Millistes ühikutes mõõdetakse mehaanilist tööd? Mehaaniline töö pole see, mida arvate

Peaaegu kõik vastavad kõhklemata: teises. Ja nad eksivad. Juhtum on just vastupidine. Füüsikas kirjeldatakse mehaanilist tööd järgmised määratlused: mehaaniline töö toimub siis, kui kehale mõjub jõud ja see liigub. Mehaaniline töö on otseselt võrdeline rakendatava jõu ja läbitud vahemaaga.

Mehaaniline töö valem

Mehaaniline töö määratakse järgmise valemiga:

kus A on töö, F on jõud, s on läbitud vahemaa.

POTENTSIAALNE(potentsiaalne funktsioon), mõiste, mis iseloomustab laia klassi füüsikalisi jõuvälju (elektriline, gravitatsiooniline jne) ja välju üldiselt füüsikalised kogused, mida kujutavad vektorid (vedeliku kiiruse väli jne). Üldiselt potentsiaal vektorväli a( x,y,z) on selline skalaarfunktsioon u(x,y,z), et a=grad

35. Juhid elektriväljas. Elektriline võimsus.juhid elektriväljas. Dirigendid on ained, mida iseloomustab suur hulk vabu laengukandjaid, mis võivad liikuda elektrivälja mõjul. Juhtide hulka kuuluvad metallid, elektrolüüdid, kivisüsi. Metallides on vabade laengute kandjateks aatomite väliskesta elektronid, mis aatomite vastasmõjul kaotavad täielikult sidemed “oma” aatomitega ja muutuvad kogu juhi kui terviku omandiks. Vabad elektronid on kaasatud termiline liikumine nagu gaasimolekulid ja võivad liikuda läbi metalli igas suunas. Elektriline võimsus- juhi omadus, selle võime mõõta elektrilaengut. Elektriahelate teoorias on mahtuvus kahe juhi vastastikune mahtuvus; elektriahela mahtuvusliku elemendi parameeter, mis on esitatud kahe terminali võrgu kujul. Sellist mahtuvust defineeritakse kui elektrilaengu suuruse ja nende juhtide vahelise potentsiaali erinevuse suhet

36. Lamekondensaatori mahtuvus.

Lamekondensaatori mahtuvus.

See. lamekondensaatori mahtuvus sõltub ainult selle suurusest, kujust ja dielektrilisest konstandist. Suure võimsusega kondensaatori loomiseks on vaja suurendada plaatide pindala ja vähendada dielektrilise kihi paksust.

37. Voolude magnetiline vastastikmõju vaakumis. Ampere'i seadus.Ampere'i seadus. Aastal 1820 kehtestas Ampère (prantsuse teadlane (1775-1836)) eksperimentaalselt seaduse, mille järgi saab arvutada vooluga pikkusele juhielemendile mõjuv jõud.

kus on magnetinduktsiooni vektor, on voolu suunas tõmmatud juhi pikkuselemendi vektor.

Jõumoodul , kus on nurk juhi voolu suuna ja magnetvälja suuna vahel. Sirgele juhile, mille vool on ühtlases väljas

Toimiva jõu suunda saab määrata kasutades vasaku käe reeglid:

Kui vasaku käe peopesa on paigutatud nii, et tavaline (praegune) komponent magnetväli sisenes peopessa ja neli väljasirutatud sõrme on suunatud piki voolu, siis pöial näitab suunda, milles Ampere jõud toimib.

38. Magnetvälja tugevus. Biot-Savart-Laplace'i seadusMagnetvälja tugevus(standardne tähistus H ) - vektor füüsiline kogus, võrdne vektori erinevusega magnetiline induktsioon B ja magnetiseerimisvektor J .

AT Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem (SI): kus- magnetiline konstant.

BSL seadus. Seadus, mis määrab üksiku vooluelemendi magnetvälja

39. Biot-Savart-Laplace'i seaduse rakendused. Alalisvooluvälja jaoks

Ringikujulise silmuse jaoks.

