ما هو العمل المنجز. عمل ميكانيكي

أنت على دراية بالفعل بالعمل الميكانيكي (عمل القوة) من دورة الفيزياء المدرسية الأساسية. أذكر تعريف العمل الميكانيكي الوارد هناك للحالات التالية.

إذا تم توجيه القوة في نفس اتجاه إزاحة الجسم ، فإن الشغل الذي تقوم به القوة

في هذه الحالة ، الشغل الذي تقوم به القوة موجب.

إذا كانت القوة موجهة عكس حركة الجسم ، فإن الشغل الذي تقوم به القوة يكون

في هذه الحالة ، الشغل المبذول بواسطة القوة سالب.

إذا كانت القوة f_vec موجهة عموديًا على الإزاحة s_vec للجسم ، فإن عمل القوة يكون صفرًا:

العمل هو كمية قياسية. تسمى وحدة العمل الجول (المشار إليها بـ: J) تكريما للعالم الإنجليزي جيمس جول ، الذي لعب دورًا مهمًا في اكتشاف قانون الحفاظ على الطاقة. من الصيغة (1) يتبع:

1 ي = 1 نيوتن * م.

1. تم تحريك قضيب وزنه 0.5 كجم على طول الطاولة بمقدار 2 متر ، مع تطبيق قوة مطاطية تساوي 4 نيوتن (الشكل 28.1). معامل الاحتكاك بين العارضة والجدول 0.2. ما هو العمل المنجز على البار:
أ) م الجاذبية؟
ب) قوى رد الفعل العادية؟
ج) القوة المرنة؟
د) قوى انزلاق الاحتكاك آر؟

يمكن إيجاد العمل الكلي للعديد من القوى المؤثرة على الجسم بطريقتين:
1. ابحث عن عمل كل قوة وأضف هذه الأعمال مع مراعاة العلامات.
2. أوجد ناتج كل القوى المطبقة على الجسم وحساب عمل المحصلة.

كلا الطريقتين تؤديان إلى نفس النتيجة. للتحقق من ذلك ، ارجع إلى المهمة السابقة وأجب عن أسئلة المهمة 2.

2. ما يساوي:
أ) مجموع عمل كل القوى المؤثرة على الكتلة؟
ب) نتيجة كل القوى المؤثرة على العارضة؟
ج) عمل الناتج؟ في الحالة العامة (عندما يتم توجيه القوة f_vec بزاوية عشوائية للإزاحة s_vec) ، يكون تعريف عمل القوة على النحو التالي.

الشغل A لقوة ثابتة يساوي حاصل ضرب معامل القوة F مضروبًا في معامل الإزاحة s وجيب الزاوية α بين اتجاه القوة واتجاه الإزاحة:

أ = Fs cos α (4)

3. أظهر أن التعريف العام للعمل يقود إلى الاستنتاجات الموضحة في الرسم البياني التالي. قم بصياغتها لفظيًا واكتبها في دفتر ملاحظاتك.

4. يتم تطبيق قوة على الشريط الموجود على المنضدة ، ووحدته 10 N. ما هي الزاوية بين هذه القوة وحركة العمود ، إذا تحرك القضيب 60 سم عبر المنضدة ، فإن هذه القوة تؤدي إلى العمل: أ) 3 ي ؛ ب) –3 ي ؛ ج) –3 ي ؛ د) -6 J؟ قم بعمل رسومات توضيحية.

2. عمل الجاذبية

دع جسم كتلته m يتحرك عموديًا من الارتفاع الأولي h n إلى الارتفاع النهائي h k.

إذا تحرك الجسم لأسفل (h n> h k ، الشكل 28.2 ، أ) ، فإن اتجاه الحركة يتزامن مع اتجاه الجاذبية ، وبالتالي يكون عمل الجاذبية موجبًا. إذا تحرك الجسم لأعلى (h n< h к, рис. 28.2, б), то работа силы тяжести отрицательна.

في كلتا الحالتين ، الشغل المنجز بالجاذبية

أ \ u003d ملغ (ح ن - ح ك). (5)

دعونا الآن نجد الشغل المبذول بواسطة الجاذبية عند التحرك بزاوية مع الاتجاه الرأسي.

