Lucrul mecanic este un proces. Formula de lucru

Calul trage căruța cu ceva forță, să o notăm F tracţiune. Bunicul, aşezat pe căruţă, apasă pe el cu oarecare forţă. Să o notăm F presiune Căruța se mișcă pe direcția forței de tracțiune a calului (spre dreapta), dar în direcția forței de presiune a bunicului (în jos) căruța nu se mișcă. De aceea în fizică se spune asta F tracțiunea funcționează la cărucior și F presiunea nu face lucru pe cărucior.

Asa de, munca de forta asupra corpului sau munca mecanica– o mărime fizică al cărei modul este egal cu produsul dintre forță și calea parcursă de corp de-a lungul direcției de acțiune a acestei forțe s:

În onoarea savantului englez D. Joule, a fost numită unitatea de lucru mecanic 1 joule(după formula, 1 J = 1 N m).

Dacă o anumită forță acționează asupra corpului în cauză, atunci un corp acționează asupra acestuia. De aceea munca forței asupra corpului și munca corpului asupra corpului sunt sinonime complete. Cu toate acestea, lucrarea primului corp pe al doilea și munca celui de-al doilea corp pe primul sunt sinonime parțiale, deoarece modulele acestor lucrări sunt întotdeauna egale, iar semnele lor sunt întotdeauna opuse. De aceea există semnul „±” în formulă. Să discutăm mai detaliat semnele de lucru.

Valorile numerice ale forței și ale drumului sunt întotdeauna cantități nenegative. În schimb, lucrul mecanic poate avea atât semne pozitive, cât și negative. Dacă direcția forței coincide cu direcția de mișcare a corpului, atunci munca efectuată de forță este considerată pozitivă. Dacă direcția forței este opusă direcției de mișcare a corpului, munca efectuată de o forță este considerată negativă(luăm „–” din formula „±”). Dacă direcția de mișcare a corpului este perpendiculară pe direcția forței, atunci o astfel de forță nu face nicio muncă, adică A = 0.

Luați în considerare trei ilustrații ale trei aspecte ale lucrului mecanic.

Lucrul cu forța poate arăta diferit din perspectiva diferiților observatori. Să luăm un exemplu: o fată urcă într-un lift. Efectuează lucrări mecanice? O fată poate lucra numai asupra acelor corpuri asupra cărora se acționează cu forța. Există un singur astfel de corp - cabina liftului, deoarece fata apasă pe podea cu greutatea ei. Acum trebuie să aflăm dacă cabina merge într-un anumit sens. Să luăm în considerare două opțiuni: cu un observator staționar și în mișcare.

Lăsați băiatul observator să stea mai întâi pe pământ. În raport cu acesta, vagonul liftului se deplasează în sus și trece pe o anumită distanță. Greutatea fetei este îndreptată în direcția opusă - în jos, prin urmare, fata efectuează lucrări mecanice negative la cabină: A dev< 0. Вообразим, что мальчик-наблюдатель пересел внутрь кабины движущегося лифта. Как и ранее, вес девочки действует на пол кабины. Но теперь по отношению к такому наблюдателю кабина лифта не движется. Поэтому с точки зрения наблюдателя в кабине лифта девочка не совершает механическую работу: A dev = 0.

Ce înseamnă?

În fizică, „munca mecanică” este munca unei forțe (gravitație, elasticitate, frecare etc.) asupra unui corp, în urma căreia corpul se mișcă.

Adesea, cuvântul „mecanic” pur și simplu nu este scris.
Uneori puteți întâlni expresia „corpul a lucrat”, care înseamnă, în principiu, „forța care acționează asupra corpului a făcut lucru”.

Cred că - lucrez.

Mă duc - și eu lucrez.

Unde este lucrul mecanic aici?

Dacă un corp se mișcă sub influența unei forțe, atunci se efectuează un lucru mecanic.

Se spune că corpul funcționează.
Sau mai exact, va fi așa: munca este făcută de forța care acționează asupra corpului.

Munca caracterizează rezultatul unei forțe.