Ja solenoidi jaoks

40. Magnetvälja induktsioon Magnetvälja iseloomustab vektorsuurus, mida nimetatakse magnetvälja induktsiooniks (vektori suurus, mis on magnetväljale iseloomulik jõud antud ruumipunktis). MI. (B) see ei ole juhtidele mõjuv jõud, see on suurus, mis leitakse antud jõu kaudu järgmise valemi järgi: B \u003d F / (I * l) (Sõnaliselt: MI vektori moodul. (B) on võrdne jõumooduli F suhtega, millega magnetväli mõjub magnetjoontega risti asetsevale voolu juhtivale juhile, voolutugevuse suhtega juhis I ja juhi pikkusesse l. Magnetiline induktsioon sõltub ainult magnetväljast. Sellega seoses võib induktsiooni pidada magnetvälja kvantitatiivseks tunnuseks. See määrab, millise jõuga (Lorentzi jõud) mõjutab magnetväli kiirusega liikuvale laengule. MI mõõdetakse Teslas (1 T). Sel juhul 1 Tl \u003d 1 N / (A * m). MI-l on suund. Graafiliselt saab seda joonistada joontena. Ühtlases magnetväljas on MI-d paralleelsed ja MI-vektor suunatakse kõigis punktides ühtemoodi. Ebaühtlase magnetvälja korral, näiteks vooluga juhi ümber olev väli, muutub magnetinduktsiooni vektor igas ruumipunktis juhtme ümber ja selle vektori puutujad loovad ümber juhi kontsentrilised ringid.

41. Osakese liikumine magnetväljas. Lorentzi jõud. a) - Kui osake lendab ühtlase magnetvälja piirkonda ja vektor V on vektoriga B risti, siis liigub ta mööda ringi raadiusega R=mV/qB, kuna Lorentzi jõud Fl=mV^2 /R mängib tsentripetaalse jõu rolli. Pöörlemisperiood on T=2piR/V=2pim/qB ja see ei sõltu osakese kiirusest (see kehtib ainult V puhul<<скорости света) - Если угол между векторами V и B не равен 0 и 90 градусов, то частица в однородном магнитном поле движется по винтовой линии. - Если вектор V параллелен B, то частица движется по прямой линии (Fл=0). б) Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца.

L. jõud määratakse seosega: Fl = q V B sina (q on liikuva laengu suurus; V on selle kiiruse moodul; B on magnetvälja induktsioonivektori moodul; alfa on nurk laengu vahel; vektor V ja vektor B) Lorentzi jõud on kiirusega risti ja seetõttu ei tööta, ei muuda laengu kiiruse moodulit ja selle kineetilist energiat. Kuid kiiruse suund muutub pidevalt. Lorentzi jõud on risti vektoritega B ja v ning selle suund määratakse sama vasaku käe reegli abil, mis ampère'i jõu suund: kui vasak käsi on paigutatud nii, et magnetilise induktsiooni komponent B on risti laengu kiirus, siseneb peopessa ja neli sõrme on suunatud mööda positiivse laengu liikumist (negatiivse liikumise vastu), siis 90 kraadi painutatud pöial näitab laengule F l mõjuva Lorentzi jõu suunda.

Laske kehal, millele jõud mõjub, mööda teatud trajektoori liikudes läbida tee s. Sel juhul muudab jõud kas keha kiirust, andes sellele kiirenduse, või kompenseerib mõne muu liikumisele vastandliku jõu (või jõudude) mõju. Tegevust rajal s iseloomustab suurus, mida nimetatakse tööks.

Mehaaniline töö on skalaarsuurus, mis on võrdne liikumissuunale Fs mõjuva jõu projektsiooni ja jõu rakenduspunktis läbitava teekonna s korrutisega (joonis 22):

A = Fs*s.(56)

Avaldis (56) kehtib, kui jõu Fs projektsiooni väärtus liikumissuunale (st kiiruse suunale) jääb kogu aeg muutumatuks. Eelkõige juhtub see siis, kui keha liigub sirgjooneliselt ja konstantse suurusega jõud moodustab liikumissuunaga konstantse nurga α. Kuna Fs = F * cos(α), saab avaldise (47) anda järgmisel kujul:

A = F*s*cos(α).

