Energetinės charakteristikos judesiai įvedami remiantis mechaninio darbo samprata arba darbo jėga.
dirbti Aįsipareigojo nuolatinė jėga F → , vadinamas fizinis kiekis, lygus jėgos ir poslinkio modulių sandaugai, padaugintai iš kampo kosinuso α tarp jėgos vektorių F → ir poslinkio s →(1.18.1 pav.): A = Fs cos α.
Darbas yra skaliarinis dydis. Tai gali būti ir teigiama 0° ≤ α < 90° ) ir neigiamas ( 90°< α ≤ 180° ). At α = 90° jėgos atliktas darbas lygus nuliui. SI sistemoje darbas matuojamas džauliai (J).
Džaulis yra lygus darbui, kurį atlieka jėga 1 N kelyje 1m jėgos kryptimi.
Darbo jėga F → : A = F s cos α = F s s
Jei jėgos F → projekcija F → judėjimo kryptimi s → nepasilieka pastovi, darbas turėtų būti skaičiuojamas esant mažiems poslinkiams ∆s i ir apibendrinkite rezultatus: A = ∑ Δ A i = ∑ F si Δ s i .
Tai suma limite ( ∆s i → 0) patenka į integralą.
Grafiškai darbas nustatomas pagal kreivinės figūros plotą po grafiku F s (x)(1.18.2 pav.).
Grafinis darbo apibrėžimas. ∆A i = F si ∆s i
Jėgos, kurios modulis priklauso nuo koordinatės, pavyzdys yra spyruoklės tamprumo jėga, kuri paklūsta Huko dėsniui. Norint ištempti spyruoklę, reikia taikyti išorinę jėgą F → , kurios modulis yra proporcingas spyruoklės pailgėjimui (1.18.3 pav.).
Ištempta spyruoklė. Išorinės jėgos F → kryptis sutampa su poslinkio kryptimi s → . F s = k x , k- spyruoklės standumas. F → valdiklis = - F → Išorinės jėgos modulio priklausomybė nuo koordinatės x diagramoje pavaizduotas tiesia linija (1.18.4 pav.).
Išorinės jėgos modulio priklausomybė nuo koordinatės, kai spyruoklė ištempta Pagal trikampio plotą pav. 1.18.4, galite nustatyti darbą, kurį atliko išorinė jėga, veikiama dešiniajame laisvajame spyruoklės gale: A \u003d k x 2 2.
Ta pati formulė išreiškia išorinės jėgos atliekamą darbą, kai spyruoklė suspaudžiama. Abiem atvejais tamprumo jėgos F → valdymo darbas absoliučia reikšme yra lygus išorinės jėgos F → darbui ir priešingas ženklu.
Jei kūną veikia kelios jėgos, tada bendras darbas visų jėgų yra lygi atskirų jėgų atliekamo darbo algebrinei sumai. At judėjimas į priekį kūnas, kai visų jėgų taikymo taškai daro tą patį judėjimą, bendras visų jėgų darbas yra lygus darbui taikomų jėgų rezultatas.
Darbas, kurį jėga atlieka per laiko vienetą, vadinamas galia. Galia N yra fizinis dydis, lygus darbo santykiui Aį laiko tarpą t, kurio metu atliekamas šis darbas: N = A t .
Tarptautinėje sistemoje (SI) galios vienetas vadinamas vatas (W). Vatas yra lygus jėgos, atliekančios darbą, galiai 1 J metu 1 s. 1 W = 1 J 1 s.
Šioje svetainėje skelbiamuose tekstuose dažnai yra įvairių terminų, kurie yra fizikinių dydžių pavadinimai. Daug mokėmės mokykliniame fizikos kurse, bet žinios dažniausiai pasimiršta be nuolatinio naudojimo. Užrašų serijoje, sujungtoje bendru pavadinimu „Prisiminti fiziką“ (galime tai pavadinti „Atgal į mokyklą“), bandysime priminti, ką reiškia pagrindiniai terminai, kokie fizikiniai dydžiai slypi už šių terminų, kaip jie. yra tarpusavyje susiję, kokiais kiekiais jie matuojami. Apskritai, pateikti pagrindus, kurių reikia norint suprasti paskelbtą medžiagą.
