Qual è il lavoro perfetto. Lavoro meccanico

19.10.2019

2. Lavoro di gravità

Lascia che la massa corporea m muovi verticalmente dall'altezza iniziale h h all'ultima altezza h a.

Se il corpo si muove (h n\u003e h a, fig. 28.2, a), la direzione del movimento coincide con la direzione di gravità, quindi il lavoro di gravità è positivo. Se il corpo si sposta (h n n< h к, рис. 28.2, б), то работа силы тяжести отрицательна.

In entrambi i casi, il lavoro di gravità

A \u003d mg (h n - h to). (cinque)

Ora troveremo il lavoro di gravità durante la guida ad angolo verso la verticale.

5. La piccola massa di nodulo m scivolò lungo il piano inclinato della lunghezza s e l'altezza H (figura 28.3). Il piano inclinato è l'angolo α con una verticale.

a) Qual è l'angolo tra la direzione di gravità e la direzione di spostare la barra? Fai un disegno esplicativo.
b) esprimere il lavoro di gravità attraverso M, G, S, α.
c) esprimere S Via H e α.
d) esprimere il lavoro di gravità attraverso M, G, H.
e) Qual è il lavoro della forza di gravità durante la guida lungo l'intero stesso piano?

Dopo aver completato questa attività, si è assicurati che il lavoro di gravità sia espresso dalla formula (5) e poi quando il corpo si muove ad un angolo verso il verticale - sia verso il basso.

Ma poi la formula (5) per il funzionamento della gravità è valida quando il corpo si muove lungo qualsiasi traiettoria, poiché qualsiasi traiettoria (figura 28.4, a) può essere rappresentata come una combinazione di piccoli "piani inclinati" (figura 28.4, B) .

In questo modo,
lavoro di gravità durante la guida ma qualsiasi traiettoria è espressa dalla formula

A T \u003d mg (h h-h to),

dove h h è l'altezza iniziale del corpo, h a - la sua altezza finale.
Il lavoro di gravità non dipende dalla forma della traiettoria.

Ad esempio, il lavoro di gravità quando si sposta il corpo dal punto A al punto B (figura 28.5) lungo la traiettoria 1, 2 o 3 è la stessa. Da qui, in particolare, ne consegue che il ribot della gravità quando si muove lungo una traiettoria chiusa (quando il corpo ritorna al punto di partenza) è zero.

6. La massa della palla m, appesa alla lunghezza del filo l, respinta 90º, tenendo un filo teso e rilasciato senza una spinta.
a) Qual è il lavoro di gravità per il tempo durante il quale la palla si sposta nella posizione di equilibrio (figura 28.6)?
B) Qual è il lavoro della forza dell'elasticità del filo per lo stesso tempo?
c) Qual è il lavoro delle forze uguali allegate alla palla, nello stesso periodo?

3. Lavoro di elasticità

Quando la molla ritorna in uno stato indeformabile, la forza dell'elasticità è sempre positiva: la sua direzione coincide con la direzione del movimento (figura 28.7).

Troviamo il lavoro della forza di elasticità.
Il modulo di questa forza è associato al modulo di deformazione X del rapporto (vedere § 15)

Il lavoro di questa forza può essere trovato graficamente.

Per prima cosa notare che il lavoro di resistenza costante è numericamente uguale all'area del rettangolo sotto il grafico della dipendenza della forza dal movimento (Fig. 28.8).

La figura 28.9 mostra un grafico della dipendenza f (x) per la forza di elasticità. Brompiamo mentalmente tutto il movimento del corpo a tal piccoli lacune in modo che su ciascuno di loro la forza possa essere considerata costante.

Quindi il lavoro su ciascuna di queste lacune è numericamente uguale all'area della figura sotto la sezione appropriata del grafico. Tutto il lavoro è uguale alla quantità di lavoro in queste aree.

Pertanto, in questo caso, il lavoro è numericamente uguale all'area della figura sotto il grafico della dipendenza f (x).