5. كتلة صغيرة كتلتها m انزلقت على مستوى مائل بطول s وارتفاع h (الشكل 28.3). يصنع المستوى المائل زاوية α مع العمودي.

أ) ما هي الزاوية بين اتجاه الجاذبية واتجاه حركة العمود؟ قم بعمل رسم توضيحي.
ب) عبر عن عمل الجاذبية بدلالة m ، g ، s ، α.
ج) عبر عن s بدلالة h و α.
د) عبر عن عمل الجاذبية بدلالة م ، ز ، ح.
هـ) ما هو عمل الجاذبية عندما يتحرك العمود لأعلى على طول نفس المستوى بأكمله؟

بعد الانتهاء من هذه المهمة ، تأكدت من التعبير عن عمل الجاذبية بالصيغة (5) حتى عندما يتحرك الجسم بزاوية مع الاتجاه العمودي - لأعلى ولأسفل.

لكن الصيغة (5) لعمل الجاذبية تكون صالحة عندما يتحرك الجسم على طول أي مسار ، لأن أي مسار (الشكل 28.4 ، أ) يمكن تمثيله كمجموعة صغيرة من "المستويات المائلة" (الشكل 28.4 ، ب) .

هكذا،
عمل الجاذبية أثناء الحركة ولكن يتم التعبير عن أي مسار بواسطة الصيغة

أ t \ u003d ملغ (ح ن - ح ك) ،

حيث h n - الارتفاع الأولي للجسم ، h إلى - ارتفاعه النهائي.
لا يعتمد عمل الجاذبية على شكل المسار.

على سبيل المثال ، فإن عمل الجاذبية عند تحريك جسم من النقطة A إلى النقطة B (الشكل 28.5) على طول المسار 1 أو 2 أو 3 هو نفسه. من هنا ، على وجه الخصوص ، يترتب على ذلك أن عمل الجاذبية عند التحرك على طول مسار مغلق (عندما يعود الجسم إلى نقطة البداية) يساوي صفرًا.

6. كرة كتلتها m ، معلقة على خيط بطول l ، تنحرف بزاوية 90 درجة ، مما يجعل الخيط مشدودًا ، ويتم تحريرها بدون دفع.
أ) ما هو عمل الجاذبية خلال الوقت الذي تتحرك فيه الكرة إلى وضع التوازن (الشكل 28.6)؟
ب) ما هو عمل القوة المرنة للخيط في نفس الوقت؟
ج) ما هو عمل القوى المحصلة المطبقة على الكرة في نفس الوقت؟

3. عمل قوة المرونة

عندما يعود الربيع إلى حالته غير المشوهة ، تقوم القوة المرنة دائمًا بعمل إيجابي: يتزامن اتجاهها مع اتجاه الحركة (الشكل 28.7).

أوجد شغل القوة المرنة.
معامل هذه القوة مرتبط بمعامل التشوه x بالعلاقة (انظر الفقرة 15)

يمكن إيجاد عمل هذه القوة بيانياً.

لاحظ أولاً أن عمل قوة ثابتة يساوي عدديًا مساحة المستطيل تحت الرسم البياني للقوة مقابل الإزاحة (الشكل 28.8).

يوضح الشكل 28.9 مخطط F (x) لقوة المرونة. دعونا نقسم عقليًا الإزاحة الكاملة للجسم إلى فترات زمنية صغيرة بحيث يمكن اعتبار القوة المؤثرة على كل منها ثابتة.

ثم يكون العمل في كل من هذه الفترات مساويًا عدديًا لمساحة الشكل تحت القسم المقابل في الرسم البياني. كل العمل يساوي مجموع الشغل في هذه المجالات.

وبالتالي ، في هذه الحالة ، يكون العمل أيضًا مساويًا عدديًا لمساحة الشكل تحت الرسم البياني للاعتماد F (x).

