Fizik tanımında iş nedir? Mekanik iş ve kuvvet gücü

Hareketin enerji özelliklerini karakterize edebilmek için mekanik iş kavramı tanıtıldı. Ve makale, çeşitli tezahürleriyle ona adanmıştır. Konunun anlaşılması hem kolay hem de oldukça zordur. Yazar içtenlikle onu daha anlaşılır ve anlaşılır hale getirmeye çalıştı ve ancak hedefe ulaşıldığını umabiliriz.

Mekanik işe ne denir?

Buna ne denir? Bir cisme bir kuvvet etki ediyorsa ve bunun sonucunda cisim hareket ediyorsa buna mekanik iş denir. Bakış açısından yaklaşıldığında bilimsel felsefe burada birkaç ek husus vurgulanabilir, ancak makale konuyu fizik açısından ele alacaktır. Mekanik iş- Burada yazılanları dikkatlice düşünürseniz zor değil. Ancak "mekanik" kelimesi genellikle yazılmaz ve her şey "iş" kelimesine kısaltılır. Ancak her iş mekanik değildir. Burada oturan ve düşünen bir adam var. Çalışıyor mu? Zihinsel olarak evet! Peki bu mekanik bir iş mi? HAYIR. Peki ya bir kişi yürürse? Bir cisim kuvvetin etkisi altında hareket ediyorsa, bu mekanik bir iştir. Basit. Başka bir deyişle, bir cisme etki eden kuvvet (mekanik) iş yapar. Ve bir şey daha: Belirli bir kuvvetin eyleminin sonucunu karakterize edebilen şey iştir. Yani bir kişi yürürse, belirli kuvvetler (sürtünme, yerçekimi vb.) kişiye mekanik iş yapar ve bunların sonucunda kişi konum noktasını değiştirir, yani hareket eder.

Fiziksel bir miktar olarak iş, vücuda etki eden kuvvetin, vücudun bu kuvvetin etkisi altında ve onun gösterdiği yönde yaptığı yol ile çarpımına eşittir. 2 koşulun aynı anda karşılanması durumunda mekanik işin yapıldığını söyleyebiliriz: vücuda bir kuvvet etki etti ve hareket yönünde hareket etti. Ancak kuvvet etki ettiğinde ve cisim koordinat sistemindeki yerini değiştirmediğinde oluşmadı veya oluşmaz. Burada küçük örnekler hiçbir mekanik iş yapılmadığında:

1. Yani bir kişi büyük bir kayayı hareket ettirmek için ona yaslanabilir, ancak yeterli güç yoktur. Kuvvet taşa etki eder ancak taş hareket etmez ve herhangi bir iş meydana gelmez.
2. Vücut koordinat sisteminde hareket eder ve kuvvet sıfıra eşit olur veya hepsi telafi edilir. Ataletle hareket ederken bu gözlemlenebilir.
3. Bir cismin hareket yönü kuvvetin hareketine dik olduğunda. Bir tren yatay bir çizgide hareket ettiğinde yerçekimi işini yapmaz.

Belirli koşullara bağlı olarak mekanik iş negatif ve pozitif olabilir. Yani cismin hem kuvvetlerinin hem de hareketlerinin yönleri aynıysa pozitif iş meydana gelir. Pozitif işe bir örnek, yerçekiminin düşen bir su damlası üzerindeki etkisidir. Ancak hareketin kuvveti ve yönü zıtsa negatif mekanik iş meydana gelir. Böyle bir seçeneğin örneği yükseliyor balon ve negatif iş yapan yerçekimi. Bir cisim birden fazla kuvvetin etkisine maruz kaldığında bu tür işe “bileşke kuvvet işi” adı verilir.