Mūsų svetainė kaip visuma skirta energijos (konkrečiai, iš atsinaujinančių šaltinių) gavimo būdams ir technologijoms. Žmonėms reikia energijos savo namų šildymui ir apšvietimui, kad pajudėtų įvairūs mechanizmai, atliekantys žmonėms naudingą darbą. Tai reiškia, kad turime gauti vieną iš trijų energijos rūšių – šiluminę, mechaninę ir šviesos energiją. Kaip bus pasakyta toliau, fizikoje išskiriamos dar kelios energijos rūšys, tačiau šios trys rūšys mums pirmiausia yra svarbios. Baigsiu pratarmėmis ir pateiksiu tuos energijos apibrėžimus, kurie priimti fizikoje.
Darbas ir energija
Daugiau iš mokyklos kursas fizika (o mokyklą baigiau prieš 50 metų), prisimenu teiginį „Energija yra fizinės sistemos gebėjimo dirbti matas“. Vikipedija pateikia ne tokį aiškų apibrėžimą, nurodydama tai
« Energija- skaliarinis fizikinis dydis, kuris yra vienas įvairių judėjimo formų ir materijos sąveikos matas, medžiagos judėjimo perėjimo iš vienos formos į kitą matas. Energijos sąvokos įvedimas yra patogus, nes jei fizinė sistema yra uždara, tai jos energija saugoma šioje sistemoje tiek laiko, kiek sistema bus uždaryta. Šis teiginys vadinamas energijos tvermės dėsniu.
Energija yra skaliarinis dydis, kurį galima išmatuoti naudojant kelis skirtingi vienetai. Mus labiausiai domina džaulis ir kilovatvalandė.
Džaulis(Rusiškas pavadinimas: J; tarptautinis: J) - darbo, energijos ir šilumos matavimo vienetas Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI). Džaulis yra lygus darbui, atliktam, kai jėgos, lygios vienam niutonui, taikymo taškas pajudinamas per metrą jėgos kryptimi. Elektroje džaulis reiškia jėgų atliktą darbą elektrinis laukas 1 sekundę esant 1 volto įtampai, kad išlaikytų 1 ampero srovę.
Tačiau nesigilinsime į fizikos pagrindus, išsiaiškindami, kas yra jėga ir kas yra vienas niutonas, tiesiog remsimės „energijos“ sąvoka ir prisiminsime, kad tam tikras džaulių skaičius apibūdina energiją, darbą ir šilumos kiekis. Kitas dydis, kuriuo matuojamas energijos kiekis, yra kilovatvalandė.
Kilovatvalandė(kWh) – nesisteminis pagamintos ar suvartotos energijos kiekio, taip pat atliktų darbų matavimo vienetas. Jis daugiausia naudojamas elektros energijos suvartojimui kasdieniame gyvenime, šalies ekonomikoje ir elektros energijos gamybai elektros energijos pramonėje matuoti.
Reikėtų pažymėti, kad teisinga rašyti tiksliai „kWh“ (galia padauginta iš laiko). Neteisinga rašyba „kWh“ (kilovatas per valandą), dažnai naudojama daugelyje žiniasklaidos priemonių ir net kartais oficialiuose dokumentuose. Toks žymėjimas atitinka galios pokytį per laiko vienetą (kuris dažniausiai niekam neįdomus), bet ne energijos kiekį. Ne mažiau dažna klaida yra naudoti „kilovatą“ (galios vienetą), o ne „kilovatvalandę“.
Tolesniuose straipsniuose džaulius ir kilovatvalandes naudosime kaip energijos ar darbo kiekio matavimo vienetus, turėdami omenyje, kad viena kilovatvalandė yra lygi 3,6 x 10 6 džaulių.
Mus dominančių temų požiūriu energijos savybė atlikti darbą yra esminė. Neišsiaiškinsime, kaip fizika interpretuoja sąvoką „darbas“, manysime, kad ši sąvoka yra originali ir neapibrėžta. Tik dar kartą pabrėžiame, kad kiekybiškai energija ir darbas išreiškiami tais pačiais vienetais.
Priklausomai nuo energijos ar darbo rūšies, energijos kiekis apskaičiuojamas įvairiais būdais:
Energijos formos ir rūšys
Kadangi energija, kaip minėta aukščiau, yra tik įvairių materijos judėjimo formų ir sąveikos matas, materijos judėjimo perėjimo iš vienos formos į kitą matas, todėl pagal skirtingas judėjimo formas išskiriamos įvairios energijos formos. materijos. Taigi, priklausomai nuo pasireiškimo lygio, galima išskirti šias energijos formas:
- makrokosmoso energija - kūnų gravitacinė arba traukos energija,
- kūnų sąveikos energija – mechaninė,
- molekulinės sąveikos energija yra šiluminė,
- atomų sąveikos energija yra cheminė,
- spinduliuotės energija – elektromagnetinė,
- atomų branduoliuose esanti energija yra branduolinė.