7. باستخدام الشكل 28.10 ، اثبت ذلك

يتم التعبير عن عمل القوة المرنة عندما يعود الربيع إلى الحالة غير المشوهة بواسطة الصيغة

أ = (كس 2) / 2. (7)

8. باستخدام الرسم البياني في الشكل 28.11 ، أثبت أنه عندما يتغير تشوه الزنبرك من x n إلى x k ، يتم التعبير عن عمل القوة المرنة بالصيغة

من الصيغة (8) نرى أن عمل القوة المرنة يعتمد فقط على التشوه الأولي والنهائي للربيع ، لذلك ، إذا كان الجسم مشوهًا أولاً ، ثم عاد إلى حالته الأولية ، فعندئذٍ عمل المرونة القوة صفر. تذكر أن عمل الجاذبية له نفس الخاصية.

9. في اللحظة الأولى ، شد الزنبرك بصلابة 400 نيوتن / م 3 سم ، الزنبرك يمتد 2 سم أخرى.
أ) ما هو التشوه النهائي للربيع؟
ب) ما الشغل الذي تقوم به القوة المرنة للنابض؟

10. في اللحظة الأولى ، يتم شد زنبرك بصلابة 200 نيوتن / م بمقدار 2 سم ، وفي اللحظة الأخيرة يتم ضغطه بمقدار 1 سم ، ما هو عمل القوة المرنة للنابض؟

4. عمل قوة الاحتكاك

دع الجسم ينزلق على دعامة ثابتة. دائمًا ما يتم توجيه قوة الاحتكاك المنزلق التي تؤثر على الجسم عكس الحركة ، وبالتالي فإن عمل قوة الاحتكاك الانزلاقي يكون سالبًا لأي اتجاه للحركة (الشكل 28.12).

لذلك ، إذا تم تحريك الشريط إلى اليمين ، مع وجود ربط على نفس المسافة إلى اليسار ، فعندئذ ، على الرغم من عودته إلى موضعه الأولي ، فإن العمل الإجمالي لقوة الاحتكاك الانزلاقي لن يساوي صفرًا. هذا هو أهم فرق بين عمل قوة الاحتكاك الانزلاقي وشغل قوة الجاذبية وقوة المرونة. تذكر أن عمل هذه القوى عند تحريك الجسم على طول مسار مغلق يساوي صفرًا.

11. تم تحريك قضيب كتلته 1 كجم على طول الطاولة بحيث تحول مساره إلى مربع طول ضلعه 50 سم.
أ) هل عادت الكتلة إلى نقطة البداية؟
ب) ما هو الشغل الكلي لقوة الاحتكاك المؤثرة على القضيب؟ معامل الاحتكاك بين العارضة والجدول 0.3.

5. القوة

في كثير من الأحيان ، ليس فقط العمل المنجز مهمًا ، ولكن أيضًا سرعة العمل. يتميز بالقوة.

القوة P هي نسبة الشغل المنجز A إلى الفترة الزمنية t التي يتم خلالها هذا العمل:

(في بعض الأحيان يتم الإشارة إلى القوة في الميكانيكا بالحرف N ، وفي الديناميكا الكهربائية بالحرف P. نجد أنه من الأنسب استخدام نفس تسمية الطاقة.)

وحدة الطاقة هي الواط (المشار إليها بـ: W) ، والتي سميت على اسم المخترع الإنجليزي جيمس وات. من الصيغة (9) يتبع ذلك

1 واط = 1 جول / ثانية.

12. ما هي القوة التي يكتسبها الشخص من خلال رفع دلو من الماء بشكل موحد يزن 10 كجم إلى ارتفاع 1 متر لمدة 2 ثانية؟

غالبًا ما يكون من المناسب التعبير عن القوة ليس من حيث العمل والوقت ، ولكن من حيث القوة والسرعة.

ضع في اعتبارك الحالة عندما يتم توجيه القوة على طول الإزاحة. ثم عمل القوة A = Fs. بالتعويض عن هذا التعبير في الصيغة (9) للقوة ، نحصل على:

P = (Fs) / t = F (s / t) = Fv. (عشرة)

13. سيارة تسير على طريق أفقي بسرعة 72 كم / ساعة. في نفس الوقت ، يطور محركها قوة 20 كيلو واط. ما هي قوة المقاومة لحركة السيارة؟

فكرة. عندما تتحرك سيارة على طول طريق أفقي بسرعة ثابتة ، فإن قوة الجر تساوي في القيمة المطلقة قوة سحب السيارة.