7. Usando la figura 28.10, dimostralo

il lavoro della forza di elasticità al ritorno della primavera allo stato indeformabile è espresso dalla formula

A \u003d (KX 2) / 2. (7)

8. Utilizzando un grafico nella Figura 28.11, dimostrare che quando la deformazione delle molle cambia da X N a X al lavoro della forza di elasticità è espressa dalla formula

Dalla formula (8) vediamo che il lavoro della forza di elasticità dipende solo dalla deformazione iniziale e finale della molla, quindi se il corpo è per primo deformato, e poi ritorna allo stato iniziale, quindi il lavoro della forza di elasticità è zero. Ricordiamo che il lavoro di gravità è anche posseduto come la stessa proprietà.

9. Nel momento iniziale, lo stretching della molla con rigidità di 400 N / m è di 3 cm. La molla è stata allungata per altri 2 cm.
a) Qual è la deformazione finale della primavera?
B) Qual è il lavoro della forza elasticità della primavera?

10. Al momento iniziale della molla, la rigidità di 200 N / m è tesa di 2 cm e al momento della fine è compressa da 1 cm. Qual è il funzionamento della forza di elasticità della primavera?

4. Lavoro della forza di attrito

Lasciare scorrere il corpo su un supporto fisso. La forza di attrito del gelato che agisce sul corpo è sempre diretta opposta al movimento e, pertanto, il lavoro della forza di attrito slide è negativo in qualsiasi direzione del movimento (figura 28.12).

Pertanto, se si sposta la barra a destra, e PEG alla stessa distanza a sinistra, quindi, anche se tornerà alla posizione iniziale, il lavoro totale della slittamento dello slittamento non sarà zero. Ciò consiste nella differenza più importante nel lavoro della forza di attrito di scivolare dal lavoro di gravità e dalla forza dell'elasticità. Richiama che il lavoro di queste forze quando si sposta il corpo su una traiettoria chiusa è zero.

11. Laminazione del peso di 1 kg si è trasferito sul tavolo in modo che la sua traiettoria fosse la piazza con un lato di 50 cm.
A) Se la barra è tornata al punto di partenza?
B) Qual è il lavoro totale della forza di attrito che agisce sul bar? Il coefficiente di attrito tra il bar e il tavolo è 0.3.

5. Potenza

Non solo il lavoro eseguito, ma anche la velocità del lavoro è spesso importante. È caratterizzato dal potere.

Il potere di P è chiamato il rapporto tra il lavoro perfetto A per intervallo di tempo T, per il quale è fatto questo lavoro:

(A volte il potere della meccanica è denotato dalla lettera n e nell'elettrodinamica - la lettera P. Consideriamo la stessa denominazione di potenza più conveniente).

L'unità di alimentazione è watt (denota: w), con nome dall'inventore inglese James Watt. Dalla formula (9) ne consegue

1 w \u003d 1 j / c.

12. Quale potenza sviluppa una persona che solleva in modo uniformemente un secchio d'acqua che pesa 10 kg ad un'altezza di 1 m entro 2 s?

Spesso, il potere è conveniente per esprimere non attraverso il lavoro e il tempo, ma attraverso la forza e la velocità.

Considera il caso quando la forza è diretta lungo il movimento. Quindi il lavoro della forza A \u003d FS. Sostituire questa espressione in formula (9) per il potere, otteniamo:

P \u003d (fs) / t \u003d f (s / t) \u003d fv. (10)

13. L'auto cavalca la strada orizzontale ad una velocità di 72 km / h. Allo stesso tempo, il suo motore sviluppa la potenza di 20 kW. Qual è la forza di resistenza del movimento della macchina?

Richiesta. Quando l'auto si muove lungo una strada orizzontale a una velocità costante, la forza di spinta è uguale al modulo con il potere di resistenza al movimento della macchina.

14. Per quanto tempo è necessario per un sollevamento uniforme del blocco di cemento del peso di 4 tonnellate ad un'altezza di 30 m, se la potenza del motore della gru di sollevamento è di 20 kW e l'efficienza del motore elettrico della gru di sollevamento è 75 %?

Richiesta. L'efficienza del motore elettrico è uguale al costo di lavoro sul sollevamento del motore al funzionamento del motore.