Gravitacinė energija- kūnų (dalelių) sistemos energija dėl jų tarpusavio gravitacinės traukos. Antžeminėmis sąlygomis tai, pavyzdžiui, į tam tikrą aukštį virš Žemės paviršiaus pakelto kūno „saugoma“ energija – gravitacijos energija. Taigi hidroelektrinių rezervuaruose sukauptą energiją galima priskirti gravitacinei energijai.
mechaninė energija– pasireiškia atskirų kūnų ar dalelių sąveika, judėjimu. Tai apima kūno judėjimo ar sukimosi energiją, deformacijos energiją lenkimo, tempimo, sukimosi, suspaudimo metu elastingi kūnai(spyruoklės). Ši energija plačiausiai naudojama įvairiose mašinose – transporto ir technologinėse.
Šiluminė energija - netvarkingo (chaotiško) judėjimo ir medžiagų molekulių sąveikos energija. Šiluminė energija, dažniausiai gaunama deginant įvairių rūšių kurą, plačiai naudojama šildymui, atliekant daugybę technologinių procesų (kaitinimas, lydymas, džiovinimas, garinimas, distiliavimas ir kt.).
cheminė energija– tai medžiagų atomuose „sukaupta“ energija, kuri išsiskiria arba sugeria cheminių reakcijų tarp medžiagų metu. Cheminė energija išskiriama šilumos pavidalu egzoterminės reakcijos(pavyzdžiui, kuro deginimas) arba galvaniniuose elementuose ir baterijose paverčiama elektros energija. Šie energijos šaltiniai pasižymi dideliu efektyvumu (iki 98%), tačiau mažu pajėgumu.
elektromagnetinė energija yra energija, susidaranti sąveikaujant elektriniams ir magnetiniams laukams. Ji skirstoma į elektrinę ir magnetinę energiją. Elektros energija yra elektronų, judančių elektros grandine, energija (elektros srovė).
Elektromagnetinė energija taip pat pasireiškia elektromagnetinių bangų pavidalu, tai yra spinduliuotės forma, įskaitant matomą šviesą, infraraudonuosius spindulius, ultravioletinius spindulius, rentgeno spindulius ir radijo bangas. Taigi viena iš elektromagnetinės energijos rūšių yra spinduliuotės energija. Spinduliuotė neša energiją elektromagnetinių bangų energijos pavidalu. Sugėrus spinduliuotę, jos energija paverčiama kitomis formomis, dažniausiai šiluma.
Atominė energija- energija, lokalizuota vadinamųjų radioaktyviųjų medžiagų atomų branduoliuose. Jis išsiskiria sunkiųjų branduolių dalijimosi metu (branduolinė reakcija) arba lengvųjų branduolių sintezės metu (termobranduolinė reakcija).
Ši klasifikacija šiek tiek neatitinka mums iš mokyklos žinomų potencialios ir kinetinės energijos sąvokų. Šiuolaikinė fizika mano, kad kinetinės ir potencialios energijos (taip pat ir sklaidos energijos) sąvokos yra ne formos, o energijos rūšys:
Kinetinė energija yra energija, kurią kūnai turi dėl jų judėjimo. Tiksliau tariant, kinetinė energija yra skirtumas tarp visos sistemos energijos ir jos ramybės energijos; taigi, kinetinė energija yra visos energijos dalis dėl judėjimo. Kai kūnas nejuda, kinetinė energija lygi nuliui.
Potencinė energija- energija, atsirandanti dėl skirtingų kūnų ar to paties kūno dalių sąveikos. Potencialią energiją visada lemia kūno padėtis tam tikro jėgos šaltinio (jėgos lauko) atžvilgiu.
Sklaidos energija(tai yra sklaida) - dalies sutvarkytų procesų energijos perėjimas į netvarkingų procesų energiją ir galiausiai į šilumą.
