Karakterize edebilmek enerji özellikleri hareket, konsept tanıtıldı mekanik iş. Ve bu onun için farklı tezahürler makale buna ayrılmıştır. 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 miktar kuvvet etki ediyorsa ve bunun sonucunda cisim hareket ediyorsa buna mekanik iş denir. Bakış açısından yaklaşıldığında bilimsel felsefe burada birkaç ek husus 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. 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 eğer bir kişi yürürse, o zaman kesin kuvvetler (sürtünme, yer çekimi vb.) bir kişi üzerinde mekanik bir iş yapar ve bunların sonucunda kişi konum noktasını değiştirir, yani hareket eder.
Nasıl çalış fiziksel miktar cisme etki eden kuvvetin, cismin bu kuvvetin etkisi altında ve onun gösterdiği yönde yaptığı yolla çarpımına eşittir. 2 koşulun aynı anda karşılanması durumunda mekanik işin yapıldığını söyleyebiliriz: vücuda bir kuvvet etki ediyor ve hareket yönünde hareket ediyor. 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. Tren hareket ettiğinde yatay çizgi o zaman 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 yerçekimi kuvveti verilebilir. negatif iş. 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 nesne dengede olduğunda ve herhangi bir yere hareket etmediğinde potansiyel enerjisi eşittir toplam enerji ve kinetik olan sıfıra eşittir. Hareket başladığında potansiyel enerji azalmaya başlar, kinetik artmaya başlar, ancak toplamda nesnenin toplam enerjisine eşittirler. İçin maddi nokta kinetik enerji, bir noktayı sıfırdan H değerine kadar 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 hepsinin toplamını bulmanız gerekir. kinetik enerji parçacıklar ve olacak kinetik enerji bedenler.
Pratik uygulamanın özellikleri (potansiyel enerji)
Cismin üzerine etkiyen tüm kuvvetlerin korunumlu olması ve potansiyel enerjinin toplama eşit olması durumunda iş yapılmaz. Bu varsayım mekanik enerjinin korunumu yasası olarak bilinir. Mekanik enerji V kapalı sistem zaman aralığında 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. Ayrıca kendi tanımını da veriyor çeşitli formüller mekanik iş (Rimmer integrali için bir tanım örneği): tüm kuvvetlerin toplamının yöneldiği sınır temel çalışma Bölmenin inceliği sıfıra yaklaştığında buna eğri boyunca kuvvet işi denir. Muhtemelen zor mu? Ama hiçbir şey teorik mekanik Tüm. Evet, tüm mekanik işler, fizik ve diğer zorluklar artık bitti. Ayrıca sadece örnekler ve bir sonuç olacak.
Mekanik iş ölçü birimleri
SI, işi ölçmek için joule'u kullanırken, GHS erg'yi 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 açıdan 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: merminin hızı arttıkça mermi silahın namlusu boyunca hareket ettirilir;
- Mekanik iş, sürtünme kuvveti bir cismin üzerine etki ederek onu hareket hızını düşürmeye zorladığında da ortaya çıkar;
- Yukarıdaki toplarla ilgili örnekte, toplar yükseldiğinde karşı taraf yerçekimi yönüne göre de mekanik çalışmaya bir örnektir, ancak yerçekimine ek olarak Arşimet kuvveti de havadan hafif olan her şey yukarı doğru yükseldiğinde 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.
Temel okul fizik dersinden zaten mekanik işe (kuvvet işi) aşinasınız. Aşağıdaki durumlar için orada 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 miktar. İş birimine, İngiliz bilim adamı James Joule'ün onuruna joule (sembol: J) adı verilmiştir. önemli rol Enerjinin korunumu yasasının keşfinde. 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? İÇİNDE Genel dava(f_vec kuvveti aşağıdaki yöne yönlendirildiğinde keyfi açı s_vec yer değiştirmesine göre kuvvet işinin tanımı aşağıdaki gibidir.
İş A sabit kuvvet 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. Neyi gösterin genel tanımÇalışma aşağıdaki diyagramda gösterilen sonuçlara dayanmaktadır. Bunları sözlü olarak formüle edin ve not defterinize yazın.
4. Masanın üzerinde bulunan modülü 10 N olan bir bloğa kuvvet uygulanmaktadır. Neden açı eşittir bu kuvvet ile bloğun hareketi arasında, eğer bloğu masa boyunca 60 cm hareket ettirirken bu kuvvet şu işi yaptıysa: a) 3 J; b) –3 J; c) –3 J; d) –6 J? Açıklayıcı çizimler yapın.
2. Yer çekimi işi
Kütlesi m olan bir cismin başlangıç yüksekliğinden h n son yüksekliğine h k kadar dikey olarak hareket ettiğini varsayalım.
Eğer cisim aşağıya 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 işinin formülü (5), bir cisim herhangi bir yörünge boyunca hareket ettiğinde geçerlidir, çünkü herhangi bir yörünge (Şekil 28.4, a) küçük bir dizi olarak temsil edilebilir. eğik düzlemler"(Şekil 28.4, b). 
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 cismin A noktasından B noktasına (Şekil 28.5) 1, 2 veya 3 numaralı yörünge boyunca hareket ettirilmesi sırasında yerçekiminin yaptığı iş aynıdır. Buradan özellikle, kapalı bir yörünge boyunca hareket ederken (vücut başlangıç noktasına döndüğünde) yerçekimi kuvvetinin sıfıra eşit olduğu sonucu çıkar. 
6. Kütlesi l olan bir ipe asılı duran m kütleli bir top, ipi gergin tutarak 90° saptırıldı ve itilmeden serbest bırakıldı.
a) Topun denge konumuna gelmesi sırasında yer çekiminin 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 geri 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 birindeki kuvvet sabit kabul edilebilir. 
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.B başlangıç anı Sertliği 400 N/m olan bir yayın esnemesi 3 cm'dir. Yay 2 cm daha esnemektedir.
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 aynı mesafeye sola hareket ettirirseniz, o zaman geri dönecek olsa da başlangıç pozisyonu kayma sürtünme kuvvetinin yaptığı toplam iş sıfıra eşit olmayacaktır. Bu en önemli fark Yer çekimi ve esneklik işinden kayan sürtünme kuvvetinin işi. 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 orandır mükemmel çalışma A, bu çalışmanın tamamlandığı t zaman periyoduna göre:
(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 hareket ederken sabit hız, çekiş kuvveti, arabanın hareketine karşı direnç kuvvetine eşit büyüklüktedir.
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. Elektrik motoru verimliliği orana eşit Motorun çalışması için yüklerin kaldırılması üzerinde çalışın. 
Ek sorular ve görevler
15. Kütlesi 200 g olan bir top, yüksekliği 10 ve yatayla 45° açı yapan bir balkondan fırlatılıyor. Uçuşta ulaşmak maksimum yükseklik 15 m'de 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. 10 kg ağırlığındaki bir kızak, Başlangıç hızı ile karlı dağα = 30° eğim açısına sahiptir ve belirli bir mesafe boyunca hareket eder yatay yüzey(Şekil 28.13). Kızak ile kar arasındaki sürtünme katsayısı 0,1'dir. Dağın taban uzunluğu l = 15 m'dir. 
a) ne modül eşittir kızak yatay bir yüzeyde hareket ettiğinde sürtünme kuvvetleri?
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 olup, özısı yanma 45 MJ/kg. Motorun verimliliği nedir? Durumda ekstra veri var mı?
İpucu. Bir ısı motorunun verimliliği, motor tarafından yapılan işin yakıtın yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarına oranına eşittir.