Ulteriori domande e compiti

15. La palla che pesa 200 g è stata gettata da un balcone con un'altezza di 10 e ad un angolo di 45 ° all'orizzonte. Avendo raggiunto un'altezza massima di 15 m in volo, la palla cadde a terra.
a) Qual è il lavoro di gravità quando si solleva la palla?
b) Qual è il lavoro di gravità, quando la palla è discendente?
B) Qual è il lavoro di gravità per tutto il tempo della palla?
D) C'è qualche dato extra sulla condizione?

16. La palla con una massa di 0,5 kg è sospesa alla rigidità di 250 N / m ed è in equilibrio. La palla viene sollevata in modo che la molla diventa indeformata, e vengono rilasciati senza una spinta.
a) Quale altezza ha sollevato la palla?
b) Qual è il lavoro di gravità per il tempo durante il quale la palla si muove verso la posizione dell'equilibrio?
c) Qual è il lavoro della forza di elasticità per il tempo durante il quale la palla si muove nella posizione di equilibrio?
d) Qual è il lavoro pari all'uguaglianza di tutte le forze attaccate alla palla durante il tempo durante il quale la palla si sposta nella posizione di equilibrio?

17. Sanki che pesa 10 kg si muove senza velocità iniziale da una montagna innevata con un angolo di inclinazione α \u003d 30º e una certa distanza lungo la superficie orizzontale (figura 28.13). Il coefficiente di attrito tra slittino e neve 0.1. Lunghezza della base di montagna L \u003d 15 m.

a) Qual è il modulo Forza di attrito quando l'inclinazione si muove lungo la superficie orizzontale?
b) Qual è il lavoro della forza di attrito quando il sanok si muove lungo la superficie orizzontale sulla strada 20 m?
c) Qual è il modulo Forza di attrito quando la slitta si muove sulla montagna?
d) Qual è il lavoro della forza di attrito durante la discesa del sanok?
e) Qual è il lavoro di gravità per la discesa del Sanak?
e) Qual è il lavoro delle forze automatiche che agiscono su Sanki, quando scendono dalla montagna?

18. L'auto pesata 1 t si muove a una velocità di 50 km / h. Il motore sviluppa una potenza di 10 kW. Il consumo di benzina è di 8 litri per 100 km. La densità della benzina è di 750 kg / m 3 e la sua specifica combustione di calore di 45 mj / kg. Cos'è il motore KPD? C'è qualche dato extra nella condizione?
Richiesta. L'efficienza del motore termico è uguale al rapporto tra il motore eseguito dal motore alla quantità di calore, che è stata separata durante la combustione del carburante.

Il cavallo tira il carrello con una certa forza, noi ne diamo F.trazione. Nonno seduto sul carrello preme su di lei con qualche forza. Denotarlo F.pressione. Il carrello si muove lungo la direzione della forza di spinta del cavallo (a destra), e nella direzione della forza di pressione del nonno (giù) il carrello non si muove. Pertanto, in fisica lo dicono F.la spinta fa il lavoro sul carrello e F.la pressione non funziona sul carrello.

Così, lavoro di potere sul corpo o lavoro meccanico - Quantità fisica, il cui modulo è uguale al lavoro della forza sul percorso percorsi dal corpo lungo la direzione dell'azione di questa forzas:

In onore dello scienziato inglese, D.joul, è stata nominata un'unità di lavoro meccanico 1 Joule. (Secondo la formula, 1 j \u003d 1 n · m).

Se una certa forza agisce sul corpo in considerazione, significa che un certo corpo agisce su di esso. perciò Lavoro della forza sul corpo e sul corpo lavora sul corpo - Completa i sinonimi. Tuttavia, il primo corpo lavora nel secondo e il lavoro del secondo corpo nel primo è sinonimo parziale, poiché i moduli di queste opere sono sempre uguali, e i loro segni sono sempre opposti. Ecco perché il segno "±" è presente nella formula. Discutiamo i segni di lavoro in modo più dettagliato.

