Fizikte tam bir çalışma nedir? Mekanik İş: Tanımı ve Formülü

İş ve enerjinin aynı ölçü birimlerine sahip olduğunu unutmayın. Bu, işin enerjiye dönüştürülebileceği anlamına gelir. Örneğin bir cismi belirli bir yüksekliğe çıkarmak için potansiyel enerjiye sahip olacak, bu işi yapacak bir kuvvete ihtiyaç vardır. Kaldırma kuvvetinin yaptığı iş potansiyel enerjiye dönüşecektir.

F(r) bağımlılık grafiğine göre işi belirleme kuralı: iş sayısal olarak kuvvet-yer değiştirme grafiği altındaki şeklin alanına eşittir.

Kuvvet vektörü ile yer değiştirme arasındaki açı

1) İşi yapan kuvvetin yönünü doğru belirleyin; 2) Yer değiştirme vektörünü gösteriyoruz; 3) Vektörleri bir noktaya aktarıp istenilen açıyı elde ediyoruz.

Şekilde cisme yerçekimi kuvveti (mg), desteğin tepkisi (N), sürtünme kuvveti (Ftr) ve halat F'nin çekme kuvveti etki etmektedir. r'yi hareket ettirir.

Yer çekimi işi

Zemin reaksiyonu çalışması

Sürtünme kuvveti işi

Halat gerilimi ile yapılan iş

Bileşke kuvvetin yaptığı iş

Ortaya çıkan kuvvetin yaptığı iş iki şekilde bulunabilir: 1. yöntem - örneğimizde, cisme etki eden tüm kuvvetlerin yaptığı işin (“+” veya “-” işaretleri dikkate alınarak) toplamı olarak
Yöntem 2 - Her şeyden önce, bileşke kuvveti bulun, ardından doğrudan işini bulun, bkz. şekil

Elastik kuvvetin işi

Elastik kuvvetin yaptığı işi bulmak için bu kuvvetin yayın uzamasına bağlı olması nedeniyle değiştiğini dikkate almak gerekir. Hooke kanununa göre mutlak uzama arttıkça kuvvet de artar.

Bir yayın (gövdenin) deforme olmamış durumdan deforme olmuş duruma geçişi sırasında elastik kuvvetin işini hesaplamak için aşağıdaki formülü kullanın:

Güç

İşin hızını karakterize eden skaler bir miktar (hızdaki değişim oranını karakterize eden ivme ile bir benzetme yapılabilir). Formülle belirlenir

Yeterlik

Verimlilik, bir makinenin yaptığı yararlı işin, aynı zamanda harcanan (sağlanan enerji) tüm işe oranıdır.

Verimlilik yüzde olarak ifade edilir. Bu sayı %100'e ne kadar yakınsa makinenin performansı o kadar yüksek olur. Daha az enerji kullanarak daha fazla iş yapmak mümkün olmadığından verim 100'ün üzerinde olamaz.

Eğik bir düzlemin verimliliği, yerçekiminin yaptığı işin, eğimli düzlem boyunca hareket ederken harcanan işe oranıdır.

Hatırlanması gereken en önemli şey

1) Formüller ve ölçü birimleri;
2) İşin zorla yapılması;
3) Kuvvet ve yer değiştirme vektörleri arasındaki açıyı belirleyebilir

Bir cismi kapalı bir yol boyunca hareket ettirirken bir kuvvetin yaptığı iş sıfırsa, bu tür kuvvetlere denir. tutucu veya potansiyel. Bir cismi kapalı bir yol boyunca hareket ettirirken sürtünme kuvvetinin yaptığı iş hiçbir zaman sıfıra eşit değildir. Sürtünme kuvveti, yer çekimi veya esneklik kuvvetinden farklı olarak muhafazakar olmayan veya potansiyel olmayan.