Pratik uygulamanın özellikleri (kinetik enerji)

Teoriden pratik kısma geçelim. Ayrı olarak mekanik iş ve onun fizikteki kullanımı hakkında konuşmalıyız. Birçoğunun muhtemelen hatırladığı gibi, vücudun tüm enerjisi kinetik ve potansiyel olarak bölünmüştür. Bir nesne dengede olduğunda ve herhangi bir yere hareket etmediğinde potansiyel enerjisi eşittir toplam enerji ve kinetik sıfıra eşittir. Hareket başladığında potansiyel enerji azalmaya başlar, kinetik enerji artmaya başlar ancak toplamda cismin toplam enerjisine eşittirler. Maddi bir nokta için kinetik enerji, noktayı sıfırdan H değerine hızlandıran bir kuvvetin işi olarak tanımlanır ve formül biçiminde bir cismin kinetiği, M'nin kütle olduğu ½*M*N'ye eşittir. Birçok parçacıktan oluşan bir nesnenin kinetik enerjisini bulmak için parçacıkların tüm kinetik enerjilerinin toplamını bulmanız gerekir; kinetik enerji bedenler.

Pratik uygulamanın özellikleri (potansiyel enerji)

Cismin üzerine etki eden tüm kuvvetlerin korunumlu olması ve potansiyel enerjinin toplama eşit olması durumunda iş yapılmaz. Bu postüla korunum yasası olarak bilinir. mekanik enerji. Mekanik enerji kapalı sistem zaman aralığında sabittir. Korunum kanunu klasik mekaniğin problemlerini çözmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Pratik uygulamanın özellikleri (termodinamik)

Termodinamikte, bir gazın genleşme sırasında yaptığı iş, basınç çarpı hacmin integrali ile hesaplanır. Bu yaklaşım yalnızca kesin bir hacim fonksiyonunun olduğu durumlarda değil aynı zamanda basınç/hacim düzleminde görüntülenebilen tüm işlemler için de geçerlidir. Aynı zamanda mekanik iş bilgisini yalnızca gazlara değil, basınç uygulayabilen her şeye de uygular.

Pratikte pratik uygulamanın özellikleri (teorik mekanik)

Teorik mekanikte yukarıda açıklanan tüm özellikler ve formüller, özellikle projeksiyonlar daha ayrıntılı olarak ele alınır. Aynı zamanda çeşitli mekanik iş formülleri için tanımını da verir (Rimmer integrali için bir tanım örneği): bölmenin inceliği sıfıra yaklaştığında temel işin tüm kuvvetlerinin toplamının yöneldiği sınıra denir. eğri boyunca kuvvet işi. Muhtemelen zor mu? Ama hiçbir şey, teorik mekanikte her şey yolunda. Evet, tüm mekanik işler, fizik ve diğer zorluklar bitti. Ayrıca sadece örnekler ve bir sonuç olacak.

Mekanik iş ölçü birimleri

SI işi ölçmek için joule'u kullanırken, GHS ergs'i kullanır:

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

Mekanik iş örnekleri

Mekanik iş gibi bir kavramı nihayet anlamak için, onu her açıdan olmasa da birçok yönden değerlendirmenize olanak sağlayacak birkaç ayrı örneği incelemelisiniz:

1. Bir kişi elleriyle bir taşı kaldırdığında, ellerindeki kas kuvvetinin yardımıyla mekanik iş meydana gelir;
2. Bir tren raylar boyunca ilerlerken traktörün (elektrikli lokomotif, dizel lokomotif vb.) çekiş kuvveti tarafından çekilir;
3. Bir silah alıp ondan ateş ederseniz, toz gazların yarattığı basınç kuvveti sayesinde iş yapılacaktır: mermi, merminin hızı arttıkça aynı zamanda silahın namlusu boyunca hareket eder;
4. Mekanik iş, sürtünme kuvveti bir cisme etki ederek onu hareket hızını düşürmeye zorladığında da ortaya çıkar;
5. Yukarıdaki toplarla ilgili örnek, yerçekimi yönüne göre ters yönde yükseldiklerinde, aynı zamanda mekanik işin bir örneğidir, ancak yerçekimine ek olarak, havadan daha hafif olan her şey yükseldiğinde Arşimet kuvveti de etki eder.

Güç nedir?

Son olarak iktidar konusuna değinmek istiyorum. Bir kuvvetin birim zamanda yaptığı işe güç denir. Aslında güç, işin bu işin yapıldığı belirli bir süreye oranının yansıması olan fiziksel bir niceliktir: M=P/B, burada M güç, P iş, B zamandır. SI güç birimi 1 W'dur. Bir watt, bir saniyede bir joule iş yapan güce eşittir: 1 W=1J\1s.