Kui on nihkevektor, arvutatakse töö kahe vektori ja vektori skalaarkorrutisena:

. (57)

Töö on algebraline suurus. Kui jõud ja liikumissuund moodustavad teravnurga (cos(α) > 0), on töö positiivne. Kui nurk α on nüri (cos(α)< 0), работа отрицательна. При α = π/2 работа равна нулю. Последнее обстоятельство особенно отчетливо показывает, что понятие работы в механике существенно отличается от обыденного представления о работе. В обыденном понимании всякое усилие, в частности и мускульное напряжение, всегда сопровождается совершением работы. Например, для того чтобы держать тяжелый груз, стоя неподвижно, а тем более для того, чтобы перенести этот груз по горизонтальному пути, носильщик затрачивает много усилий, т. е. «совершает работу». Однако это – «физиологическая» работа. Механическая работа в этих случаях равна нулю.

Töötage jõu mõjul liikudes

Kui jõu projektsiooni suurus liikumissuunale ei jää liikumise ajal konstantseks, siis väljendatakse tööd integraalina:

. (58)

Seda tüüpi integraali nimetatakse matemaatikas kõverjooneliseks integraaliks piki trajektoori S. Argumendiks on siin vektormuutuja , mis võib varieeruda nii absoluutväärtuses kui ka suunas. Integraalimärgi all on jõuvektori ja elementaarnihkevektori skalaarkorrutis.

Tööühik on töö, mis tehakse jõuga, mis on võrdne ühega ja mis toimib liikumise suunas, ühega võrdsel teel. SI-s Tööühik on džaul (J), mis võrdub 1 njuutoni jõuga tehtud tööga 1 meetri pikkusel teel:

1J = 1N * 1m.

CGS-is on tööühikuks erg, mis on võrdne tööga, mis on tehtud 1 düüni jõuga 1 sentimeetri pikkusel teel. 1J = 107 erg.

Mõnikord kasutatakse mittesüsteemset ühikukilomeetrit (kg * m). See on töö, mida tehakse 1 kg suuruse jõuga 1 meetri pikkusel teel. 1kg*m = 9,81 J.

Kas sa tead, mis on töö? Ilma igasuguse kahtluseta. Mis on töö, seda teab iga inimene, eeldusel, et ta on sündinud ja elab planeedil Maa. Mis on mehaaniline töö?

Seda kontseptsiooni teavad ka enamik planeedi inimesi, kuigi mõnel inimesel on sellest protsessist üsna ebamäärane ettekujutus. Aga praegu pole asi nendes. Veel vähem inimesi teab, millest mehaaniline töö füüsika seisukohalt. Füüsikas ei ole mehaaniline töö inimese töö toidu pärast, see on füüsiline suurus, mis võib olla täiesti mitteseotud ei inimese ega mõne muu elusolendiga. Kuidas nii? Nüüd mõtleme selle välja.

Mehaaniline töö füüsikas

Toome kaks näidet. Esimeses näites langevad jõe veed kuristikku põrkuvad kärarikkalt kose kujul alla. Teine näide on inimene, kes hoiab väljasirutatud kätest rasket eset, näiteks hoiab maamaja veranda kohal katkist katust alla kukkumast, samal ajal kui tema naine ja lapsed otsivad meeletult midagi, mis seda toetaks. Millal tehakse mehaanilisi töid?

Mehaanilise töö definitsioon

Mehaaniline töö valem

Mehaaniline töö määratakse järgmise valemiga:

kus A on töö,
F - tugevus,
s – läbitud vahemaa.

Nii et vaatamata kogu väsinud katusehoidja kangelaslikkusele on tema tehtud töö võrdne nulliga, kuid kõrgelt kaljult gravitatsiooni mõjul langev vesi teeb kõige mehaanilise töö ära. See tähendab, et kui lükkame rasket kappi ebaõnnestunult, siis meie tehtud töö on füüsika seisukohalt võrdne nulliga, hoolimata sellest, et me rakendame palju jõudu. Kui aga nihutame kappi teatud kaugusele, siis teeme tööd, mis võrdub rakendatud jõu korrutisega selle vahemaa võrra, mille me keha liigutasime.

Töö ühik on 1 J. See on töö, mida teeb 1 njuutoni suurune jõud keha liigutamiseks 1 m kaugusele. Kui rakendatava jõu suund langeb kokku keha liikumissuunaga, siis see jõud liigub positiivne töö. Näide on see, kui me lükkame keha ja see liigub. Ja juhul, kui jõudu rakendatakse keha liikumisele vastupidises suunas, näiteks hõõrdejõud, siis see jõud teeb negatiivset tööd. Kui rakendatav jõud keha liikumist kuidagi ei mõjuta, siis selle töö tulemusel tekkiv jõud on võrdne nulliga.