Formülün kullanılamayacağı koşullar var
Kuvvet değişkense, hareketin yörüngesi eğri bir çizgi ise. Bu durumda yol, bu koşulların karşılandığı küçük bölümlere ayrılır ve bu bölümlerin her biri üzerindeki temel çalışma hesaplanır. Bu durumda toplam iş, temel işlerin cebirsel toplamına eşittir:

Belirli bir kuvvetin yaptığı işin değeri referans sisteminin seçimine bağlıdır.

Temel okul fizik dersinden zaten mekanik işe (kuvvet işi) aşinasınız. Aşağıdaki durumlar için burada verilen mekanik iş tanımını hatırlayalım.

Eğer kuvvet cismin hareketi ile aynı yönde ise kuvvetin yaptığı iş

Bu durumda kuvvetin yaptığı iş pozitiftir.

Eğer kuvvet cismin hareketinin tersi yönünde ise kuvvetin yaptığı iş

Bu durumda kuvvetin yaptığı iş negatiftir.

Eğer f_vec kuvveti cismin s_vec yer değiştirmesine dik olarak yönlendirilirse, kuvvetin yaptığı iş sıfırdır:

İş skaler bir büyüklüktür. Enerjinin korunumu yasasının keşfinde önemli rol oynayan İngiliz bilim adamı James Joule'ün onuruna iş birimine joule (sembol: J) adı verilmiştir. Formül (1)'den şu sonuç çıkar:

1 J = 1 N*m.

1. 0,5 kg ağırlığındaki bir blok, ona 4 N'lik bir elastik kuvvet uygulanarak masa boyunca 2 m hareket ettirildi (Şekil 28.1). Blok ile masa arasındaki sürtünme katsayısı 0,2'dir. Bloğa etki eden iş nedir?
a) yerçekimi m?
b) normal reaksiyon kuvvetleri?
c) elastik kuvvetler?
d) kayma sürtünme kuvvetleri tr?

Bir cisme etki eden çeşitli kuvvetlerin yaptığı toplam iş iki şekilde bulunabilir:
1. Her kuvvetin işini bulun ve işaretleri dikkate alarak bu işleri toplayın.
2. Cismin üzerine uygulanan tüm kuvvetlerin sonucunu bulun ve bileşkedeki işi hesaplayın.

Her iki yöntem de aynı sonuca götürür. Bundan emin olmak için önceki göreve dönün ve görev 2'deki soruları yanıtlayın.

2. Neye eşittir:
a) Bloğa etki eden tüm kuvvetlerin yaptığı işin toplamı?
b) bloğa etki eden tüm kuvvetlerin sonucu?
c) işin sonucu? Genel durumda (f_vec kuvveti, s_vec yer değiştirmesine keyfi bir açıyla yönlendirildiğinde), kuvvetin işinin tanımı aşağıdaki gibidir.

Sabit bir kuvvetin A işi, kuvvet modülü F'nin yer değiştirme modülü s ile kuvvet yönü ile yer değiştirme yönü arasındaki α açısının kosinüsü ile çarpımına eşittir:

A = Fs çünkü α (4)

3. İşin genel tanımının aşağıdaki diyagramda gösterilen sonuçlara yol açtığını gösterin. Bunları sözlü olarak formüle edin ve not defterinize yazın.

4. Masanın üzerindeki bir bloğa modülü 10 N olan bir kuvvet uygulanıyor. Bloğu masa boyunca 60 cm hareket ettirirken bu kuvvet bloğun hareketi arasındaki açı nedir? iş: a) 3 J; b) –3 J; c) –3 J; d) –6 J? Açıklayıcı çizimler yapın.

2. Yer çekimi işi

Kütlesi m olan bir cismin başlangıçtaki h n yüksekliğinden son h k yüksekliğine kadar dikey olarak hareket etmesine izin verin.

Eğer cisim aşağı doğru hareket ediyorsa (h n > hk, Şekil 28.2, a), hareketin yönü yerçekimi yönü ile çakışır, dolayısıyla yerçekimi işi pozitiftir. Eğer vücut yukarı doğru hareket ederse (h n< h к, рис. 28.2, б), то работа силы тяжести отрицательна.