Hemen hemen herkes tereddüt etmeden cevap verecektir: ikincisinde. Ve yanılacaklar. Tersi doğrudur. Fizikte mekanik iş anlatılır aşağıdaki tanımlarla: Mekanik iş, bir cisme bir kuvvet etki ettiğinde ve cisim hareket ettiğinde gerçekleştirilir. Mekanik iş, uygulanan kuvvet ve kat edilen mesafe ile doğru orantılıdır.

Mekanik çalışma formülü

Mekanik iş aşağıdaki formülle belirlenir:

burada A iş, F kuvvet, s ise kat edilen mesafedir.

POTANSİYEL(potansiyel fonksiyon), geniş bir fiziksel kuvvet alanı sınıfını (elektrik, yerçekimi vb.) ve genel olarak vektörlerle temsil edilen fiziksel büyüklük alanlarını (akışkan hızları alanı vb.) karakterize eden bir kavram. İÇİNDE Genel dava vektör alanı potansiyeli a( X,sen,z) böyle bir skaler fonksiyondur sen(X,sen,z) bu a=grad

35. Elektrik alanındaki iletkenler. Elektrik kapasitesi.Elektrik alanındaki iletkenler.İletkenler, bir elektrik alanının etkisi altında hareket edebilen çok sayıda serbest yük taşıyıcısının varlığıyla karakterize edilen maddelerdir. İletkenler arasında metaller, elektrolitler ve kömür bulunur. Metallerde serbest yüklerin taşıyıcıları, atomlar etkileşime girdiğinde "kendi" atomlarıyla bağlantıları tamamen kaybeden ve bir bütün olarak tüm iletkenin malı haline gelen atomların dış kabuklarının elektronlarıdır. Serbest elektronlar, gaz molekülleri gibi termal harekete katılırlar ve metal içerisinde herhangi bir yönde hareket edebilirler. Elektrik kapasitesi- Bir iletkenin özelliği, elektrik yükünü biriktirme yeteneğinin ölçüsü. Teoride elektrik devreleri kapasitans, iki iletken arasındaki karşılıklı kapasitanstır; iki terminalli bir ağ şeklinde sunulan bir elektrik devresinin kapasitif elemanının parametresi. Bu kapasitans, elektrik yükünün büyüklüğünün bu iletkenler arasındaki potansiyel farka oranı olarak tanımlanır.

36. Paralel plakalı bir kapasitörün kapasitansı.

Paralel plakalı kapasitörün kapasitansı.

O. Düz bir kapasitörün kapasitansı yalnızca boyutuna, şekline ve dielektrik sabitine bağlıdır. Yüksek kapasiteli bir kapasitör oluşturmak için plakaların alanını arttırmak ve dielektrik tabakanın kalınlığını azaltmak gerekir.

37. Boşluktaki akımların manyetik etkileşimi. Ampere yasası.Ampere yasası. 1820'de Ampere (Fransız bilim adamı (1775-1836)) deneysel olarak hesaplanabilecek bir yasa oluşturdu. akım taşıyan uzunlukta bir iletken elemana etki eden kuvvet.

manyetik indüksiyon vektörü nerede, akım yönünde çizilen iletkenin uzunluğunun elemanının vektörüdür.

Kuvvet modülü, iletkendeki akımın yönü ile manyetik alan indüksiyonunun yönü arasındaki açıdır. Düzgün bir alanda akım taşıyan düz uzunlukta bir iletken için

Etki eden kuvvetin yönü kullanılarak belirlenebilir. sol el kuralları:

Sol elin avuç içi normal (geçerli) bileşene göre konumlandırılmışsa manyetik alan avuç içine girildiğinde ve uzatılmış dört parmak akım boyunca yönlendirildiğinde, başparmak Amper kuvvetinin etki ettiği yönü gösterecektir.

38. Manyetik alan kuvveti. Biot-Savart-Laplace YasasıManyetik alan kuvveti(standart tanım N ) - vektör fiziksel miktar, vektörün farkına eşit manyetik indüksiyon B Ve mıknatıslanma vektörü J .