14. كم من الوقت سيستغرق رفع كتلة خرسانية وزنها 4 أطنان إلى ارتفاع 30 م بالتساوي ، إذا كانت قوة محرك الرافعة 20 كيلو وات ، وكفاءة محرك الرافعة 75٪؟

فكرة. كفاءة المحرك الكهربائي تساوي نسبة عمل رفع الحمل إلى عمل المحرك.

أسئلة ومهام إضافية

15. أُلقيت كرة كتلتها 200 جم من شرفة بارتفاع 10 درجة وبزاوية 45 درجة في الأفق. بعد أن وصلت إلى أقصى ارتفاع يبلغ 15 مترًا أثناء الطيران ، سقطت الكرة على الأرض.
أ) ما هو الشغل الذي تقوم به الجاذبية في رفع الكرة؟
ب) ما الشغل الذي تقوم به الجاذبية عند إنزال الكرة؟
ج) ما هو الشغل الذي قامت به الجاذبية أثناء رحلة الكرة بأكملها؟
د) هل توجد بيانات إضافية في الحالة؟

16. كرة وزنها 0.5 كجم معلقة من زنبرك بصلابة 250 نيوتن / م وهي في حالة توازن. يتم رفع الكرة بحيث يصبح الزنبرك غير مشوه ويتم تحريره بدون دفع.
أ) إلى أي ارتفاع تم رفع الكرة؟
ب) ما هو عمل الجاذبية خلال الوقت الذي تتحرك فيه الكرة إلى وضع التوازن؟
ج) ما هو شغل القوة المرنة خلال الوقت الذي تتحرك فيه الكرة إلى وضع التوازن؟
د) ما هو عمل ناتج كل القوى المؤثرة على الكرة أثناء الوقت الذي تتحرك فيه الكرة إلى وضع التوازن؟

17. تنزلق مزلجة تزن 10 كجم إلى أسفل جبل ثلجي بزاوية ميل α = 30º بدون سرعة ابتدائية وتقطع مسافة معينة على طول سطح أفقي (الشكل 28.13). معامل الاحتكاك بين الزلاجة والثلج يساوي 0.1. طول قاعدة الجبل ل = 15 م.

أ) ما هو معامل قوة الاحتكاك عندما تتحرك المزلجة على سطح أفقي؟
ب) ما مقدار قوة الاحتكاك عندما تتحرك المزلجة على طول سطح أفقي على مسار 20 m؟
ج) ما هو معامل قوة الاحتكاك عندما تتحرك المزلجة لأعلى الجبل؟
د) ما الشغل الذي تقوم به قوة الاحتكاك أثناء نزول الزلاجة؟
هـ) ما هو الشغل الذي تقوم به الجاذبية أثناء نزول الزلاجة؟
و) ما هو عمل القوى الناتجة المؤثرة على المزلجة أثناء نزولها من الجبل؟

18. سيارة وزنها 1 طن تتحرك بسرعة 50 كم / ساعة. يولد المحرك قوة 10 كيلو واط. استهلاك البنزين 8 لترات لكل 100 كيلومتر. كثافة البنزين 750 كجم / م 3 وحرارة احتراقه النوعية 45 ميجا جول / كجم. ما هي كفاءة المحرك؟ هل هناك بيانات إضافية في الحالة؟
فكرة. كفاءة المحرك الحراري تساوي نسبة الشغل الذي يقوم به المحرك إلى كمية الحرارة المنبعثة أثناء احتراق الوقود.

يسحب الحصان العربة ببعض القوة ، دعنا نشير إليها Fشعبية. يضغط عليها الجد الجالس على العربة ببعض القوة. دعنا نشير إليها Fالضغط تتحرك العربة في اتجاه قوة جر الحصان (إلى اليمين) ، ولكن في اتجاه قوة ضغط الجد (لأسفل) ، لا تتحرك العربة. لذلك ، في الفيزياء يقولون ذلك Fالجر يعمل على العربة ، و Fالضغط لا يعمل على العربة.