Forțele care acționează asupra unei persoane efectuează un lucru mecanic asupra acesteia și, ca urmare a acțiunii acestor forțe, persoana se mișcă.

Munca este o mărime fizică egală cu produsul dintre forța care acționează asupra unui corp și drumul făcut de corp sub influența unei forțe în direcția acestei forțe.

A - lucru mecanic,
F - puterea,
S - distanta parcursa.

Munca este gata, dacă sunt îndeplinite simultan 2 condiţii: asupra corpului acţionează o forţă şi acesta
se deplasează în direcția forței.

Nu se lucrează(adică egal cu 0), dacă:
1. Forța acționează, dar corpul nu se mișcă.

De exemplu: exercităm forță asupra unei pietre, dar nu o putem mișca.

2. Corpul se mișcă, iar forța este zero, sau toate forțele sunt compensate (adică, rezultanta acestor forțe este 0).
De exemplu: la deplasarea prin inerție, nu se lucrează.
3. Direcția forței și direcția de mișcare a corpului sunt reciproc perpendiculare.

De exemplu: atunci când un tren se mișcă orizontal, gravitația nu funcționează.

Munca poate fi pozitivă și negativă

1. Dacă direcția forței și direcția de mișcare a corpului coincid, se realizează o muncă pozitivă.

De exemplu: forța gravitației, care acționează asupra unei picături de apă care cade, face o activitate pozitivă.

2. Dacă direcția de forță și de mișcare a corpului este opusă, se face muncă negativă.

De exemplu: forța gravitației care acționează asupra unui balon care se ridică face un lucru negativ.

Dacă asupra unui corp acționează mai multe forțe, atunci munca totală efectuată de toate forțele este egală cu munca efectuată de forța rezultată.

Unități de lucru

În onoarea savantului englez D. Joule, unitatea de lucru a fost numită 1 Joule.

În Sistemul Internațional de Unități (SI):
[A] = J = Nm
1J = 1N 1m

Lucrul mecanic este egal cu 1 J dacă, sub influența unei forțe de 1 N, un corp se deplasează cu 1 m în direcția acestei forțe.

Când zboară de la degetul mare al unei persoane la degetul arătător
țânțarul funcționează - 0,000 000 000 000 000 000 000 000 001 J.

Inima umană efectuează aproximativ 1 J de muncă pe contracție, ceea ce corespunde muncii efectuate la ridicarea unei sarcini de 10 kg la o înălțime de 1 cm.

PUNEȚI LA MUNCĂ, PRIETENI!

Rețineți că munca și energia au aceleași unități de măsură. Aceasta înseamnă că munca poate fi transformată în energie. De exemplu, pentru a ridica un corp la o anumită înălțime, atunci va avea energie potențială, este nevoie de o forță care să facă această muncă. Munca efectuată de forța de ridicare se va transforma în energie potențială.

Regula pentru determinarea muncii conform graficului de dependență F(r): munca este numeric egală cu aria figurii de sub graficul forței în funcție de deplasare.

Unghiul dintre vectorul forță și deplasare

1) Determinați corect direcția forței care efectuează lucrul; 2) Reprezentăm vectorul deplasării; 3) Transferăm vectorii într-un punct și obținem unghiul dorit.

În figură, asupra corpului acţionează forţa gravitaţiei (mg), reacţia suportului (N), forţa de frecare (Ftr) şi forţa de întindere a frânghiei F, sub influenţa căreia corpul misca r.

Munca gravitatiei

Lucrări de reacție la sol

Munca forței de frecare

Lucrări efectuate prin întinderea frânghiei

Lucru efectuat de forța rezultantă

Munca efectuată de forța rezultantă poate fi găsită în două moduri: prima metodă - ca sumă a muncii (ținând cont de semnele „+” sau „-”) a tuturor forțelor care acționează asupra corpului, în exemplul nostru
Metoda 2 - în primul rând, găsiți forța rezultantă, apoi direct lucrul acesteia, vezi figura

Lucru de forță elastică

Pentru a afla munca efectuata de forta elastica, este necesar sa tinem cont ca aceasta forta se modifica deoarece depinde de alungirea arcului. Din legea lui Hooke rezultă că pe măsură ce alungirea absolută crește, forța crește.