Enne teema “Kuidas tööd mõõdetakse” paljastamist on vaja teha väike kõrvalepõige. Kõik siin maailmas järgib füüsikaseadusi. Iga protsessi või nähtust saab seletada teatud füüsikaseaduste alusel. Iga mõõdetava suuruse jaoks on ühik, milles seda on kombeks mõõta. Mõõtühikud on fikseeritud ja neil on kogu maailmas sama tähendus.

Selle põhjus on järgmine. 1960. aastal võeti kaalude ja mõõtude üheteistkümnendal üldkonverentsil vastu kogu maailmas tunnustatud mõõtesüsteem. See süsteem sai nimeks Le Système International d'Unités, SI (SI System International). Sellest süsteemist on saanud kogu maailmas aktsepteeritud mõõtühikute määratlused ja nende suhted.

Füüsilised terminid ja terminoloogia

Füüsikas nimetatakse jõu töö mõõtmise ühikut J (Joule) inglise füüsiku James Joule'i auks, kes andis suure panuse füüsika termodünaamika sektsiooni arendamisse. Üks džaul on võrdne tööga, mis tehakse jõuga üks N (Newton), kui selle rakendamine liigub ühe M (meeter) jõu suunas. Üks N (Newton) võrdub jõuga, mille mass on üks kg (kilogramm) kiirendusel üks m/s2 (meeter sekundis) jõu suunas.

Märge. Füüsikas on kõik omavahel seotud, mis tahes töö sooritamine on seotud lisatoimingute sooritamisega. Näiteks võib tuua majapidamises kasutatava ventilaatori. Kui ventilaator on sisse lülitatud, hakkavad ventilaatori labad pöörlema. Pöörlevad labad mõjutavad õhuvoolu, andes sellele suunatud liikumise. See on töö tulemus. Kuid töö tegemiseks on vajalik teiste väliste jõudude mõju, ilma milleta on toimingu sooritamine võimatu. Nende hulka kuuluvad elektrivoolu tugevus, võimsus, pinge ja paljud muud omavahel seotud väärtused.

Elektrivool on oma olemuselt elektronide järjestatud liikumine juhis ajaühikus. Elektrivool põhineb positiivselt või negatiivselt laetud osakestel. Neid nimetatakse elektrilaenguteks. Tähistatakse tähtedega C, q, Kl (ripats), mis on nimetatud prantsuse teadlase ja leiutaja Charles Coulombi järgi. SI-süsteemis on see laetud elektronide arvu mõõtühik. 1 C on võrdne ajaühikus läbi juhi ristlõike voolavate laetud osakeste mahuga. Ajaühik on üks sekund. Elektrilaengu valem on näidatud alloleval joonisel.

Elektrivoolu tugevust tähistatakse tähega A (amper). Amper on füüsikas mõõtühik, mis iseloomustab selle jõu töö mõõtmist, mis kulub laengute liigutamiseks piki juhti. Elektrivool on oma tuumas elektronide korrapärane liikumine juhis elektromagnetvälja mõjul. Juhi all mõeldakse materjali või sulasoola (elektrolüüti), millel on vähene takistus elektronide läbipääsule. Elektrivoolu tugevust mõjutavad kaks füüsikalist suurust: pinge ja takistus. Neid arutatakse allpool. Vool on alati võrdeline pingega ja pöördvõrdeline takistusega.

Nagu eespool mainitud, on elektrivool elektronide järjestatud liikumine juhis. Kuid on üks hoiatus: nende liikumiseks on vaja teatud mõju. See efekt luuakse potentsiaalse erinevuse loomisega. Elektrilaeng võib olla positiivne või negatiivne. Positiivsed laengud kalduvad alati negatiivsetele laengutele. See on vajalik süsteemi tasakaalu tagamiseks. Positiivse ja negatiivse laenguga osakeste arvu erinevust nimetatakse elektripingeks.