لذا، الشغل الذي تقوم به بقوة على الجسم عمل ميكانيكي- كمية فيزيائية ، مقياسها يساوي حاصل ضرب القوة والمسار الذي يسلكه الجسم على طول اتجاه عمل هذه القوةس:

تكريما للعالم الإنجليزي د. جول ، تم تسمية وحدة العمل الميكانيكي 1 جول(وفقًا للصيغة ، 1 J = 1 N · m).

إذا كانت هناك قوة معينة تؤثر على الجسد المدروس ، فعندئذٍ يعمل عليها جسم معين. لذا عمل القوة على الجسم وعمل الجسم على الجسد مترادفات كاملة.ومع ذلك ، فإن عمل الجسد الأول على الثاني وعمل الجسد الثاني على الأول مترادفات جزئية ، لأن وحدات هذه الأعمال متساوية دائمًا ، وعلاماتها دائمًا معاكسة. هذا هو سبب وجود علامة "±" في الصيغة. دعونا نناقش علامات العمل بمزيد من التفصيل.

القيم العددية للقوة والمسار هي دائمًا قيم غير سالبة. في المقابل ، يمكن أن يكون للعمل الميكانيكي علامات إيجابية وسلبية. إذا كان اتجاه القوة يتزامن مع اتجاه حركة الجسم ، إذن يعتبر العمل الذي تقوم به القوة إيجابيًا.إذا كان اتجاه القوة عكس اتجاه حركة الجسم ، يعتبر العمل الذي تقوم به القوة سالبًا.(نأخذ "-" من صيغة "±"). إذا كان اتجاه حركة الجسم عموديًا على اتجاه القوة ، إذن هذه القوة لا تعمل ، أي A = 0.

ضع في اعتبارك ثلاثة رسوم توضيحية لثلاثة جوانب للعمل الميكانيكي.

قد يبدو أداء العمل بالقوة مختلفًا عن وجهة نظر مختلف المراقبين.تأمل في مثال: فتاة تركب المصعد لأعلى. هل تقوم بعمل ميكانيكي؟ يمكن للفتاة أن تعمل فقط على تلك الهيئات التي تعمل فيها بالقوة. لا يوجد سوى جسد واحد من هذا القبيل - سيارة المصعد ، حيث تضغط الفتاة على الأرض بثقلها. الآن نحن بحاجة إلى معرفة ما إذا كانت المقصورة تسير إلى حد ما. ضع في اعتبارك خيارين: مع مراقب ثابت ومتحرك.

دع الفتى المراقب يجلس على الأرض أولاً. فيما يتعلق بذلك ، تتحرك عربة المصعد لأعلى وتذهب بعض الشيء. يتم توجيه وزن الفتاة في الاتجاه المعاكس - لأسفل ، لذلك تقوم الفتاة بعمل ميكانيكي سلبي في المقصورة: أالعذارى< 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: أديف = 0.

في تجربتنا اليومية ، كلمة "عمل" شائعة جدًا. ولكن يجب على المرء أن يميز بين العمل الفسيولوجي والعمل من وجهة نظر علم الفيزياء. عندما تعود إلى المنزل من الفصل ، تقول: "آه ، كم أنا متعب!". هذه وظيفة فسيولوجية. أو ، على سبيل المثال ، عمل الفريق في الحكاية الشعبية "اللفت".

الشكل 1. العمل بالمعنى اليومي للكلمة

سنتحدث هنا عن العمل من وجهة نظر الفيزياء.

يتم العمل الميكانيكي عندما تحرك قوة الجسم. يُشار إلى العمل بالحرف اللاتيني A. وهناك تعريف أكثر صرامة للعمل كما يلي.

عمل القوة هو كمية مادية تساوي حاصل ضرب مقدار القوة والمسافة التي يقطعها الجسم في اتجاه القوة.

الشكل 2. العمل هو كمية مادية

الصيغة صالحة عندما تؤثر قوة ثابتة على الجسم.

في النظام الدولي للوحدات SI ، يقاس العمل بالجول.