Her iki durumda da yerçekiminin yaptığı iş

A = mg(h n – hk). (5)

Şimdi düşeyle belirli bir açıda hareket ederken yerçekiminin yaptığı işi bulalım.

5. Kütlesi m olan küçük bir blok, uzunluğu s ve yüksekliği h olan eğik bir düzlem boyunca kaymıştır (Şekil 28.3). Eğik düzlem düşey ile α açısı yapar.

a) Yer çekimi yönü ile bloğun hareket yönü arasındaki açı nedir? Açıklayıcı bir çizim yapın.
b) Yerçekimi işini m, g, s, α cinsinden ifade edin.
c) s'yi h ve α cinsinden ifade edin.
d) Yer çekimi işini m, g, h cinsinden ifade edin.
e) Blok aynı düzlem boyunca yukarı doğru hareket ettiğinde yerçekiminin yaptığı iş nedir?

Bu görevi tamamladıktan sonra, vücut hem aşağı hem de yukarı doğru dikey bir açıyla hareket ettiğinde bile yerçekimi işinin formül (5) ile ifade edildiğine ikna oldunuz.

Ancak o zaman yerçekimi işi için formül (5), bir cisim herhangi bir yörünge boyunca hareket ettiğinde geçerlidir, çünkü herhangi bir yörünge (Şekil 28.4, a), bir dizi küçük "eğimli düzlem" (Şekil 28.4, b) olarak temsil edilebilir. .

Böylece,
Herhangi bir yörünge boyunca hareket ederken yerçekiminin yaptığı iş aşağıdaki formülle ifade edilir:

A t = mg(h n – h k),

burada h n cismin başlangıç yüksekliği, h k ise son yüksekliğidir.
Yer çekiminin yaptığı iş yörüngenin şekline bağlı değildir.

Örneğin, bir cismi A noktasından B noktasına (Şekil 28.5) 1, 2 veya 3 numaralı yörünge boyunca hareket ettirirken yerçekimi işi aynıdır. Buradan özellikle, kapalı bir yörünge boyunca hareket ederken (vücut başlangıç noktasına döndüğünde) yerçekimi kuvvetinin sıfıra eşit olduğu sonucu çıkar.

6. Kütlesi m olan ve l uzunluğunda bir ipe asılan bir top, ipi gergin tutarak 90° saptırıldı ve itilmeden serbest bırakıldı.
a) Topun denge konumuna hareket ettiği süre boyunca yerçekiminin yaptığı iş nedir (Şekil 28.6)?
b) İpliğin elastik kuvvetinin aynı sürede yaptığı iş nedir?
c) Aynı anda topa uygulanan bileşke kuvvetlerin yaptığı iş nedir?

3. Elastik kuvvetin işi

Yay deforme olmamış bir duruma döndüğünde elastik kuvvet her zaman pozitif iş yapar: yönü hareket yönü ile çakışır (Şekil 28.7).

Elastik kuvvetin yaptığı işi bulalım.
Bu kuvvetin modülü, ilişki yoluyla deformasyon modülü x ile ilişkilidir (bkz. § 15)

Böyle bir kuvvetin yaptığı iş grafiksel olarak bulunabilir.

Öncelikle sabit bir kuvvetin yaptığı işin, kuvvet-yer değiştirme grafiği altındaki dikdörtgenin alanına sayısal olarak eşit olduğunu belirtelim (Şekil 28.8).

Şekil 28.9 elastik kuvvet için F(x) grafiğini göstermektedir. Vücudun tüm hareketini zihinsel olarak o kadar küçük aralıklara bölelim ki, her birinde kuvvetin sabit olduğu düşünülebilir.

Daha sonra bu aralıkların her biri üzerindeki çalışma, grafiğin ilgili bölümünün altındaki şeklin alanına sayısal olarak eşittir. Bu alanlarda yapılan tüm işler, yapılan işlerin toplamına eşittir.

Sonuç olarak, bu durumda iş sayısal olarak F(x) bağımlılığı grafiğinin altındaki şeklin alanına eşittir.