İÇİNDE Uluslararası Birim Sistemi (SI): Nerede- manyetik sabit.

BSL Kanunu. Bireysel bir akım elemanının manyetik alanını belirleyen yasa

39. Bio-Savart-Laplace yasasının uygulamaları. Doğru akım alanı için

Dairesel bir dönüş için.

Ve solenoid için

40. Manyetik alan indüksiyonu Bir manyetik alan, manyetik alan indüksiyonu (uzayda belirli bir noktada manyetik alanın kuvvet karakteristiği olan bir vektör miktarı) adı verilen bir vektör miktarı ile karakterize edilir. Mİ. (B) bu iletkenlere etki eden bir kuvvet değil, bu kuvvet aracılığıyla şu formülle bulunan bir niceliktir: B=F / (I*l) (Sözlü olarak: MI vektör modülü. (B), manyetik alanın manyetik çizgilere dik olarak yerleştirilmiş akım taşıyan bir iletkene etki ettiği F kuvvet modülünün, iletken I'deki akım gücüne ve iletken l'nin uzunluğuna oranına eşittir. Manyetik indüksiyon yalnızca manyetik alana bağlıdır. Bu bağlamda indüksiyon, manyetik alanın niceliksel bir özelliği olarak düşünülebilir. Manyetik alanın, hızla hareket eden bir yüke hangi kuvvetle (Lorentz kuvveti) etki ettiğini belirler. MI Tesla (1 Tesla) cinsinden ölçülür. Bu durumda 1 T=1 N/(A*m). MI'nın bir yönü vardır. Grafiksel olarak çizgiler şeklinde çizilebilir. Düzgün bir manyetik alanda MI çizgileri paraleldir ve MI vektörü tüm noktalarda aynı şekilde yönlendirilecektir. Düzgün olmayan bir manyetik alan durumunda, örneğin akım taşıyan bir iletkenin etrafındaki alan, manyetik indüksiyon vektörü, iletkenin etrafındaki uzaydaki her noktada değişecek ve bu vektöre teğetler, iletkenin etrafında eş merkezli daireler oluşturacaktır. .

41. Bir parçacığın manyetik alandaki hareketi. Lorentz kuvveti. a) - Eğer bir parçacık düzgün bir manyetik alan bölgesine doğru uçuyorsa ve V vektörü B vektörüne dik ise, Lorentz kuvveti Fl=mV^2 olduğundan R=mV/qB yarıçaplı bir daire içinde hareket eder. /R merkezcil kuvvet rolünü oynar. Dönüş periyodu T=2piR/V=2pim/qB'ye eşittir ve parçacık hızına bağlı değildir (Bu yalnızca V için geçerlidir)<<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.

Manyetik kuvvet şu ilişkiyle belirlenir: Fl = q·V·B·sina (q, hareket eden yükün büyüklüğüdür; V, hızının modülüdür; B, manyetik alan indüksiyon vektörünün modülüdür; alfa, V vektörü ile B vektörü arasındaki açı) Lorentz kuvveti hıza dik olduğundan iş yapmaz, yük hızının modülünü ve kinetik enerjisini değiştirmez. Ancak hızın yönü sürekli değişmektedir. Lorentz kuvveti, B ve v vektörlerine diktir ve yönü, Ampere kuvvetinin yönü ile aynı sol el kuralı kullanılarak belirlenir: eğer sol el, manyetik indüksiyon B'nin bileşeni, kuvvete dik olacak şekilde konumlandırılırsa Yükün hızı avuç içine girer ve dört parmak pozitif yükün hareketi boyunca (negatifin hareketine karşı) yönlendirilir, daha sonra başparmak 90 derece bükülür ve üzerine etki eden Lorentz kuvveti F l'nin yönünü gösterir. Ücret.

« Fizik - 10. sınıf"

Enerjinin korunumu yasası, meydana gelen olayların çoğunu tanımlamamıza olanak tanıyan temel bir doğa yasasıdır.

İş ve enerji gibi dinamik kavramları kullanılarak cisimlerin hareketinin tanımlanması da mümkündür.