I valori numerici della forza e dei percorsi sono sempre valori non negativi. A differenza dei loro, il lavoro meccanico può avere segni sia positivi che negativi. Se la direzione della forza coincide con la direzione del movimento del corpo, allora Il lavoro della forza è considerato positivo. Se la direzione della forza è opposta alla direzione del movimento del corpo, Il lavoro della forza considera negativo (Prendi il "-" dalla formula "±"). Se la direzione del movimento del corpo è perpendicolare alla direzione della forza, quindi Tale forza non esegue il lavoro, cioè, A \u003d 0.

Considerare tre illustrazioni di tre aspetti del lavoro meccanico.

Le prestazioni del lavoro possono sembrare diverse dai punti di vista dei vari osservatori. Considera un esempio: una ragazza cavalca in un ascensore. Fa funzionare il lavoro meccanico? La ragazza può lavorare solo su quei corpi che agiscono con la forza. Tale corpo è solo una cosa - la cabina dell'ascensore, mentre la ragazza preme il suo peso sul suo pavimento. Ora dobbiamo scoprire se la cabina passa in qualche modo. Considera due opzioni: con un osservatore fisso e in movimento.

Lascia che prima il ragazzo dell'osservatore si siede a terra. In relazione ad esso, la cabina dell'ascensore si sposta e passa un po 'di percorso. Il peso della ragazza è diretto nel lato opposto - quindi, la ragazza si esibisce sul lavoro meccanico negativo della cabina: UN.vergine< 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: UN.dev \u003d 0.

Nella nostra esperienza quotidiana, la parola "lavoro" è stata trovata molto spesso. Ma si distingue fisiologici e lavori nel punto di vista della fisica. Quando vieni dalle lezioni, dici: "Oh, come sono stanco!". Questo è un lavoro fisiologico. Oppure, ad esempio, il lavoro della squadra nella folk fiaba "rack".

Figura 1. Lavorare nel senso quotidiano della parola

Parleremo qui del lavoro in termini di fisica.

Il lavoro meccanico viene eseguito se il corpo si muove sotto l'azione della forza. Il lavoro è indicato dalla lettera latina A. Determinare più rigorosamente il lavoro suona come questo.

Il lavoro della forza è il valore fisico uguale al prodotto della quantità di forza a distanza percorsa dal corpo nella direzione della forza.

Figura 2. Il lavoro è un valore fisico

La formula è valida quando la potenza costante è sul corpo.

Nel sistema internazionale di unità di SI, il lavoro è misurato in Joules.

Ciò significa che se sotto l'azione della forza in 1 Newton, il corpo si è spostato a 1 metro, allora 1 Joule stava lavorando per questa forza.

L'unità di lavoro prende il nome dallo scienziato inglese JAMES PRESCOTTA JOULE.

Figura 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

Dalla formula per il calcolo del lavoro segue che sono possibili tre casi quando il lavoro è zero.

Il primo caso - quando la forza agisce sul corpo, ma il corpo non si muove. Ad esempio, la casa ha un'enorme forza di gravità. Ma non fa lavoro, dal momento che la casa è ancora.

Il secondo caso - quando il corpo si muove lungo l'inerzia, cioè non ci sono forze su di esso. Ad esempio, una veicolo spaziale si muove nello spazio intergalattico.

Il terzo caso - quando il corpo agisce sul corpo, perpendicolare alla direzione del movimento del corpo. In questo caso, anche se il corpo si muove, e la forza su di esso agisce, ma non c'è movimento del corpo nella direzione della forza.

Figura 4. Tre casi quando il lavoro è zero

Si dovrebbe anche dire che il lavoro di forza potrebbe essere negativo. Quindi sarà se si verifica il movimento del corpo contro la direzione della forza. Ad esempio, quando la valvola di sollevamento con un cavo solleva il carico sopra il terreno, il lavoro di gravità è negativo (e il lavoro della forza di elasticità del cavo, diretto verso l'alto, al contrario, è positivo).

Supponiamo, quando si esegue lavori di costruzione, è necessario galleggiare la sabbia. L'escavatore per questo avrà bisogno di pochi minuti, e il lavoratore con l'aiuto della pala avrebbe dovuto lavorare per diverse ore. Ma anche l'escavatore, e il lavoratore avrebbe soddisfatto stesso lavoro.