Pentru a calcula munca forței elastice în timpul tranziției unui arc (corp) de la o stare nedeformată la o stare deformată, utilizați formula

Putere

O mărime scalară care caracterizează viteza de lucru (se poate face o analogie cu accelerația, care caracterizează viteza de schimbare a vitezei). Determinat prin formula

Eficienţă

Eficiența este raportul dintre munca utilă efectuată de o mașină și toată munca cheltuită (energia furnizată) în același timp

Eficiența este exprimată în procente. Cu cât acest număr este mai aproape de 100%, cu atât performanța mașinii este mai mare. Nu poate exista o eficiență mai mare de 100, deoarece este imposibil să faci mai multă muncă folosind mai puțină energie.

Eficiența unui plan înclinat este raportul dintre munca efectuată de gravitație și munca cheltuită în deplasarea de-a lungul planului înclinat.

Principalul lucru de reținut

1) Formule și unități de măsură;
2) Munca se executa cu forta;
3) Să fie capabil să determine unghiul dintre vectorii forță și deplasare

Dacă munca efectuată de o forță atunci când se deplasează un corp pe o cale închisă este zero, atunci se numesc astfel de forțe conservator sau potenţial. Munca efectuată de forța de frecare atunci când se deplasează un corp pe o cale închisă nu este niciodată egală cu zero. Forța de frecare, spre deosebire de forța gravitațională sau forța elastică, este neconservator sau nepotenţial.

Există condiții în care formula nu poate fi utilizată
Dacă forța este variabilă, dacă traiectoria mișcării este o linie curbă. În acest caz, calea este împărțită în secțiuni mici pentru care sunt îndeplinite aceste condiții și se calculează munca elementară pe fiecare dintre aceste secțiuni. Muncă completăîn acest caz este egală cu suma algebrică a lucrărilor elementare:

Valoarea muncii efectuate de o anumită forță depinde de alegerea sistemului de referință.

DEFINIȚIE

Munca mecanica este produsul dintre forța aplicată unui obiect și deplasarea efectuată de această forță.

– lucru (poate fi desemnat ca ), – forță, – deplasare.

Unitatea de masura a muncii - J (joule).

Această formulă este aplicabilă unui corp care se mișcă în linie dreaptă și o valoare constantă a forței care acționează asupra acestuia. Dacă există un unghi între vectorul forță și linia dreaptă care descrie traiectoria corpului, atunci formula ia forma:

În plus, conceptul de muncă poate fi definit ca o schimbare a energiei unui corp:

Aceasta este aplicarea acestui concept care se găsește cel mai des în probleme.

Exemple de rezolvare a problemelor pe tema „Lucrări mecanice”

EXEMPLUL 1

Exercițiu	Deplasându-se de-a lungul unui cerc cu raza de 1 m, corpul s-a deplasat în punctul opus al cercului sub influența unei forțe de 9 N. Găsiți munca făcută de această forță.
Soluţie	Conform formulei, munca ar trebui căutată pe baza nu pe distanța parcursă, ci pe deplasare, adică nu este nevoie să se numere lungimea arcului de cerc. Este suficient să țineți cont de faptul că atunci când se deplasează în punctul opus al cercului, corpul a făcut o mișcare egală cu diametrul cercului, adică 2 m. Conform formulei:
Răspuns	Munca efectuată este egală cu J.

EXEMPLUL 2

Exercițiu	Sub influența unei anumite forțe, un corp se deplasează în sus pe un plan înclinat la un unghi față de orizontală. Aflați forța care acționează asupra corpului dacă, atunci când corpul se mișcă 5 m într-un plan vertical, energia acestuia crește cu 19 J.
Soluţie	Prin definiție, o schimbare a energiei unui corp este munca efectuată asupra acestuia. Cu toate acestea, nu putem găsi forța substituind datele inițiale în formulă, deoarece nu cunoaștem deplasarea corpului. Cunoaștem doar mișcarea sa de-a lungul axei (o notăm). Să găsim deplasarea corpului folosind definiția funcției:

Pentru a putea caracteriza caracteristicile energetice ale mișcării a fost introdus conceptul de lucru mecanic. Iar articolul îi este dedicat în diversele sale manifestări. Subiectul este atât ușor, cât și destul de greu de înțeles. Autorul a încercat sincer să-l facă mai ușor de înțeles și mai accesibil pentru înțelegere și nu se poate decât spera că scopul a fost atins.