Fizikte işin ve gücün ne olduğunu hatırlayın.

Bu kavramlar, onlar hakkındaki gündelik fikirlerle örtüşüyor mu?

Tüm günlük eylemlerimiz, kasların yardımıyla ya çevredeki cisimleri harekete geçirip bu hareketi sürdürmemiz ya da hareket eden cisimleri durdurmamız gerçeğine dayanmaktadır.

Bu bedenler oyunlarda kullanılan aletlerdir (çekiç, kalem, testere), toplar, diskler, satranç taşları. Üretimde ve tarımda insanlar aynı zamanda aletleri de harekete geçirirler.

Makinelerin kullanımı, içlerinde motor kullanılması nedeniyle iş verimliliğini birçok kez artırır.

Herhangi bir motorun amacı, hem sıradan sürtünme hem de "çalışma" direnciyle fren yapılmasına rağmen gövdeleri harekete geçirmek ve bu hareketi sürdürmektir (kesici sadece metal boyunca kaymamalı, aynı zamanda onu keserek talaşları da çıkarmalıdır; pulluk toprağı gevşetin, vb.). Bu durumda hareketli gövdeye motorun yanından bir kuvvet etki etmelidir.

Doğada iş, başka bir cisimden (diğer cisimler) gelen bir kuvvetin (veya birkaç kuvvetin) bir cisme hareketi yönünde veya ona karşı etki etmesi durumunda gerçekleştirilir.

Yer çekimi kuvveti, yağmur damlaları veya taşlar bir uçurumdan düştüğünde işe yarar. Aynı zamanda havadan düşen damlalara veya taşa etki eden direnç kuvveti ile de iş yapılır. Elastik kuvvet aynı zamanda rüzgarla eğilen bir ağaç düzeldiğinde de iş yapar.

İşin tanımı.

İmpuls formunda Newton'un ikinci yasası Δ = ΔtΔt süresi boyunca üzerine bir kuvvet etki eden bir cismin hızının büyüklük ve yönde nasıl değişeceğini belirlemenizi sağlar.

Kuvvetlerin cisimler üzerindeki etkisi, hız modüllerinde bir değişikliğe yol açar ve cisimlerin hem kuvvetlerine hem de hareketlerine bağlı olan bir değerle karakterize edilir. Mekanikte bu miktara denir kuvvet işi.

Hızın mutlak değerde değişmesi ancak Fr kuvvetinin cismin hareket yönüne izdüşümünün sıfırdan farklı olması durumunda mümkündür. Vücudun modülo hızını değiştiren kuvvetin hareketini belirleyen bu projeksiyondur. İşi o yapıyor. Bu nedenle iş, F r kuvvetinin yer değiştirme modülü tarafından izdüşümünün ürünü olarak düşünülebilir. |Δ| (Şekil 5.1):

A = F r |Δ|. (5.1)

Kuvvet ile yer değiştirme arasındaki açı α ile gösterilirse, o zaman Fr = Fcosa.

Bu nedenle iş şuna eşittir:

A = |Δ|cosα. (5.2)

Günlük çalışma anlayışımız, fizikteki iş tanımından farklıdır. Elinizde ağır bir bavul var ve size iş yapıyormuşsunuz gibi geliyor. Ancak fiziksel açıdan bakıldığında işiniz sıfırdır.

Sabit bir kuvvetin işi, kuvvet modüllerinin çarpımına ve kuvvetin uygulama noktasının yer değiştirmesine ve aralarındaki açının kosinüsüne eşittir.

Genel durumda, katı bir cisim hareket ettiğinde farklı noktalarının yer değiştirmeleri farklıdır, ancak bir kuvvetin işini belirlerken, Δ uygulama noktasının hareketini anlıyoruz. Katı bir cismin öteleme hareketi sırasında tüm noktalarının hareketi, kuvvetin uygulandığı noktanın hareketi ile çakışır.

İş, kuvvet ve yer değiştirmeden farklı olarak vektörel bir büyüklük değil, skaler bir büyüklüktür. Pozitif, negatif veya sıfır olabilir.