7. Şekil 28.10'u kullanarak şunu kanıtlayın:

Yay deforme olmamış durumuna döndüğünde elastik kuvvetin yaptığı iş aşağıdaki formülle ifade edilir:

A = (kx 2)/2. (7)

8. Şekil 28.11'deki grafiği kullanarak, yay deformasyonu xn'den xk'ye değiştiğinde elastik kuvvetin işinin aşağıdaki formülle ifade edildiğini kanıtlayın:

Formül (8)'den elastik kuvvetin işinin yalnızca yayın ilk ve son deformasyonuna bağlı olduğunu görüyoruz. Bu nedenle, eğer cisim önce deforme olur ve sonra başlangıç durumuna dönerse, elastik kuvvetin işi şu şekildedir: sıfır. Yer çekimi işinin de aynı özelliğe sahip olduğunu hatırlayalım.

9. Rijitliği 400 N/m olan bir yayın ilk anda gerilimi 3 cm'dir. Yay 2 cm daha gerilmektedir.
a) Yayın son deformasyonu nedir?
b) Yayın elastik kuvvetinin yaptığı iş nedir?

10. Rijitliği 200 N/m olan bir yay ilk anda 2 cm uzuyor ve son anda 1 cm sıkıştırılıyor. Yayın elastik kuvvetinin yaptığı iş nedir?

4. Sürtünme kuvvetinin işi

Vücudun sabit bir destek boyunca kaymasına izin verin. Cisme etki eden kayma sürtünme kuvveti her zaman harekete zıt yöndedir ve bu nedenle kayma sürtünme kuvvetinin işi herhangi bir hareket yönünde negatiftir (Şekil 28.12).

Bu nedenle, bloğu sağa ve çiviyi de aynı mesafe sola hareket ettirirseniz, başlangıç pozisyonuna dönse de, kayma sürtünme kuvvetinin yaptığı toplam iş sıfıra eşit olmayacaktır. Bu, kayma sürtünmesi işi ile yerçekimi ve esneklik işi arasındaki en önemli farktır. Bir cismi kapalı bir yörüngede hareket ettirirken bu kuvvetlerin yaptığı işin sıfır olduğunu hatırlayalım.

11. Kütlesi 1 kg olan bir blok, yörüngesi 50 cm kenarlı bir kare olacak şekilde masa boyunca hareket ettirildi.
a) Blok başlangıç noktasına geri döndü mü?
b) Bloğun üzerine etki eden sürtünme kuvvetinin yaptığı toplam iş nedir? Blok ile masa arasındaki sürtünme katsayısı 0,3'tür.

5.Güç

Çoğu zaman önemli olan yalnızca yapılan iş değil, aynı zamanda işin yapılma hızıdır. Güç ile karakterizedir.

Güç P, yapılan A işinin, bu işin yapıldığı t zaman periyoduna oranıdır:

(Bazen mekanikte güç N harfiyle, elektrodinamikte ise P harfiyle gösterilir. Güç için aynı tanımı kullanmayı daha uygun buluyoruz.)

Güç birimi, adını İngiliz mucit James Watt'tan alan watt'tır (sembol: W). Formül (9)'dan şu sonuç çıkıyor:

1 W = 1 J/sn.

12. 10 kg ağırlığındaki bir kova suyu 2 saniye boyunca 1 m yüksekliğe eşit şekilde kaldıran bir kişi hangi gücü geliştirir?

Gücü iş ve zamanla değil, kuvvet ve hızla ifade etmek çoğu zaman uygundur.

Kuvvetin yer değiştirme boyunca yönlendirildiği durumu ele alalım. O zaman A kuvvetinin yaptığı iş = Fs olur. Bu ifadeyi güç yerine formül (9)'a koyarsak şunu elde ederiz:

P = (Fs)/t = F(s/t) = Fv. (10)

13. Bir araba yatay bir yolda 72 km/saat hızla ilerlemektedir. Aynı zamanda motoru 20 kW'lık bir güç geliştiriyor. Arabanın hareketine karşı direnç kuvveti nedir?