Faktas yra tas, kad kiekviena iš pirmiau minėtų energijos formų gali pasireikšti potencialios ir kinetinės energijos pavidalu. Tai yra, energijos rūšys turėtų būti aiškinamos apibendrintai, nes jos reiškia bet kokią judėjimo formą ir atitinkamai bet kokią energijos formą. Pavyzdžiui, yra kinetinė elektros energija, ir tai nėra tas pats, kas kinetinė mechaninė energija. Tai elektronų judėjimo kinetinė energija, o ne kūno mechaninio judėjimo kinetinė energija. Panašiai potenciali elektros energija nėra tokia pati kaip potenciali mechaninė energija. BET cheminė energija yra sudaryta iš elektronų judėjimo kinetinės energijos ir elektros energija jų sąveika tarpusavyje ir su atomų branduoliais.
Apskritai, kiek supratau ruošiant šią medžiagą, dar nėra visuotinai priimtos energijos formų ir rūšių klasifikacijos. Tačiau galbūt mums nereikia jų iki galo suprasti fizinės sąvokos. Svarbu tik atsiminti, kad energija nėra kokia nors tikra materiali substancija, o tik matas, skirtas įvertinti tam tikrų materijos formų judėjimą arba vienos materijos formos virsmą kita.
Jėgos samprata yra neatsiejamai susijusi su energijos ir darbo sąvoka.
Galia- fizinis dydis, paprastai lygus sistemos energijos kitimo, transformacijos, perdavimo ar suvartojimo greičiui. Siauresne prasme galia yra lygi per tam tikrą laikotarpį atlikto darbo ir šio laiko tarpo santykiui.
Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) galios vienetas yra vatas, lygus vienam džauliui, padalintam iš sekundės.
Galia apibūdina įrenginio gebėjimą atlikti darbą arba gaminti energiją tam tikrą laiką. Santykis tarp galios, energijos ir laiko išreiškiamas tokiu ryšiu:
Kilovatvalandė (atminkite, kad tai yra energijos vienetas) lygus vieno kilovato galios įrenginio sunaudotai (pagamintai) energijos kiekiui (energijos vienetas) per vieną valandą (laiko vienetas).
Iš čia jau minėta lygybė 1 kWh = 1000 W ⋅ 3600 s = 3,6 10 6 J = 3,6 MJ.
Iš trijų šiame puslapyje aptartų agregatų mus labiausiai domina galia, nes su šia verte susidursime svarstant ir lyginant įvairius vėjo ar hidrogeneratorius bei saulės baterijas. Tokiais atvejais galia apibūdina šių prietaisų gebėjimą gaminti energiją. Ir atvirkščiai, daugelio galios požymis buitiniai elektros prietaisai apibūdina šių įrenginių energijos sąnaudas. Jei norime pateikti kokį nors rinkinį Buitinė technika energijos, turime palyginti bendrą šių įrenginių suvartojamą galią su visa galia, kurią galime gauti iš energijos gamintojų.
Tačiau daugiau apie galią kalbėsime kituose straipsniuose apie konkrečias energijos rūšis. Ir pradėkime nuo elektros energijos, pasvarstykime, kokiais kiekiais elektra apibūdinama ir kokiais vienetais ji matuojama.
« Fizika – 10 klasė
Energijos tvermės dėsnis yra pagrindinis gamtos dėsnis, leidžiantis apibūdinti daugumą vykstančių reiškinių.
Kūnų judėjimą galima apibūdinti ir pasitelkus tokias dinamikos sąvokas kaip darbas ir energija.
Prisiminkite, kas yra darbas ir galia fizikoje.
Ar šios sąvokos sutampa su kasdienėmis mintimis apie jas?
Visi mūsų kasdieniai veiksmai susiveda į tai, kad raumenų pagalba arba pajudiname aplinkinius kūnus ir palaikome šį judėjimą, arba sustabdome judančius kūnus.
Šie kūnai yra įrankiai (plaktukas, rašiklis, pjūklas), žaidimuose – kamuoliukai, rituliai, šachmatų figūrėlės. Gamyboje ir žemės ūkyje žmonės taip pat paleidžia įrankius.
Mašinų naudojimas labai padidina darbo našumą, nes jose naudojami varikliai.
Bet kurio variklio paskirtis – pajudinti kėbulus ir išlaikyti šį judėjimą, nepaisant stabdymo tiek dėl įprastos trinties, tiek dėl „darbinio“ pasipriešinimo (pjoviklis turi ne tik slysti per metalą, bet, atsitrenkęs į jį, pašalinti drožles; plūgą turi supurenti žemę ir pan.). Tokiu atveju judantį kūną iš variklio pusės turi veikti jėga.