هذا يعني أنه إذا تحرك جسم بمقدار متر واحد تحت تأثير قوة مقدارها 1 نيوتن ، فإن 1 جول من الشغل ينجز بهذه القوة.

سميت وحدة العمل على اسم العالم الإنجليزي جيمس بريسكوت جول.

الشكل 3. جيمس بريسكوت جول (1818 - 1889)

من صيغة حساب العمل ، يترتب على ذلك وجود ثلاث حالات عندما يكون العمل مساويًا للصفر.

الحالة الأولى عندما تؤثر قوة على الجسم ، لكن الجسم لا يتحرك. على سبيل المثال ، تؤثر قوة الجاذبية الهائلة على المنزل. لكنها لا تعمل ، لأن المنزل لا يتحرك.

الحالة الثانية هي عندما يتحرك الجسم بالقصور الذاتي ، أي أنه لا توجد قوى تؤثر عليه. على سبيل المثال ، سفينة الفضاء تتحرك في الفضاء بين المجرات.

الحالة الثالثة هي عندما تؤثر قوة على الجسم بشكل عمودي على اتجاه حركة الجسم. في هذه الحالة ، بالرغم من أن الجسم يتحرك ، وتأثير القوة عليه ، لكن لا توجد حركة للجسم في اتجاه القوة.

الشكل 4. ثلاث حالات عندما يكون الشغل مساويا للصفر

يجب أن يقال أيضًا أن عمل القوة يمكن أن يكون سالبًا. لذلك سيكون إذا حدثت حركة الجسم ضد اتجاه القوة. على سبيل المثال ، عندما ترفع رافعة حملًا فوق الأرض بكابل ، يكون عمل الجاذبية سالبًا (ويكون عمل القوة الصاعدة للكابل ، على العكس من ذلك ، إيجابيًا).

افترض ، عند القيام بأعمال البناء ، يجب تغطية الحفرة بالرمل. سيحتاج الحفار إلى عدة دقائق للقيام بذلك ، وسيتعين على العامل الذي لديه مجرفة العمل لعدة ساعات. لكن كل من الحفار والعامل كانا سيؤديان نفس الوظيفة.

الشكل 5. يمكن القيام بنفس العمل في أوقات مختلفة

لتوصيف سرعة العمل في الفيزياء ، يتم استخدام كمية تسمى القوة.

القوة هي كمية مادية تساوي نسبة العمل إلى وقت تنفيذه.

يشار إلى القوة بحرف لاتيني ن.

وحدة الطاقة في النظام الدولي للوحدات هي الواط.

الواط الواحد هو القوة التي يتم بها عمل جول واحد في ثانية واحدة.

سميت وحدة الطاقة على اسم العالم الإنجليزي ومخترع المحرك البخاري جيمس وات.

الشكل 6. جيمس وات (1736-1819)

اجمع معادلة حساب العمل مع صيغة حساب القوة.

تذكر الآن أن نسبة المسار الذي يسلكه الجسم ، سبحلول وقت الحركة رهي سرعة الجسم الخامس.

هكذا، القوة تساوي حاصل ضرب القيمة العددية للقوة وسرعة الجسم في اتجاه القوة.

هذه الصيغة مناسبة للاستخدام عند حل المشكلات التي تعمل فيها القوة على جسم يتحرك بسرعة معروفة.

فهرس

1. لوكاشيك في ، إيفانوفا إي. مجموعة مهام في الفيزياء للصفوف 7-9 من المؤسسات التعليمية. - الطبعة 17. - م: التنوير ، 2004.
2. Peryshkin A.V. الفيزياء. 7 خلايا - الطبعة 14 ، الصورة النمطية. - م: بوستارد ، 2010.
3. Peryshkin A.V. مجموعة مشاكل في الفيزياء للصفوف 7-9: الطبعة الخامسة ، الصورة النمطية. - م: دار الامتحانات للنشر ، 2010.

1. بوابة الإنترنت Physics.ru ().
2. مهرجان بوابة الإنترنت. 1september.ru ().
3. بوابة الإنترنت Fizportal.ru ().
4. بوابة الإنترنت Elkin52.narod.ru ().