İpucu. Bir araba yatay bir yolda sabit hızla hareket ettiğinde, çekiş kuvvetinin büyüklüğü arabanın hareketine karşı direnç kuvvetine eşittir.

14. Vinç motorunun gücü 20 kW ve vincin elektrik motorunun verimliliği %75 ise, 4 ton ağırlığındaki bir beton bloğun 30 m yüksekliğe düzgün bir şekilde kaldırılması ne kadar sürer?

İpucu. Bir elektrik motorunun verimliliği, yükü kaldırma işinin motorun işine oranına eşittir.

Ek sorular ve görevler

15. Kütlesi 200 g olan bir top, yüksekliği 10 ve yatayla 45° açı yapan bir balkondan atılıyor. Uçuş sırasında maksimum 15 m yüksekliğe ulaşan top yere düştü.
a) Topu kaldırırken yerçekiminin yaptığı iş nedir?
b) Top aşağıya indirildiğinde yerçekiminin yaptığı iş nedir?
c) Topun tüm uçuşu boyunca yerçekiminin yaptığı iş nedir?
d) Durumda herhangi bir ekstra veri var mı?

16. Kütlesi 0,5 kg olan bir top, sertliği 250 N/m olan bir yay üzerinde asılıdır ve dengededir. Top, yay deforme olmayacak ve itilmeden serbest bırakılacak şekilde kaldırılır.
a) Top hangi yüksekliğe kaldırıldı?
b) Topun denge konumuna hareket ettiği süre boyunca yerçekiminin yaptığı iş nedir?
c) Topun denge konumuna hareket ettiği süre boyunca elastik kuvvetin yaptığı iş nedir?
d) Topun denge konumuna gelmesi sırasında topa uygulanan tüm kuvvetlerin bileşkesinin yaptığı iş nedir?

17. Ağırlığı 10 kg olan bir kızak, karlı bir dağdan α = 30° eğim açısı ile başlangıç hızı olmadan kayarak yatay bir yüzey boyunca belirli bir mesafe kat etmektedir (Şekil 28.13). Kızak ile kar arasındaki sürtünme katsayısı 0,1'dir. Dağın taban uzunluğu l = 15 m'dir.

a) Kızak yatay bir yüzeyde hareket ettiğinde sürtünme kuvvetinin büyüklüğü nedir?
b) Kızak yatay bir yüzey boyunca 20 m'lik bir mesafe boyunca hareket ettiğinde sürtünme kuvvetinin yaptığı iş nedir?
c) Kızak dağ boyunca hareket ederken sürtünme kuvvetinin büyüklüğü nedir?
d) Kızağı indirirken sürtünme kuvvetinin yaptığı iş nedir?
e) Kızağı indirirken yerçekiminin yaptığı iş nedir?
f) Dağdan inerken kızağa etki eden bileşke kuvvetlerin yaptığı iş nedir?

18. 1 ton ağırlığındaki bir araba 50 km/saat hızla hareket etmektedir. Motor 10 kW'lık bir güç geliştirir. Benzin tüketimi 100 km'de 8 litredir. Benzinin yoğunluğu 750 kg/m3, özgül yanma ısısı ise 45 MJ/kg'dır. Motorun verimliliği nedir? Durumda fazladan veri var mı?
İpucu. Bir ısı motorunun verimliliği, motor tarafından yapılan işin yakıtın yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarına oranına 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 vücut kuvvetin etkisi altında hareket ediyorsa, bu mekanik bir iştir. Çok 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:

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.
Vücut koordinat sisteminde hareket eder ve kuvvet sıfıra eşit olur veya hepsi telafi edilir. Ataletle hareket ederken bu gözlemlenebilir.
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 ve 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. Mekanik iş ve onun fizikteki kullanımı hakkında ayrı ayrı 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 J = 1 kg m²/s² = 1 N·m
1 erg = 1 g cm²/s² = 1 din cm
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:

Bir kişi elleriyle bir taşı kaldırdığında, ellerindeki kas kuvvetinin yardımıyla mekanik iş meydana gelir;
Bir tren raylar boyunca ilerlerken, traktörün (elektrikli lokomotif, dizel lokomotif vb.) çekiş kuvveti tarafından çekilir;
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;
Mekanik iş, sürtünme kuvveti bir cismin üzerine etki ederek onu hareket hızını düşürmeye zorladığında da ortaya çıkar;
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 güç 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.

