentza jest prostopadła do wektorów B i v, a jej kierunek określa się przy użyciu tej samej zasady lewej ręki, co kierunek siły Ampère'a: jeśli lewa ręka jest ustawiona tak, że składowa indukcji magnetycznej B jest prostopadła do prędkość ładunku, wchodzi do dłoni, a cztery palce są skierowane wzdłuż ruchu ładunku dodatniego (przeciwko ruchowi ładunku ujemnego), wtedy kciuk zgięty o 90 stopni wskaże kierunek siły Lorentza działającej na ładunek F l.

Aby móc scharakteryzować energetyczne charakterystyki ruchu, wprowadzono pojęcie pracy mechanicznej. I to właśnie jej w jej różnych przejawach poświęcony jest artykuł. Zrozumienie tematu jest zarówno łatwe, jak i dość złożone. Autor szczerze starał się, aby był bardziej zrozumiały i zrozumiały, i można mieć tylko nadzieję, że cel został osiągnięty.

Co to jest praca mechaniczna?

Jak to jest nazywane? Jeżeli na ciało działa jakaś siła i w wyniku działania tej siły ciało się porusza, to nazywa się to pracą mechaniczną. W podejściu z punktu widzenia filozofii naukowej można tu wyróżnić kilka dodatkowych aspektów, ale w artykule zostanie poruszony temat z punktu widzenia fizyki. Praca mechaniczna nie jest trudna, jeśli dobrze zastanowisz się nad słowami tutaj napisanymi. Ale słowo „mechaniczny” zwykle nie jest pisane, a wszystko sprowadza się do słowa „praca”. Ale nie każda praca jest mechaniczna. Tutaj człowiek siedzi i myśli. Czy to działa? Mentalnie tak! Ale czy to praca mechaniczna? Nie. Co się stanie, jeśli osoba idzie? Jeżeli ciało porusza się pod wpływem siły, to jest to praca mechaniczna. Wszystko jest proste. Innymi słowy, siła działająca na ciało działa (mechanicznie). I jeszcze jedno: to praca może scharakteryzować wynik działania pewnej siły. Jeśli więc człowiek chodzi, to pewne siły (tarcie, grawitacja itp.) wykonują na człowieku pracę mechaniczną i w wyniku ich działania człowiek zmienia swoje położenie, czyli 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 spełnione były 2 warunki: siła działała na ciało i poruszało się w kierunku swojego działania. Ale nie zostało to wykonane lub nie jest wykonywane, jeśli działała siła, a ciało nie zmieniło swojego położenia w układzie współrzędnych. Oto małe przykłady, w których nie wykonuje się prac mechanicznych:

Tak więc człowiek może upaść na ogromny głaz, aby go przesunąć, ale nie ma wystarczającej siły. Siła działa na kamień, ale on się nie porusza i praca nie występuje.
Ciało porusza się w układzie współrzędnych, a siła jest równa zeru lub wszystkie są kompensowane. Można to zaobserwować podczas ruchu bezwładności.
Kiedy kierunek, w którym porusza się ciało, jest prostopadły do siły. Kiedy pociąg porusza się po linii poziomej, siła grawitacji nie działa.

W zależności od warunków praca mechaniczna może być negatywna i pozytywna. Tak więc, jeśli kierunki i siły oraz ruchy ciała są takie same, następuje pozytywna praca. Przykładem pozytywnej pracy jest wpływ grawitacji na spadającą kroplę wody. Ale jeśli siła i kierunek ruchu są przeciwne, pojawia się negatywna praca mechaniczna. Przykładem takiej opcji jest unoszący się balon i grawitacja, która działa negatywnie. Kiedy na ciało działa kilka sił, taka praca nazywana jest „wypadkową pracą siły”.

Cechy praktycznego zastosowania (energia kinetyczna)

Przechodzimy od teorii do części praktycznej. Osobno powinniśmy porozmawiać o pracy mechanicznej i jej zastosowaniu w fizyce. Jak zapewne wielu pamiętało, cała energia ciała podzielona jest na kinetyczną i potencjalną. Kiedy obiekt jest w równowadze i nigdzie się nie porusza, jego energia potencjalna jest równa całkowitej energii, a jego energia kinetyczna wynosi zero. Kiedy zaczyna się ruch, energia potencjalna zaczyna spadać, energia kinetyczna wzrasta, ale w sumie są one równe całkowitej energii obiektu. Dla punktu materialnego energię kinetyczną definiuje się jako pracę siły, która przyspieszyła punkt od zera do wartości H, a w postaci wzoru kinetyka ciała wynosi ½ * M * H, gdzie M jest masą. Aby znaleźć energię kinetyczną obiektu składającego się z wielu cząstek, musisz znaleźć sumę całej energii kinetycznej cząstek, a to będzie energia kinetyczna ciała.