İşin işareti kuvvet ile yer değiştirme arasındaki açının kosinüsünün işaretiyle belirlenir. Eğer α< 90°, то А >0, çünkü akut açıların kosinüsü pozitiftir. α > 90° için geniş açıların kosinüsü negatif olduğundan iş negatiftir. α = 90°'de (yer değiştirmeye dik kuvvet) hiçbir iş yapılmaz.

Bir cisme birden fazla kuvvet etki ediyorsa, o zaman bileşke kuvvetin yer değiştirme üzerindeki izdüşümü, bireysel kuvvetlerin izdüşümlerinin toplamına eşittir:

F r = F 1r + F 2r + ... .

Bu nedenle, elde ettiğimiz bileşke kuvvetin işi için

A = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)

Bir cisme birden fazla kuvvet etki ediyorsa tam zamanlı iş(tüm kuvvetlerin çalışmalarının cebirsel toplamı) bileşke kuvvetin işine eşittir.

Bir kuvvetin yaptığı iş grafiksel olarak gösterilebilir. Bunu, vücut düz bir çizgide hareket ettiğinde kuvvet izdüşümünün vücudun koordinatlarına bağımlılığını şekilde tasvir ederek açıklayalım.

Vücudun OX ekseni boyunca hareket etmesine izin verin (Şekil 5.2), ardından

Fcosα = F x , |Δ| = Δx.

Aldığımız kuvvet işi için

A = F|Δ|cosα = F x Δx.

Açıkçası, Şekil (5.3, a)'da gölgelenen dikdörtgenin alanı, bir cismi x1 koordinatlı bir noktadan x2 koordinatlı bir noktaya hareket ettirirken yapılan işe sayısal olarak eşittir.

Formül (5.1) kuvvetin yer değiştirmeye yansımasının sabit olduğu durumda geçerlidir. Eğrisel bir yörünge, sabit veya değişken kuvvet durumunda, yörüngeyi doğrusal olarak kabul edilebilecek küçük parçalara ve küçük bir yer değiştirmede kuvvetin izdüşümüne böleriz. Δ - devamlı.

İş birimi.

İş birimi temel formül (5.2) kullanılarak belirlenebilir. Bir cismi birim uzunluk başına hareket ettirirken, modülü bire eşit olan bir kuvvet ona etki ediyorsa ve kuvvetin yönü, uygulama noktasının hareket yönü ile çakışıyorsa (α = 0), o zaman iş bire eşit olacaktır. Uluslararası Sistemde (SI), iş birimi joule'dür (J ile gösterilir):

1 J = 1 N 1 m = 1 Nm.

Joule- bu, eğer kuvvet ve yer değiştirme yönleri çakışıyorsa, 1 N'lik bir kuvvetin 1 yer değiştirmesi üzerinde yaptığı iştir.

Genellikle birden fazla iş birimi kullanılır: kilojoule ve megajoule:

1 kJ = 1000 J,
1 MJ = 1000000 J.

İş çok kısa bir sürede tamamlanabileceği gibi çok uzun bir sürede de tamamlanabilir. Ancak pratikte işin hızlı mı yoksa yavaş mı yapılacağı hiç de kayıtsız değildir. İşin yapıldığı süre herhangi bir motorun performansını belirler. Küçük bir elektrik motoru çok fazla iş yapabilir, ancak çok zaman alacaktır. Bu nedenle, işin yanı sıra, üretilme hızını karakterize eden bir miktar da ortaya çıkar - güç.

Güç, A işinin bu işin yapıldığı Δt zaman aralığına oranıdır; yani güç işin hızıdır:

A işi yerine formül (5.4)'ün ifadesini (5.2) yerine koyarsak, şunu elde ederiz:

Dolayısıyla, eğer bir cismin kuvveti ve hızı sabitse, o zaman güç, kuvvet vektörünün büyüklüğünün hız vektörünün büyüklüğüne ve bu vektörlerin yönleri arasındaki açının kosinüsüne çarpımına eşittir. Eğer bu miktarlar değişkense, o zaman formül (5.4) kullanılarak ortalama güç, bir cismin ortalama hızının belirlenmesine benzer şekilde belirlenebilir.