İçerik:

Elektrik akımı gelecekte belirli amaçlarla kullanılmak, bir tür işin gerçekleştirilmesi amacıyla üretilir. Elektrik sayesinde tüm cihaz, cihaz ve ekipmanlar çalışır. İşin kendisi, bir elektrik yükünü belirli bir mesafe boyunca hareket ettirmek için uygulanan belirli bir çabayı temsil eder. Geleneksel olarak devrenin bir bölümündeki bu tür iş, bu bölümdeki voltajın sayısal değerine eşit olacaktır.

Gerekli hesaplamaları yapmak için akımın çalışmasının nasıl ölçüldüğünü bilmeniz gerekir. Tüm hesaplamalar, ölçüm cihazları kullanılarak elde edilen ilk verilere dayanarak yapılır. Yük ne kadar büyük olursa, onu hareket ettirmek için o kadar fazla çaba gerekir ve o kadar fazla iş yapılır.

Akımın yaptığı işe ne denir?

Elektrik akımının fiziksel bir nicelik olarak kendi başına pratik bir önemi yoktur. En önemli faktör, yaptığı işe göre akımın etkisidir. İşin kendisi, bir enerji türünün diğerine dönüştüğü belirli eylemleri temsil eder. Örneğin elektrik enerjisi motor milinin döndürülmesiyle mekanik enerjiye dönüştürülür. Elektrik akımının işi, bir elektrik alanının etkisi altında bir iletkendeki yüklerin hareketidir. Aslında yüklü parçacıkları hareket ettirmenin tüm işi elektrik alanı tarafından yapılır.

Hesaplamaların yapılabilmesi için elektrik akımının işleyişine ilişkin bir formülün türetilmesi gerekir. Formülleri derlemek için mevcut güç ve gibi parametrelere ihtiyacınız olacak. Elektrik akımının yaptığı iş ile elektrik alanının yaptığı iş aynı şey olduğundan iletkende akan yük ile gerilimin çarpımı olarak ifade edilecektir. Yani: A = Uq. Bu formül, iletkendeki voltajı belirleyen ilişkiden türetilmiştir: U = A/q. Bundan, voltajın, yüklü bir parçacığı q taşımak için elektrik alanı A tarafından yapılan işi temsil ettiği sonucu çıkar.

Yüklü parçacık veya yükün kendisi, akımın ve bu yükün iletken boyunca hareket ettirilmesi için harcanan zamanın çarpımı olarak görüntülenir: q = It. Bu formülde iletkendeki akım kuvvetine ilişkin ilişki kullanılmıştır: I = q/t. Yani, yükün iletkenin kesitinden geçtiği süreye oranıdır. Son haliyle, elektrik akımının çalışmasının formülü bilinen miktarların çarpımı gibi görünecektir: A = UIt.

Elektrik akımının işi hangi birimlerde ölçülür?

Bir elektrik akımının işinin nasıl ölçüldüğü sorusuna doğrudan değinmeden önce, bu parametrenin hesaplandığı tüm fiziksel büyüklüklerin ölçü birimlerini toplamak gerekir. Dolayısıyla herhangi bir iş, bu miktarın ölçü birimi 1 Joule (1 J) olacaktır. Gerilim volt, akım amper ve zaman saniye cinsinden ölçülür. Bu, ölçüm biriminin şu şekilde görüneceği anlamına gelir: 1 J = 1V x 1A x 1s.

Elde edilen ölçüm birimlerine dayanarak, elektrik akımının işi, devrenin bir bölümündeki akım gücünün, bölümün uçlarındaki voltajın ve akımın devreden geçtiği sürenin çarpımı olarak belirlenecektir. iletken.