Gamtoje visada dirbama, kai kito kūno (kitų kūnų) jėga (ar kelios jėgos) veikia kūną jo judėjimo kryptimi arba prieš jį.
Gravitacinė jėga veikia, kai lietus lašai arba akmuo nukrenta nuo uolos. Tuo pačiu darbą atlieka pasipriešinimo jėga, veikianti krentančius lašus arba akmenį iš oro pusės. Tamprumo jėga veikia ir tada, kai vėjo sulenktas medis išsitiesina.
Darbo apibrėžimas.
Antrasis Niutono dėsnis impulsyvia forma ∆=∆t leidžia nustatyti, kaip keičiasi kūno greitis absoliučia reikšme ir kryptimi, jei jį veikia jėga per laiką Δt.
Poveikis jėgų kūnams, lemiantis jų greičio modulio pasikeitimą, apibūdinamas verte, kuri priklauso ir nuo jėgų, ir nuo kūnų poslinkių. Šis dydis mechanikoje vadinamas jėgos darbas.
Modulinis greičio pokytis galimas tik tada, kai jėgos F r projekcija kūno judėjimo kryptimi yra ne lygi nuliui. Būtent ši projekcija lemia jėgos, keičiančios kūno modulio greitį, veikimą. Ji atlieka darbą. Todėl darbas gali būti laikomas jėgos F r projekcijos poslinkio moduliu sandauga |Δ| (5.1 pav.):
А = F r |Δ|. (5.1)
Jei kampas tarp jėgos ir poslinkio žymimas α, tai F r = Fcosα.
Taigi darbas lygus:
A = |Δ|cosα. (5.2)
Mūsų kasdienė darbo samprata skiriasi nuo darbo apibrėžimo fizikoje. Jūs laikote sunkų lagaminą, ir jums atrodo, kad dirbate darbą. Tačiau fizikos požiūriu tavo darbas lygus nuliui.
Darbas nuolatinė jėga yra lygus jėgos ir jėgos taikymo taško poslinkio modulių ir kampo tarp jų kosinuso sandaugai.
Apskritai judant tvirtas kūnas skirtingų jo taškų poslinkiai yra skirtingi, tačiau nustatydami jėgos darbą mes Δ suprasti jo taikymo taško judėjimą. Standaus kūno transliaciniame judesyje visų jo taškų poslinkis sutampa su jėgos taikymo taško poslinkiu.
Darbas, skirtingai nei jėga ir poslinkis, yra ne vektorius, o skaliarinis dydis. Jis gali būti teigiamas, neigiamas arba nulis.
Darbo ženklą lemia kampo tarp jėgos ir poslinkio kosinuso ženklas. Jei α< 90°, то А >0 nuo kosinuso aštrūs kampai teigiamas. Kai α > 90°, darbas yra neigiamas, nes bukųjų kampų kosinusas yra neigiamas. Esant α = 90° (jėga statmena poslinkiui), darbas neatliekamas.
Jei kūną veikia kelios jėgos, tada atstojamosios jėgos projekcija poslinkiui yra lygi atskirų jėgų projekcijų sumai:
F r = F 1r + F 2r + ... .
Todėl rezultatyviosios jėgos darbui gauname
A = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)
Jeigu kūną veikia kelios jėgos, tai pilnas darbas(algebrinė visų jėgų darbo suma) lygi rezultatyviosios jėgos darbui.
Darbas, atliktas jėga, gali būti pavaizduotas grafiškai. Paaiškinkime tai pavaizduodami paveiksle jėgos projekcijos priklausomybę nuo kūno koordinatės, kai jis juda tiesia linija.
Tegul kūnas juda išilgai OX ašies (5.2 pav.), tada
Fcosα = F x , |Δ| = Δ x.
Už jėgos darbą gauname
А = F|Δ|cosα = F x Δx.
Akivaizdu, kad (5.3, a) paveiksle nuspalvinto stačiakampio plotas yra skaitiniu požiūriu lygus darbui, atliktam, kai kūnas juda iš taško, kurio koordinatė x1, į tašką, kurio koordinatė x2.