الواجب المنزلي

1. متى يكون العمل يساوي الصفر؟
2. ما الشغل المبذول في المسار الذي يسير في اتجاه القوة؟ في الاتجاه المعاكس؟
3. ما الشغل المبذول بواسطة قوة الاحتكاك المؤثرة على الطوب عندما يتحرك بمقدار 0.4 متر؟ قوة الاحتكاك 5 نيوتن.

قبل الكشف عن موضوع "كيف يُقاس العمل" ، من الضروري إجراء استطراد بسيط. كل شيء في هذا العالم يخضع لقوانين الفيزياء. يمكن تفسير كل عملية أو ظاهرة على أساس بعض قوانين الفيزياء. لكل كمية قابلة للقياس ، هناك وحدة من المعتاد قياسها فيها. وحدات القياس ثابتة ولها نفس المعنى في جميع أنحاء العالم.

والسبب في ذلك هو ما يلي. في عام 1960 ، في المؤتمر العام الحادي عشر للأوزان والمقاييس ، تم اعتماد نظام للقياسات معترف به في جميع أنحاء العالم. تم تسمية هذا النظام Le Système International d'Unités، SI (SI System International). أصبح هذا النظام أساسًا لتعريفات وحدات القياس المقبولة في جميع أنحاء العالم ونسبتها.

المصطلحات المادية والمصطلحات

في الفيزياء ، تسمى وحدة قياس عمل القوة J (Joule) ، تكريما للفيزيائي الإنجليزي جيمس جول ، الذي قدم مساهمة كبيرة في تطوير قسم الديناميكا الحرارية في الفيزياء. واحد جول يساوي الشغل الذي تقوم به قوة مقدارها N واحد (نيوتن) عندما يتحرك تطبيقه M (متر) في اتجاه القوة. واحد N (نيوتن) يساوي قوة كتلتها واحد كجم (كيلوغرام) بعجلة واحدة م / ث 2 (متر لكل ثانية) في اتجاه القوة.

ملحوظة.في الفيزياء ، كل شيء مترابط ، يرتبط أداء أي عمل بأداء إجراءات إضافية. مثال على ذلك هو مروحة منزلية. عند تشغيل المروحة ، تبدأ ريش المروحة بالدوران. تعمل الشفرات الدوارة على تدفق الهواء ، مما يمنحه حركة اتجاهية. هذه هي نتيجة العمل. ولكن لأداء العمل ، يكون تأثير القوى الخارجية الأخرى ضروريًا ، وبدون ذلك يكون أداء العمل مستحيلًا. وتشمل هذه قوة التيار الكهربائي والطاقة والجهد والعديد من القيم الأخرى المترابطة.

التيار الكهربائي ، في جوهره ، هو الحركة المنظمة للإلكترونات في موصل لكل وحدة زمنية. يعتمد التيار الكهربائي على جزيئات موجبة أو سالبة الشحنة. يطلق عليهم الشحنات الكهربائية. يُشار إليها بالأحرف C ، q ، Kl (قلادة) ، سميت على اسم العالم والمخترع الفرنسي تشارلز كولوم. في نظام SI ، هي وحدة قياس لعدد الإلكترونات المشحونة. 1 C يساوي حجم الجسيمات المشحونة التي تتدفق عبر المقطع العرضي للموصل لكل وحدة زمنية. الوحدة الزمنية هي ثانية واحدة. معادلة الشحنة الكهربائية موضحة أدناه في الشكل.

يشار إلى قوة التيار الكهربائي بالحرف أ (أمبير). الأمبير هو وحدة في الفيزياء تميز قياس عمل القوة التي يتم إنفاقها لتحريك الشحنات على طول الموصل. التيار الكهربائي في جوهره هو حركة منظمة للإلكترونات في موصل تحت تأثير المجال الكهرومغناطيسي. يُقصد بالموصل مادة أو ملح مصهور (إلكتروليت) ذات مقاومة قليلة لمرور الإلكترونات. تؤثر كميتان فيزيائيتان على قوة التيار الكهربائي: الجهد والمقاومة. سيتم مناقشتها أدناه. يتناسب التيار دائمًا بشكل مباشر مع الجهد ويتناسب عكسياً مع المقاومة.