Cum se numește lucrul mecanic?

Ceea ce este numit? Dacă o anumită forță lucrează asupra unui corp și, ca urmare a acțiunii sale, corpul se mișcă, atunci aceasta se numește lucru mecanic. La abordarea din punct de vedere al filosofiei științifice, aici pot fi evidențiate mai multe aspecte suplimentare, dar articolul va acoperi tema din punct de vedere al fizicii. Lucrul mecanic nu este dificil dacă te gândești cu atenție la cuvintele scrise aici. Dar cuvântul „mecanic” nu este de obicei scris și totul este scurtat la cuvântul „muncă”. Dar nu orice muncă este mecanică. Iată un bărbat care stă și se gândește. Funcționează? Din punct de vedere mental da! Dar asta este lucru mecanic? Nu. Ce se întâmplă dacă o persoană merge? Dacă un corp se mișcă sub influența forței, atunci acesta este lucru mecanic. E simplu. Cu alte cuvinte, o forță care acționează asupra unui corp face un lucru (mecanic). Și încă ceva: este munca care poate caracteriza rezultatul acțiunii unei anumite forțe. Deci, dacă o persoană merge, atunci anumite forțe (frecare, gravitație etc.) efectuează un lucru mecanic asupra persoanei și, ca urmare a acțiunii lor, persoana își schimbă punctul de locație, cu alte cuvinte, se mișcă.

Munca ca mărime fizică este egală cu forța care acționează asupra corpului, înmulțită cu drumul pe care corpul l-a făcut sub influența acestei forțe și în direcția indicată de aceasta. Putem spune că munca mecanică s-a făcut dacă s-au îndeplinit simultan 2 condiții: o forță a acționat asupra corpului și acesta s-a deplasat în direcția acțiunii sale. Dar nu a apărut sau nu apare dacă forța a acționat și corpul nu și-a schimbat locația în sistemul de coordonate. Iată mici exemple când nu se efectuează lucrări mecanice:

1. Deci o persoană se poate sprijini pe un bolovan uriaș pentru a-l muta, dar nu există suficientă forță. Forța acționează asupra pietrei, dar nu se mișcă și nu are loc nicio muncă.
2. Corpul se mișcă în sistemul de coordonate, iar forța este egală cu zero sau toate au fost compensate. Acest lucru poate fi observat în timpul mișcării prin inerție.
3. Când direcția în care se mișcă un corp este perpendiculară pe acțiunea forței. Când un tren se mișcă de-a lungul unei linii orizontale, gravitația nu își face treaba.

În funcție de anumite condiții, lucrul mecanic poate fi negativ și pozitiv. Deci, dacă direcțiile atât ale forțelor, cât și ale mișcărilor corpului sunt aceleași, atunci apare o muncă pozitivă. Un exemplu de lucru pozitiv este efectul gravitației asupra unei picături de apă care căde. Dar dacă forța și direcția de mișcare sunt opuse, atunci apare un lucru mecanic negativ. Un exemplu de astfel de opțiune este un balon care se ridică în sus și forța gravitației, care face o activitate negativă. Atunci când un corp este supus influenței mai multor forțe, o astfel de muncă se numește „muncă de forță rezultată”.

