Orice mișcare a unui corp în spațiu, care duce la o schimbare a energiei sale totale, este asociată cu munca. În acest articol, vom lua în considerare ce este această cantitate, în ce se măsoară lucrul mecanic și cum este notat acesta și vom rezolva, de asemenea, o problemă interesantă pe această temă.
Funcționează ca o cantitate fizică
Înainte de a răspunde la întrebarea în ce se măsoară lucrul mecanic, să ne familiarizăm cu această valoare. Conform definiției, munca este produsul scalar al forței și vectorul deplasării corpului pe care l-a provocat această forță. Din punct de vedere matematic, putem scrie următoarea egalitate:
A=(F¯S¯).
Parantezele rotunde indică produsul punctual. Având în vedere proprietățile sale, explicit această formulă va fi rescrisă după cum urmează:
A=FScos(α).
Unde α este unghiul dintre vectorii forță și deplasare.
Din expresiile scrise rezultă că munca se măsoară în Newtoni pe metru (Nm). După cum se știe,această mărime se numește joule (J). Adică, în fizică, munca mecanică se măsoară în unități de lucru Jouli. Un joule corespunde unei astfel de lucrări, în care o forță de un Newton, acționând paralel cu mișcarea corpului, duce la o schimbare a poziției acestuia în spațiu cu un metru.
În ceea ce privește denumirea muncii mecanice în fizică, trebuie remarcat faptul că litera A este cel mai des folosită pentru aceasta (din germană ardeit - muncă, muncă). În literatura în limba engleză, puteți găsi desemnarea acestei valori cu litera latină W. În literatura în limba rusă, această literă este rezervată puterii.
Munca și energie
Determinând întrebarea cum este măsurat lucrul mecanic, am văzut că unitățile sale coincid cu cele pentru energie. Această coincidență nu este întâmplătoare. Faptul este că mărimea fizică considerată este una dintre modalitățile de manifestare a energiei în natură. Orice deplasare a corpurilor în câmpuri de forță sau în lipsa acestora necesită costuri energetice. Acestea din urmă sunt folosite pentru a modifica energia cinetică și potențială a corpurilor. Procesul acestei schimbări este caracterizat de munca depusă.
Energia este o caracteristică fundamentală a corpului. Este stocat în sisteme izolate, poate fi transformat în forme mecanice, chimice, termice, electrice și alte forme. Munca este doar o manifestare mecanică a proceselor energetice.
Lucrul în gaze
Expresia scrisă mai sus pentru a funcționaeste de bază. Cu toate acestea, această formulă poate să nu fie potrivită pentru rezolvarea problemelor practice din diferite domenii ale fizicii, așa că sunt folosite și alte expresii derivate din ea. Un astfel de caz este munca efectuată de gaz. Este convenabil să îl calculați folosind următoarea formulă:
A=∫V(PdV).
Aici P este presiunea din gaz, V este volumul acestuia. Știind în ce se măsoară lucrul mecanic, este ușor de demonstrat validitatea expresiei integrale, într-adevăr:
Pam3=N/m2m3=N m=J.
În cazul general, presiunea este o funcție a volumului, deci integrandul poate lua o formă arbitrară. În cazul unui proces izobaric, dilatarea sau contracția unui gaz are loc la o presiune constantă. În acest caz, lucrul gazului este egal cu produsul simplu dintre valoarea P și modificarea volumului său.
Lucrați în timp ce rotiți corpul în jurul axei
Mișcarea de rotație este larg răspândită în natură și tehnologie. Se caracterizează prin conceptele de momente (forță, impuls și inerție). Pentru a determina munca forțelor externe care au determinat un corp sau un sistem să se rotească în jurul unei anumite axe, trebuie mai întâi să calculați momentul forței. Se calculează astfel:
M=Fd.
Unde d este distanța de la vectorul forță la axa de rotație, se numește umăr. Cuplul M, care a condus la rotirea sistemului printr-un unghi θ în jurul unei axe, efectuează următoarea activitate:
A=Mθ.
Aici Mse exprimă în Nm iar unghiul θ este în radiani.
sarcină de fizică pentru lucrări mecanice
Așa cum s-a spus în articol, munca este întotdeauna făcută de cutare sau cutare forță. Luați în considerare următoarea problemă interesantă.
Corpul se află într-un plan care este înclinat spre orizont la un unghi de 25o. Alunecând în jos, corpul a dobândit ceva energie cinetică. Este necesar să se calculeze această energie, precum și munca gravitației. Masa unui corp este de 1 kg, traseul parcurs de acesta de-a lungul planului este de 2 metri. Rezistența la frecare la alunecare poate fi neglijată.
S-a arătat mai sus că numai partea de forță care este îndreptată de-a lungul deplasării funcționează. Este ușor de demonstrat că, în acest caz, următoarea parte a forței gravitaționale va acționa de-a lungul deplasării:
F=mgsin(α).
Aici α este unghiul de înclinare al planului. Apoi munca se calculează astfel:
A=mgsin(α)S=19,810,42262=8,29 J.
Adică gravitația are un efect pozitiv.
Acum să determinăm energia cinetică a corpului la sfârșitul coborârii. Pentru a face acest lucru, amintiți-vă de a doua lege newtoniană și calculați accelerația:
a=F/m=gsin(α).
Deoarece alunecarea corpului este uniform accelerată, avem dreptul de a folosi formula cinematică corespunzătoare pentru a determina timpul de mișcare:
S=at2/2=>
t=√(2S/a)=√(2S/(gsin(α))).
Viteza corpului la sfârșitul coborârii se calculează după cum urmează:
v=at=gsin(α)√(2S/(gsin(α)))=√(2Sgsin(α)).
Energia cinetică a mișcării de translație este determinată folosind următoarea expresie:
E=mv2/2=m2Sgsin(α)/2=mSgsin(α).
Am obținut un rezultat interesant: se dovedește că formula pentru energia cinetică se potrivește exact cu expresia pentru munca gravitației, care a fost obținută mai devreme. Aceasta indică faptul că toată munca mecanică a forței F are ca scop creșterea energiei cinetice a corpului de alunecare. De fapt, din cauza forțelor de frecare, munca A se dovedește întotdeauna a fi mai mare decât energia E.