Figura 5. Lo stesso lavoro può essere eseguito in tempi diversi.

Al fine di caratterizzare la velocità di esecuzione del lavoro in fisica, viene utilizzato un valore chiamato Potenza.

Il potere è un valore fisico uguale al rapporto tra la sua implementazione.

Il potere è indicato dalla lettera latina N..

Unità di misurazione della potenza I sistema SI è watt.

Un watt è un potere in cui il lavoro in uno Joule viene eseguito in un secondo.

L'unità di potenza prende il nome dallo scienziato inglese, l'inventore della macchina a vapore James Watt.

Figura 6. James Watt (1736 - 1819)

Combiniamo la formula per il calcolo del lavoro con la formula per il calcolo della potenza.

Richiamare ora che l'atteggiamento del sentiero ha viaggiato dal corpo, S.dal movimento t. rappresenta la velocità del corpo v..

In questo modo, il potere è uguale al prodotto del valore numerico della forza sulla velocità del corpo nella direzione della forza.

Questa formula è comoda da usare durante la risoluzione dei problemi in cui la forza agisce sul corpo che si muove ad una certa velocità.

Bibliografia

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Compiti a casa

In quali casi è il lavoro uguale a zero?
Come è il lavoro sulla strada percorsi nella direzione della forza? Nella direzione opposta?
Che tipo di lavoro fa la forza di attrito che agisce sul mattone, quando si muove 0,4 m? La forza di attrito è 5 N.

Prima di rivelare l'argomento "Cosa viene misurato dal lavoro", è necessario fare un leggero ritiro. Tutto in questo mondo è soggetto alle leggi della fisica. Ogni processo o fenomeno può essere spiegato sulla base di alcune leggi della fisica. Per ciascun valore misurato c'è un'unità in cui è accettato. Le unità di misurazioni sono invariate e hanno un unico valore in tutto il mondo.

Il motivo per questo è il seguente. Nei novecentosedici anni, è stato adottato un sistema di misurazione all'undicesima conferenza generale su misure e pesi. Questo sistema ha ricevuto il nome di Le Système International D'Unités, Si (SI Sistema Intermenimale). Questo sistema è diventato la base per le definizioni delle unità di misura e le loro relazioni intraprese in tutto il mondo.

Termini e terminologici fisici

Nella fisica, l'unità di misurazione del lavoro è chiamata J (Joule), in onore dello scienziato inglese James Joule, che ha dato un grande contributo allo sviluppo della sezione della termodinamica in fisica. Un Joule è uguale al lavoro svolto dalla forza in uno h (Newton), quando sposta la sua applicazione a un M (metro) nella direzione della forza. Uno h (Newton) è uguale alla forza, pesava un kg (chilogrammo), mentre accelerando in un m / s2 (metro al secondo) nella direzione della forza.

Per vostra informazione. In Fisica, tutto è interconnesso, l'esecuzione di qualsiasi lavoro è associata all'attuazione di azioni aggiuntive. Ad esempio, puoi prendere un fan della famiglia. Quando la ventola è accesa, la Blade della ventola viene avviata per ruotare. Le lame rotanti influenzano il flusso d'aria dandogli il movimento direzionale. Questo è il risultato del lavoro. Ma per eseguire il lavoro, è necessario l'impatto di altre forze di terze parti, senza il quale la prestazione è impossibile. Questi includono la corrente elettrica, la potenza, la tensione e molti altri valori correlati.

La corrente elettrica, in sostanza, è un movimento ordinato di elettroni nel conduttore per unità di tempo. La corrente elettrica si basa su particelle caricate positivamente o negativamente. Sono chiamati accuse elettriche. Denotato dalle lettere c, q, cl (pendente), dal nome dello scienziato francese e dell'inventore Charles Kulon. Nel sistema C è un'unità di misura del numero di elettroni caricati. 1 CL è uguale al volume delle particelle cariche che fluiscono attraverso la sezione trasversale del conduttore per unità di tempo. Un'unità di tempo è significava un secondo. La formula di carica elettrica è mostrata sotto nella figura.