Caracteristici de aplicare practică (energie cinetică)

Să trecem de la teorie la partea practică. Separat, ar trebui să vorbim despre lucrul mecanic și despre utilizarea sa în fizică. După cum probabil mulți își amintesc, toată energia corpului este împărțită în cinetică și potențială. Când un obiect este în echilibru și nu se mișcă nicăieri, energia sa potențială este egală cu energia sa totală, iar energia sa cinetică este egală cu zero. Când începe mișcarea, energia potențială începe să scadă, energia cinetică începe să crească, dar în total sunt egale cu energia totală a obiectului. Pentru un punct material, energia cinetică este definită ca lucrul unei forțe care accelerează punctul de la zero la valoarea H, iar sub formă de formulă cinetica unui corp este egală cu ½*M*N, unde M este masa. Pentru a afla energia cinetică a unui obiect care constă din multe particule, trebuie să găsiți suma tuturor energiei cinetice a particulelor, iar aceasta va fi energia cinetică a corpului.

Caracteristici de aplicare practică (energie potențială)

În cazul în care toate forțele care acționează asupra corpului sunt conservatoare, iar energia potențială este egală cu totalul, atunci nu se lucrează. Acest postulat este cunoscut sub numele de legea conservării energiei mecanice. Energia mecanică într-un sistem închis este constantă pe un interval de timp. Legea conservării este utilizată pe scară largă pentru a rezolva probleme din mecanica clasică.

Caracteristici de aplicare practică (termodinamică)

În termodinamică, munca efectuată de un gaz în timpul expansiunii este calculată prin integrala presiunii în funcție de volum. Această abordare este aplicabilă nu numai în cazurile în care există o funcție exactă de volum, ci și pentru toate procesele care pot fi afișate în planul presiune/volum. De asemenea, aplică cunoștințele de lucru mecanic nu numai gazelor, ci și oricărui lucru care poate exercita presiune.

Caracteristici ale aplicării practice în practică (mecanica teoretică)

În mecanica teoretică, toate proprietățile și formulele descrise mai sus sunt luate în considerare mai detaliat, în special proiecțiile. De asemenea, oferă definiția sa pentru diverse formule de lucru mecanic (un exemplu de definiție pentru integrala Rimmer): limita la care tinde suma tuturor forțelor de lucru elementare, când finețea partiției tinde spre zero, se numește munca de forta de-a lungul curbei. Probabil dificil? Dar nimic, totul este în regulă cu mecanica teoretică. Da, toate lucrările mecanice, fizica și alte dificultăți s-au terminat. Mai departe vor fi doar exemple și o concluzie.

Unitati de masura a lucrului mecanic

SI folosește jouli pentru a măsura munca, în timp ce GHS utilizează ergi:

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

Exemple de lucrări mecanice

Pentru a înțelege în sfârșit un astfel de concept ca lucrul mecanic, ar trebui să studiați mai multe exemple individuale care vă vor permite să îl luați în considerare din multe, dar nu din toate părțile:

1. Când o persoană ridică o piatră cu mâinile sale, lucrul mecanic are loc cu ajutorul forței musculare a mâinilor sale;
2. Când un tren se deplasează de-a lungul șinelor, acesta este tras de forța de tracțiune a tractorului (locomotivă electrică, locomotivă diesel etc.);
3. Dacă luați un pistol și trageți din el, atunci datorită forței de presiune creată de gazele pulbere, se va lucra: glonțul este mutat de-a lungul țevii pistolului în același timp cu creșterea vitezei glonțului în sine;
4. Lucrul mecanic există și atunci când forța de frecare acționează asupra unui corp, obligându-l să reducă viteza de mișcare a acestuia;
5. Exemplul de mai sus cu bile, când se ridică în sens invers față de direcția gravitației, este și un exemplu de lucru mecanic, dar pe lângă gravitație, acționează și forța Arhimede, când se ridică tot ce este mai ușor decât aerul.

Ce este puterea?

În sfârșit, aș dori să abordez subiectul puterii. Lucrul efectuat de o forță într-o unitate de timp se numește putere. De fapt, puterea este o mărime fizică care este o reflectare a raportului dintre muncă și o anumită perioadă de timp în care a fost efectuată această muncă: M=P/B, unde M este puterea, P este munca, B este timpul. Unitatea SI de putere este 1 W. Un watt este egal cu puterea care efectuează un joule de lucru într-o secundă: 1 W=1J\1s.