Formulė (5.1) galioja, kai jėgos projekcija poslinkiui yra pastovi. Esant kreivajai trajektorijai, pastoviai arba kintamajai jėgai, trajektoriją padalijame į mažus segmentus, kuriuos galima laikyti tiesia linija, ir jėgos projekciją į mažą poslinkį Δ - nuolatinis.
Tada apskaičiuojant kiekvieno poslinkio atliktą darbą Δ
ir tada susumavus šiuos darbus, nustatome jėgos veikimą galutiniam poslinkiui (5.3 pav., b). Darbo vienetas.
Darbo vienetą galima nustatyti naudojant pagrindinę formulę (5.2). Jei judant kūną ilgio vienetu, jį veikia jėga, kurios modulis lygus vienetui, o jėgos kryptis sutampa su jo taikymo taško judėjimo kryptimi (α = 0), tada darbas bus lygus vienam. Tarptautinėje sistemoje (SI) darbo vienetas yra džaulis (žymimas J):
1 J = 1 N 1 m = 1 N m.
Džaulis yra darbas, atliktas 1 N jėga, kai poslinkis 1, jei jėgos ir poslinkio kryptys sutampa.
Dažnai naudojami keli darbo vienetai - kilodžaulis ir megadžaulis:
1 kJ = 1000 J,
1 MJ = 1000000 J.
Darbas gali būti atliktas per ilgą laiką arba labai trumpą laiką. Tačiau praktikoje toli gražu nėra abejinga, ar darbą galima atlikti greitai, ar lėtai. Laikas, per kurį atliekamas darbas, lemia bet kurio variklio veikimą. Labai puikus darbas galima pagaminti nedidelį elektros variklį, bet tai užtruks daug laiko. Todėl kartu su darbu įvedama reikšmė, apibūdinanti jo gamybos greitį – galia.
Galia yra darbo A santykis su laiko intervalu Δt, kuriam šis darbas atliekamas, t. y. galia yra darbo greitis:
Formulėje (5.4) vietoj darbo A pakeitę jos išraišką (5.2), gauname
Taigi, jei kūno jėga ir greitis yra pastovūs, tai galia yra lygi jėgos vektoriaus modulio sandaugai iš greičio vektoriaus modulio ir kampo tarp šių vektorių krypčių kosinuso. Jei šie dydžiai yra kintamieji, tai pagal (5.4) formulę galime nustatyti vidutinė galia panašiai kaip nustatyti vidutinį kūno greitį.
Galios sąvoka pristatoma norint įvertinti kokio nors mechanizmo (siurblio, krano, mašinos variklio ir kt.) atliekamą darbą per laiko vienetą. Todėl (5.4) ir (5.5) formulėse visada reiškia traukos jėgą.
SI galia išreiškiama vatai (W).
Galia yra 1 W, jei darbas, lygus 1 J, atliekamas per 1 s.
Kartu su vatais naudojami didesni (keli) galios vienetai:
1 kW (kilovatas) = 1000 W,
1 MW (megavatas) = 1 000 000 W.
Fizikoje terminas „darbas“ siejamas su jėgos veikimu ir šio veiksmo metu gautu kūno poslinkiu. Pavyzdžiui, krautuvas pakelia krovinį į tam tikrą aukštį. Krautuvas veikia apkrovą raumenų jėgomis, o krovinys juda. Rutulys nukrenta ant žemės veikiamas gravitacijos. Gravitacija veikia kamuolį ir kamuolys juda. Visais šiais atvejais atliekami mechaniniai darbai.
Mechaninis darbas – tai fizikinis dydis, tiesiogiai proporcingas kūną veikiančiai jėgai ir kūno nueinamam keliui. Griežtesnis darbo apibrėžimas yra toks.
Jėgos darbas yra fizikinis dydis, lygus jėgos modulio ir kūno poslinkio jėgos kryptimi dydžio sandaugai.
Prisiminkite, kad jėga matuojama niutonais, o atstumas matuojamas metrais. Todėl darbo vienetas yra niutonas kartų metras. Tačiau darbas fizikoje yra toks svarbus dydis, kad turi savo matavimo vienetą. Jis pavadintas anglų fiziko Jameso Joule vardu ir vadinamas džauliu (J).
Taigi, jei veikiant 1 niutono jėgai, kūnas pajudėjo 1 metrą, tada šios jėgos atliktas darbas yra 1 džaulis.
Darbui atlikti reikalingos sąlygos
Darbui atlikti būtina, kad kūną veiktų ne tik jėga, bet ir kad kūnas judėtų (1 pav.).