Cechy praktycznego zastosowania (energia potencjalna)

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

Cechy praktycznego zastosowania (termodynamika)

W termodynamice praca wykonywana przez gaz podczas rozprężania jest obliczana jako całka ciśnienia pomnożona przez objętość. To podejście ma zastosowanie nie tylko w przypadkach, w których istnieje dokładna funkcja objętości, ale także we wszystkich procesach, które można wyświetlić na płaszczyźnie ciśnienie/objętość. Znajomość pracy mechanicznej dotyczy również nie tylko gazów, ale wszystkiego, co może wywierać nacisk.

Cechy praktycznego zastosowania w praktyce (mechanika teoretyczna)

W mechanice teoretycznej wszystkie opisane powyżej właściwości i wzory są rozważane bardziej szczegółowo, w szczególności są to rzuty. Podaje również własną definicję różnych wzorów pracy mechanicznej (przykład definicji całki Rimmera): granicę, do której dąży suma wszystkich sił pracy elementarnej, gdy rozdrobnienie podziału dąży do zera, nazywa się praca siły wzdłuż krzywej. Prawdopodobnie trudne? Ale nic, z teoretyczną mechaniką wszystko. Tak, a cała praca mechaniczna, fizyka i inne trudności się skończyły. Dalej będą tylko przykłady i zakończenie.

Mechaniczne jednostki pracy

SI używa dżuli do pomiaru pracy, podczas gdy GHS używa ergów:

1 J = 1 kg m²/s² = 1 Nm
1 erg = 1 g cm²/s² = 1 dyna cm
1 erg = 10 -7 J

Przykłady prac mechanicznych

Aby w końcu zrozumieć takie pojęcie, jak praca mechaniczna, należy przestudiować kilka oddzielnych przykładów, które pozwolą rozważyć ją z wielu, ale nie wszystkich, stron:

Kiedy człowiek podnosi kamień rękami, wtedy praca mechaniczna odbywa się za pomocą siły mięśni rąk;
Kiedy pociąg jedzie po szynach, jest ciągnięty przez siłę pociągową ciągnika (lokomotywa elektryczna, lokomotywa spalinowa itp.);
Jeśli weźmiesz pistolet i wystrzelisz z niego, to dzięki sile nacisku, jaką wytworzą gazy proszkowe, praca zostanie wykonana: pocisk porusza się po lufie pistoletu w tym samym czasie, gdy zwiększa się prędkość samego pocisku ;
Istnieje również praca mechaniczna, gdy siła tarcia działa na ciało, zmuszając je do zmniejszenia prędkości ruchu;
Powyższy przykład z kulkami, gdy wznoszą się w kierunku przeciwnym do kierunku grawitacji, jest również przykładem pracy mechanicznej, ale oprócz grawitacji, siła Archimedesa działa również wtedy, gdy w górę unosi się wszystko, co lżejsze od powietrza.

Czym jest moc?

Na koniec chcę poruszyć temat władzy. Praca wykonywana przez siłę w jednej jednostce czasu nazywana jest mocą. W rzeczywistości moc jest taką wielkością fizyczną, która jest 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 wat. Wat jest równy mocy, która wykonuje pracę jednego dżula w ciągu jednej sekundy: 1 W = 1J \ 1s.

W naszym codziennym doświadczeniu słowo „praca” jest bardzo powszechne. Należy jednak odróżnić pracę fizjologiczną od pracy z punktu widzenia fizyki. Kiedy wracasz do domu z klasy, mówisz: „Ach, jaki jestem zmęczony!”. To jest praca fizjologiczna. Lub na przykład praca zespołu w bajce ludowej „Rzepa”.

Rys 1. Praca w potocznym znaczeniu tego słowa

Porozmawiamy tutaj o pracy z punktu widzenia fizyki.

Praca mechaniczna jest wykonywana, gdy siła porusza ciało. Praca jest oznaczona łacińską literą A. Bardziej rygorystyczna definicja pracy jest następująca.