كما ذكرنا سابقًا ، التيار الكهربائي هو الحركة المنظمة للإلكترونات في الموصل. لكن هناك تحذير واحد: لحركتهم ، هناك حاجة إلى تأثير معين. يتم إنشاء هذا التأثير من خلال خلق فرق محتمل. يمكن أن تكون الشحنة الكهربائية موجبة أو سالبة. تميل الرسوم الإيجابية دائمًا إلى الرسوم السلبية. هذا ضروري لتوازن النظام. يسمى الفرق بين عدد الجسيمات المشحونة سالبة الموجبة والجهد الكهربائي.

الطاقة هي مقدار الطاقة التي يتم إنفاقها للقيام بعمل واحد J (جول) في فترة زمنية تبلغ ثانية واحدة. يُشار إلى وحدة القياس في الفيزياء على أنها W (Watt) ، في نظام SI W (Watt). نظرًا لأن الطاقة الكهربائية يتم أخذها في الاعتبار ، فهنا هي قيمة الطاقة الكهربائية المنفقة لأداء عمل معين في فترة زمنية.

في الحياة اليومية ، غالبًا ما نصادف مفهومًا مثل العمل. ماذا تعني هذه الكلمة في الفيزياء وكيفية تحديد عمل القوة المرنة؟ ستجد إجابات لهذه الأسئلة في المقالة.

عمل ميكانيكي

الشغل هو كمية جبرية قياسية تميز العلاقة بين القوة والإزاحة. إذا تزامن اتجاه هذين المتغيرين ، يتم حسابه بالصيغة التالية:

• F- معامل متجه القوة الذي يؤدي الشغل ؛
• س- معامل ناقل الإزاحة.

القوة التي تؤثر على الجسم لا تعمل دائمًا. على سبيل المثال ، يكون عمل الجاذبية صفرًا إذا كان اتجاهه متعامدًا مع حركة الجسم.

إذا شكل متجه القوة زاوية غير صفرية مع متجه الإزاحة ، فيجب استخدام صيغة أخرى لتحديد الشغل:

أ = FScosα

α - الزاوية بين متجهات القوة والإزاحة.

وسائل، عمل ميكانيكي هو ناتج إسقاط القوة على اتجاه الإزاحة ووحدة الإزاحة ، أو ناتج إسقاط الإزاحة على اتجاه القوة ووحدة هذه القوة.

علامة العمل الميكانيكية

اعتمادًا على اتجاه القوة بالنسبة إلى إزاحة الجسم ، يمكن أن يكون الشغل A:

• إيجابي (0°≤ α<90°);
• نفي (90 درجة<α≤180°);
• صفر (α = 90 درجة).

إذا كانت A> 0 ، تزداد سرعة الجسم. مثال على ذلك سقوط تفاحة من شجرة على الأرض. بالنسبة لأ<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

وحدة قياس العمل في SI (النظام الدولي للوحدات) هي الجول (1N * 1m = J). الجول هو عمل قوة ، قيمتها 1 نيوتن ، عندما يتحرك الجسم مترًا واحدًا في اتجاه القوة.

عمل القوة المرنة

يمكن أيضًا تحديد عمل القوة بيانياً. لهذا ، يتم حساب مساحة الشكل المنحني أسفل الرسم البياني F s (x).

لذلك ، وفقًا للرسم البياني لاعتماد القوة المرنة على استطالة الزنبرك ، من الممكن اشتقاق صيغة عمل القوة المرنة.

يساوي:

أ = kx 2/2

• ك- الاستعلاء؛
• x- استطالة مطلقة.

ماذا تعلمنا؟

يتم تنفيذ العمل الميكانيكي عندما تعمل قوة على الجسم ، مما يؤدي إلى إزاحة الجسم. اعتمادًا على الزاوية التي تحدث بين القوة والإزاحة ، يمكن أن يكون الشغل صفرًا أو يكون له علامة سالبة أو موجبة. باستخدام القوة المرنة كمثال ، تعلمت طريقة بيانية لتحديد الشغل.