Võimsus on energia hulk, mis kulub ühe J (Joule) suuruse töö tegemiseks ühe sekundi jooksul. Mõõtühikut füüsikas tähistatakse kui W (vatt), SI süsteemis W (vatt). Kuna arvesse võetakse elektrienergiat, siis siin on see teatud aja jooksul teatud toimingu tegemiseks kulutatud elektrienergia väärtus.

Liikumise energiaomaduste iseloomustamiseks võeti kasutusele mehaanilise töö mõiste. Ja artikkel on pühendatud talle tema erinevates ilmingutes. Teema mõistmine on nii lihtne kui ka üsna keeruline. Autor püüdis siiralt seda arusaadavamaks ja arusaadavamaks muuta ning jääb üle vaid loota, et eesmärk on täidetud.

Mis on mehaaniline töö?

Kuidas seda nimetatakse? Kui kehale mõjub mingi jõud ja selle jõu toimel keha liigub, siis nimetatakse seda mehaaniliseks tööks. Teadusfilosoofia vaatenurgast lähenedes võib siin eristada mitmeid täiendavaid aspekte, kuid artikkel käsitleb teemat füüsika vaatenurgast. Mehaaniline töö pole keeruline, kui siin kirjutatud sõnad hoolikalt läbi mõelda. Kuid sõna "mehaaniline" tavaliselt ei kirjutata ja kõik taandub sõnale "töö". Kuid mitte iga töö pole mehaaniline. Siin istub mees ja mõtleb. Kas see töötab? Vaimselt jah! Aga kas see on mehaaniline töö? Ei. Mis siis, kui inimene kõnnib? Kui keha liigub jõu mõjul, siis on see mehaaniline töö. Kõik on lihtne. Ehk siis kehale mõjuv jõud teeb (mehaanilist) tööd. Ja veel üks asi: see on töö, mis võib iseloomustada teatud jõu mõju. Nii et kui inimene kõnnib, siis teatud jõud (hõõrdumine, gravitatsioon jne) teevad inimesele mehaanilist tööd ja nende tegevuse tulemusena muudab inimene oma asukohapunkti ehk teisisõnu ta liigub.

Töö kui füüsikaline suurus võrdub kehale mõjuva jõuga, mis on korrutatud teega, mille keha selle jõu mõjul ja selle näidatud suunas läbis. Võime öelda, et mehaaniline töö tehti siis, kui korraga oli täidetud 2 tingimust: kehale mõjus jõud ja see liikus oma toime suunas. Kuid seda ei tehtud või ei tehta, kui jõud mõjus, ja keha ei muutnud oma asukohta koordinaatsüsteemis. Siin on väikesed näited, kus mehhaanilist tööd ei tehta:

Seega võib inimene kukkuda tohutule rändrahnule, et seda liigutada, kuid jõudu ei jätku. Jõud mõjub kivile, kuid see ei liigu ja tööd ei toimu.
Keha liigub koordinaatsüsteemis ja jõud on võrdne nulliga või need kõik kompenseeritakse. Seda võib täheldada inertsiaalse liikumise ajal.
Kui keha liikumissuund on jõuga risti. Kui rong liigub mööda horisontaaljoont, ei tee gravitatsioonijõud oma tööd.

Sõltuvalt teatud tingimustest võib mehaaniline töö olla negatiivne ja positiivne. Seega, kui suunad ja jõud ning keha liigutused on samad, siis toimub positiivne töö. Positiivse töö näide on gravitatsiooni mõju langevale veetilgale. Aga kui liikumisjõud ja suund on vastupidised, siis tekib negatiivne mehaaniline töö. Sellise võimaluse näiteks on õhupall, mis tõuseb üles ja gravitatsioon, mis teeb negatiivset tööd. Kui keha on allutatud mitme jõu mõjule, nimetatakse sellist tööd "tulemuslikuks jõutööks".