Praca siły jest wielkością fizyczną równą iloczynowi wielkości siły i odległości przebytej przez ciało w kierunku siły.

Rys 2. Praca jest wielkością fizyczną

Formuła obowiązuje, gdy na ciało działa stała siła.

W międzynarodowym układzie jednostek SI pracę mierzy się w dżulach.

Oznacza to, że jeśli ciało przesunie się o 1 metr pod działaniem siły 1 niutona, to siła ta spowoduje wykonanie 1 dżula pracy.

Jednostka pracy nosi imię angielskiego naukowca Jamesa Prescotta Joule'a.

Rysunek 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

Ze wzoru na obliczenie pracy wynika, że istnieją trzy przypadki, w których praca jest równa zeru.

Pierwszy przypadek ma miejsce, gdy na ciało działa siła, ale ciało się nie porusza. Na przykład na dom działa ogromna siła grawitacji. Ale ona nie pracuje, bo dom stoi nieruchomo.

Drugi przypadek ma miejsce, gdy ciało porusza się bezwładnie, to znaczy nie działają na niego żadne siły. Na przykład statek kosmiczny porusza się w przestrzeni międzygalaktycznej.

Trzeci przypadek to siła działająca na ciało prostopadle do kierunku ruchu ciała. W tym przypadku chociaż ciało się porusza i działa na nie siła, ale nie ma ruchu ciała w kierunku siły.

Rys 4. Trzy przypadki, w których praca jest równa zeru

Należy również powiedzieć, że działanie siły może być negatywne. Tak będzie, jeśli nastąpi ruch ciała w kierunku przeciwnym do kierunku siły. Na przykład, gdy dźwig podnosi ładunek nad ziemią za pomocą liny, praca grawitacji jest ujemna (a praca siły skierowanej w górę liny przeciwnie, jest dodatnia).

Załóżmy, że podczas wykonywania prac budowlanych dół musi być pokryty piaskiem. Koparka potrzebowałaby na to kilku minut, a pracownik z łopatą musiałby pracować przez kilka godzin. Ale wykonaliby zarówno koparka, jak i robotnik ta sama praca.

Rys 5. Tę samą pracę można wykonać w różnym czasie

Aby scharakteryzować szybkość pracy w fizyce, stosuje się wielkość zwaną mocą.

Moc jest wielkością fizyczną równą stosunkowi pracy do czasu jej wykonania.

Moc jest oznaczona łacińską literą N.

Jednostką mocy w układzie SI jest wat.

Jeden wat to moc, z jaką jeden dżul pracy jest wykonywany w ciągu jednej sekundy.

Nazwa jednostki mocy pochodzi od angielskiego naukowca i wynalazcy silnika parowego Jamesa Watta.

Rysunek 6. James Watt (1736 - 1819)

Połącz wzór na obliczanie pracy z wzorem na obliczanie mocy.

Przypomnij sobie teraz, że stosunek drogi przebytej przez ciało, S, do czasu ruchu t to prędkość ciała v.

Zatem, moc jest równa iloczynowi wartości liczbowej siły i prędkości ciała w kierunku siły.

Ta formuła jest wygodna w użyciu przy rozwiązywaniu problemów, w których siła działa na ciało poruszające się ze znaną prędkością.

Bibliografia

Lukashik V.I., Ivanova E.V. Zbiór zadań z fizyki dla klas 7-9 instytucji edukacyjnych. - 17. ed. - M.: Oświecenie, 2004.
Peryshkin A.V. Fizyka. 7 komórek - 14 wyd., stereotyp. - M.: Drop, 2010.
Peryshkin A.V. Zbiór zadań z fizyki, klasy 7-9: wyd. 5, stereotyp. - M: Wydawnictwo Egzaminacyjne, 2010.

Portal internetowy Physics.ru ().
Portal internetowy Festival.1september.ru ().
Portal internetowy Fizportal.ru ().
Portal internetowy Elkin52.narod.ru ().

Zadanie domowe

Kiedy praca jest równa zeru?
Jaka jest praca wykonywana na ścieżce przebytej w kierunku siły? W przeciwnym kierunku?
Jaką pracę wykonuje siła tarcia działająca na cegłę, gdy porusza się ona o 0,4 m? Siła tarcia wynosi 5 N.