Ölçümler bir voltmetre ve bir saat kullanılarak gerçekleştirilir. Bu cihazlar, belirli bir parametrenin tam değerinin nasıl bulunacağı sorununu etkili bir şekilde çözmenize olanak sağlar. Devreye bir ampermetre ve voltmetre bağlarken, okumalarını belirli bir süre boyunca izlemek gerekir. Elde edilen veriler formüle eklenir ve ardından nihai sonuç görüntülenir.

Her üç cihazın işlevleri, tüketilen enerjiyi ve aslında elektrik akımının yaptığı işi hesaba katan elektrik sayaçlarında birleştirilmiştir. Burada başka bir birim kullanılıyor - 1 kW x saat, bu aynı zamanda birim zamanda ne kadar iş yapıldığı anlamına da geliyor.

Mekaniğin en önemli kavramlarından biri kuvvet işi .

Kuvvet çalışması

Çevremizdeki dünyadaki tüm fiziksel bedenler kuvvetle harekete geçirilir. Aynı veya zıt yönde hareket eden bir cisme bir veya daha fazla cisimden gelen bir kuvvet veya birden fazla kuvvet etki ediyorsa buna denir. iş yapılıyor .

Yani mekanik iş, vücuda etki eden bir kuvvet tarafından gerçekleştirilir. Böylece elektrikli lokomotifin çekiş kuvveti tüm treni harekete geçirerek mekanik iş gerçekleştirir. Bisiklet, bisikletçinin bacaklarının kas gücüyle hareket ettirilir. Sonuç olarak bu kuvvet aynı zamanda mekanik iş de yapar.

Fizikte kuvvet işi kuvvet modülünün çarpımına, kuvvetin uygulama noktasının yer değiştirme modülüne ve kuvvet ile yer değiştirme vektörleri arasındaki açının kosinüsüne eşit bir fiziksel miktar olarak adlandırın.

A = F s çünkü (F, s) ,

Nerede F kuvvet modülü,

S - seyahat modülü .

Kuvvet rüzgarları ile yer değiştirme arasındaki açı sıfır değilse iş her zaman yapılır. Eğer kuvvet hareket yönünün tersi yönde etki ediyorsa iş miktarı negatiftir.

Cismin üzerine herhangi bir kuvvet etki etmiyorsa veya uygulanan kuvvet ile hareket yönü arasındaki açı 90 o (cos 90 o = 0) ise iş yapılmaz.

Bir at bir arabayı çekerse, o zaman atın kas kuvveti veya arabanın hareket yönüne yönlendirilen çekiş kuvveti işe yarar. Ancak sürücünün arabaya bastırdığı yerçekimi kuvveti, hareket yönüne dik olarak aşağıya doğru yönlendirildiği için herhangi bir iş yapmaz.

Kuvvet işi skaler bir büyüklüktür.

SI ölçüm sistemindeki iş birimi - joule. 1 joule, kuvvetin ve yer değiştirmenin yönleri çakışırsa, 1 newtonluk bir kuvvetin 1 m uzaklıkta yaptığı iştir.

Bir cisme veya maddi bir noktaya birden fazla kuvvet etki ediyorsa, bu durumda bunların bileşke kuvvetinin yaptığı işten söz ederiz.

Uygulanan kuvvet sabit değilse işi integral olarak hesaplanır:

Güç

Bir cismi harekete geçiren kuvvet mekanik iş yapar. Ancak bu işin nasıl hızlı veya yavaş yapıldığını pratikte bilmek bazen çok önemlidir. Sonuçta aynı iş farklı zamanlarda tamamlanabilir. Büyük bir elektrik motorunun yaptığı işi küçük bir motor yapabilir. Ancak bunun için çok daha fazla zamana ihtiyacı olacak.

Mekanikte işin hızını karakterize eden bir miktar vardır. Bu miktara denir güç.

Güç, belirli bir sürede yapılan işin bu dönemin değerine oranıdır.

N= bir /∆ T

Tanım gereği bir = F S çünkü α , A a/∆ t = v , buradan