Ryžiai. 1. Darbas atliekamas tik tada, kai juda kūnas, kurį veikia jėga
Jėga, veikianti kūną, gali veikti arba neveikti. Jei, pavyzdžiui, bandote perkelti sunkią spintelę, tai jėga, kuria veikiate spintelę, neveikia, nes spintelės poslinkis lygus nuliui (2 pav.).
Ryžiai. 2. Jėga veikia, bet kūnas nejuda. Šiuo atveju darbas lygus nuliui.
Jei astronautas, pavyzdžiui, kosmose stumia objektą nuo savęs, o objektas tolsta nuo jo, tada, nors objektas juda, astronautas po stūmimo neatlieka darbo, nes jėga, kuria jis veikia objektą yra nulis. Daiktas juda pagal inerciją (3 pav.).
Ryžiai. 3. Po stūmimo kūnas juda, bet darbas neatliekamas, nes astronautas neveikia kūno jėga
Šiuo būdu, Kad darbas būtų atliktas, kūną turi veikti jėga, o kūnas turi judėti.
Kokie darbai atliekami, kai 2 m 3 tūrio granitinė plokštė pakeliama į 12 m aukštį?
Pirmiausia užsirašykime problemos būklę. Kadangi darbas bus atliekamas prieš gravitaciją, kurią lemia korpuso masė, o plokštės tūris pateikiamas būsenoje, tai tirpalui reikia žinoti granito tankį (4 pav.).
Ryžiai. keturi. Trumpa būklė užduotys
Norint rasti darbą, reikia padauginti jėgą, veikiančią kūnui pakelti jį kūno nueinamu keliu. Kūno nueitas kelias yra aukštis, iki kurio jis buvo pakeltas.
Kai kūnas pakeliamas tolygiai, jį veikianti jėga yra lygi gravitacijos jėgai.
Norėdami sužinoti kūno masę, padauginkite jo tūrį iš granito tankio.
Po dviejų pakeitimų gauname darbo formulę darbo apskaičiavimui.
Išanalizuokime rezultato matmenis.
Dabar galite pakeisti skaitmeninius duomenis į galutinę formulę.
Galutinį atsakymą patogu pateikti kilodžauliais.
Atsakymas: plokštės pakėlimas atliktas 624 kJ.
Ryžiai. 5. Visiškas problemos sprendimas
Atkreipkime dėmesį į tai, kad darbo kaip fizinio dydžio apibrėžime yra žodžiai " jėgos modulio ir kūno poslinkio dydžio sandauga jėgos kryptimi. Bet juk kūną gali veikti jėga, nukreipta priešinga kūno judėjimo krypčiai. Pavyzdžiui, trinties jėga. Tokiu atveju jėgos atliktas darbas bus neigiamas. Be to, jėga gali būti statmena kūno judėjimo krypčiai. Pavyzdžiui, jei rutulys rieda horizontaliu paviršiumi, gravitacija yra statmena rutulio judėjimo krypčiai. Tokiu atveju rutulys nejuda jėgos kryptimi ir darbas lygus nuliui (6 pav.).
Ryžiai. 6. Darbas gali būti teigiamas, neigiamas ir nulinis
Taigi mechaninis darbas yra fizikinis dydis, apibūdinantis jėgos veikimą. Jis matuojamas džauliais. Reikia atsiminti, kad tam, kad mechaninis darbas būtų atliktas veikiant jėgai, kūnas turi eiti tam tikru keliu.
Bibliografija
1. Peryshkin A.V. Fizika. 7 ląstelės - 14 leid., stereotipas. - M.: Bustard, 2010 m.
2. Peryshkin A.V. Fizikos uždavinių rinkinys, 7-9 kl.: 5 leid., stereotipas. - M: egzaminų leidykla, 2010 m.
3. Lukašikas V.I., Ivanova E.V. Fizikos užduočių rinkinys ugdymo įstaigų 7-9 klasėms. – 17 leidimas. - M.: Švietimas, 2004 m.
1. Svetainė „Vieningas skaitmeninių švietimo išteklių rinkinys“ ()
2. Svetainė „Vieningas skaitmeninių švietimo išteklių rinkinys“ ()
Namų darbai
1. Lukašikas V.I., Ivanova E.V. Fizikos uždavinių rinkinys 7-9 klasėms. Nr.666-669, 678, 686.