Il potere della corrente elettrica è denotato dalla lettera A (Ampere). Ampere è un'unità in fisica, che caratterizza la misurazione del lavoro della forza, che viene speso per spostare le cariche per conduttore. In sostanza, la corrente elettrica è un movimento elettronico ordinato nel conduttore sotto l'influenza di un campo elettromagnetico. Sotto il conduttore significa materiale o sali di fusione (elettrolito) con una piccola resistenza al passaggio degli elettroni. Per la corrente elettrica, due quantità fisiche influenzano: tensione e resistenza. Saranno discussi di seguito. La corrente è sempre proporzionale direttamente alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza.

Come accennato in precedenza, la corrente elettrica è un movimento elettronico ordinato nel conduttore. Ma c'è una sfumatura: per il loro movimento hai bisogno di un certo impatto. Questo impatto è stato creato creando una potenziale differenza. La carica elettrica può essere positiva o negativa. Le accuse positive si sforzano sempre per le accuse negative. Questo è necessario per l'equilibrio del sistema. La differenza tra il numero di particelle positive e caricate negativamente è chiamata tensione elettrica.

Il potere è la quantità di energia spesa per l'esecuzione del lavoro in One J (Joul) nell'intervallo di tempo di un secondo. L'unità di misurazione in fisica è indicata come w (watt), nel sistema SI W (Watt). Dal momento che il potere è considerato, qui è il valore dell'energia elettrica spesa per eseguire una determinata azione in un periodo di tempo.

Nella vita di tutti i giorni spesso devono spesso incontrare un tale concetto come lavoro. Cosa significa questa parola in fisica e come determinare il lavoro della forza di elasticità? Risposte a queste domande imparerai nell'articolo.

Lavoro meccanico

Il lavoro è un valore algebrico scalare che caratterizza la relazione tra forza e movimento. Quando la direzione di queste due variabili coincide, viene calcolata secondo la seguente formula:

F. - Modulo del vettore di potenza che rende il lavoro;
S. - Modulo del vettore di movimento.

Non sempre la forza che agisce sul corpo fa il lavoro. Ad esempio, il lavoro di gravità è zero se la sua direzione è perpendicolare al movimento del corpo.

Se il vettore di potenza forma un angolo diverso da zero con un vettore di movimento, un'altra formula deve essere utilizzata per determinare l'operazione:

A \u003d FSCOSα.

α - L'angolo tra le versioni di forza e movimento.

Significa lavoro meccanico - Questo è un prodotto della proiezione della forza verso la direzione del movimento e il modulo di movimento o il prodotto della proiezione del movimento alla direzione della forza e dal modulo di questa forza.

Segno di lavoro meccanico

A seconda della direzione della forza rispetto al movimento del corpo, il lavoro a può essere:

positivo (0°≤ α<90°);
negativo (90 °<α≤180°);
uguale a zero (α \u003d 90 °).

Se A\u003e 0, quindi aumenta la velocità del corpo. Un esempio è la caduta della mela dall'albero a terra. Con un.<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

Unità di misura del lavoro in SI (unità internazionali) - Joule (1N * 1M \u003d J). Joule è il lavoro di forza, il cui valore è 1 Newton, quando si sposta il corpo di 1 metro nella direzione della forza.

Lavoro di forza dell'elasticità

Il lavoro della forza può essere determinato e graficamente. Per questo, viene calcolata l'area della figura curvilinea sotto il grafico F s (x).

Pertanto, secondo il grafico della dipendenza della forza di elasticità dall'estensione della primavera, è possibile ricavare la formula per il funzionamento della forza di elasticità.

È uguale:

A \u003d KX 2/2

k. - rigidità;
x. - Assoluto allungamento.

Cosa sapevamo?

Il lavoro meccanico viene eseguito in azione sul corpo della forza, che conduce al movimento del corpo. A seconda dell'angolo che si verifica tra forza e movimento, il lavoro può essere zero o avere un segno negativo o positivo. All'esempio della forza dell'elasticità, hai saputo del metodo grafico per determinare il lavoro.