Praktilise rakenduse omadused (kineetiline energia)

Teooriast liigume praktilise poole juurde. Eraldi tuleks rääkida mehaanilisest tööst ja selle kasutamisest füüsikas. Nagu paljud ilmselt mäletasid, jaguneb kogu keha energia kineetiliseks ja potentsiaalseks. Kui objekt on tasakaalus ja ei liigu kuskil, on selle potentsiaalne energia võrdne koguenergiaga ja selle kineetiline energia on null. Kui liikumine algab, hakkab potentsiaalne energia vähenema, kineetiline energia suurenema, kuid kokku on need võrdsed objekti koguenergiaga. Materiaalse punkti puhul on kineetiline energia määratletud kui selle jõu töö, mis kiirendas punkti nullist väärtuseni H, ja valemi kujul on keha kineetika ½ * M * H, kus M on mass. Paljudest osakestest koosneva objekti kineetilise energia väljaselgitamiseks peate leidma osakeste kogu kineetilise energia summa ja see on keha kineetiline energia.

Praktilise rakenduse omadused (potentsiaalne energia)

Kui kõik kehale mõjuvad jõud on konservatiivsed ja potentsiaalne energia võrdub kogusummaga, siis tööd ei tehta. Seda postulaati tuntakse mehaanilise energia jäävuse seadusena. Mehaaniline energia suletud süsteemis on ajavahemikus konstantne. Säilitusseadust kasutatakse laialdaselt klassikalise mehaanika probleemide lahendamiseks.

Praktilise rakenduse omadused (termodünaamika)

Termodünaamikas arvutatakse gaasi paisumisel tehtav töö rõhu integraaliga, mis on korrutatud mahuga. See lähenemine on rakendatav mitte ainult juhtudel, kui mahul on täpne funktsioon, vaid ka kõigi protsesside puhul, mida saab kuvada rõhu/mahu tasapinnal. Mehaanilise töö teadmisi ei rakendata ainult gaaside, vaid kõige kohta, mis suudab survet avaldada.

Praktilise rakenduse omadused praktikas (teoreetiline mehaanika)

Teoreetilises mehaanikas vaadeldakse üksikasjalikumalt kõiki ülalkirjeldatud omadusi ja valemeid, eelkõige on tegemist projektsioonidega. Ta annab ka oma definitsiooni mehaanilise töö erinevate valemite jaoks (näide Rimmeri integraali määratlusest): piiri, milleni kaldub elementaartöö jõudude summa, kui vaheseina peenus kipub nulli, nimetatakse jõu töö piki kõverat. Ilmselt raske? Aga ei midagi, teoreetilise mehaanikaga kõik. Jah, ja kõik mehaaniline töö, füüsika ja muud raskused on möödas. Edasi on ainult näited ja järeldus.

Mehaanilised tööüksused

SI kasutab töö mõõtmiseks džaule, samas kui GHS kasutab ergide:

1 J = 1 kg m²/s² = 1 Nm
1 erg = 1 g cm²/s² = 1 dyne cm
1 erg = 10–7 J

Näited mehaanilisest tööst

Sellise kontseptsiooni nagu mehaaniline töö lõpuks mõistmiseks peaksite uurima mõnda eraldi näidet, mis võimaldavad teil seda paljudest, kuid mitte kõigist külgedest kaaluda:

Kui inimene tõstab kätega kivi, siis toimub mehaaniline töö käte lihasjõu toel;
Kui rong sõidab mööda rööpaid, tõmbab seda traktori tõmbejõud (elektrivedur, diiselvedur jne);
Kui võtta relv ja tulistada sellest, siis tänu pulbergaaside tekitatavale survejõule saab töö tehtud: kuuli liigutatakse piki relva toru samal ajal, kui kuuli enda kiirus suureneb. ;
Samuti on mehaaniline töö, kui hõõrdejõud mõjub kehale, sundides seda oma liikumiskiirust vähendama;
Ülaltoodud näide kuulidega, kui need tõusevad gravitatsiooni suuna suhtes vastupidises suunas, on samuti näide mehaanilisest tööst, kuid lisaks gravitatsioonile mõjub Archimedese jõud ka siis, kui kõik õhust kergem tõuseb.

Mis on jõud?

Lõpetuseks tahan puudutada võimu teemat. Jõu poolt ühes ajaühikus tehtud tööd nimetatakse võimsuseks. Tegelikult on võimsus selline füüsiline suurus, mis peegeldab töö ja teatud ajaperioodi suhet, mille jooksul see töö tehti: M = P / B, kus M on võimsus, P on töö, B on aeg. SI võimsuse ühik on 1 vatt. Vatt võrdub võimsusega, mis teeb ühe džauli ühe sekundi jooksul: 1 W = 1J \ 1s.