Herhangi bir mekanizmanın (pompa, vinç, makine motoru vb.) birim zamanda yaptığı işi değerlendirmek için güç kavramı ortaya atılmıştır. Bu nedenle (5.4) ve (5.5) formüllerinde her zaman çekiş kuvveti kastedilmektedir.

SI'da güç şu şekilde ifade edilir: watt (W).

1 saniyede 1 J'ye eşit iş yapılırsa güç 1 W'a eşittir.

Watt'ın yanı sıra daha büyük (birden fazla) güç birimi kullanılır:

1 kW (kilovat) = 1000 W,
1 MW (megawatt) = 1.000.000 W.

1. Mekanik iş ​\(A \) ​, vücuda etki eden kuvvet vektörü ile onun yer değiştirme vektörünün çarpımına eşit fiziksel bir niceliktir:​\(A=\vec(F)\vec(S) \) ​. İş, sayısal bir değer ve bir birim ile karakterize edilen skaler bir miktardır.

Bir iş birimi 1 joule (1 J) olarak alınır. Bu, 1 N'lik bir kuvvetin 1 m'lik yol boyunca yaptığı iştir.

\[ [\,A\,]=[\,F\,][\,S\,]; [\,A\,]=1Н\cdot1m=1J\]

2. Cisme etki eden kuvvet yer değiştirmeyle belirli bir açı yaparsa ​\(\alpha \) ​, o zaman kuvvetin ​\(F \) ​ X eksenine izdüşümü ​\(F_x \) ​'e eşittir (Şek. 42).

​\(F_x=F\cdot\cos\alpha \) ​ olduğundan, o zaman \(A=FS\cos\alpha \) .

Dolayısıyla sabit bir kuvvetin işi, kuvvet ve yer değiştirme vektörlerinin büyüklükleri ile bu vektörler arasındaki açının kosinüsünün çarpımına eşittir.

3. Kuvvet ​\(F\) ​ = 0 veya yer değiştirme ​\(S \) ​ = 0 ise mekanik iş sıfırdır ​\(A \) ​ = 0. Kuvvet vektörü yer değiştirmeye dikse iş sıfırdır vektör, t.e. ​\(\cos90^\circ \) ​ = 0. Dolayısıyla, cisme merkezcil ivme kazandıran kuvvetin bir daire içindeki düzgün hareketi sırasında yaptığı iş sıfıra eşittir, çünkü bu kuvvet cismin yönüne diktir. Yörüngenin herhangi bir noktasında vücudun hareketi.

4. Bir kuvvetin yaptığı iş pozitif ya da negatif olabilir. İş pozitiftir ​\(A \) ​ > 0, eğer açı 90° > ​\(\alpha \) ​ ≥ 0°; eğer açı 180° > ​\(\alpha \) ​ ≥ 90° ise iş negatiftir ​\(A \) ​< 0.

Açı ​\(\alpha \) ​ = 0° ise ​\(\cos\alpha \) ​ = 1, ​\(A=FS \) ​. Açı ​\(\alpha \) ​ = 180° ise ​\(\cos\alpha \) ​ = -1, ​\(A=-FS \) ​.

5. Bir yükseklikten serbest düşüşte ​\(h\) ​ kütleli bir cisim ​\(m\) ​ 1. pozisyondan 2. pozisyona hareket eder (Şekil 43). Bu durumda yerçekimi kuvveti şuna eşit iş yapar:

\[ A=F_тh=mg(h_1-h_2)=mgh \]

​Bir cisim dikey olarak aşağı doğru hareket ettiğinde kuvvet ve yer değiştirme tek bir yöne yönlendirilir ve yerçekimi olumlu çalışma.

Bir cisim yukarı doğru yükselirse, yerçekimi kuvveti aşağı doğru yönlendirilir ve yukarı doğru hareket ederse, yerçekimi kuvveti negatif iş yapar, yani.

\[ A=-F_тh=-mg(h_1-h_2)=-mgh \]

6. Çalışma grafiksel olarak sunulabilir. Şekil, yerçekiminin Dünya yüzeyine göre bir cismin yüksekliğine bağımlılığının bir grafiğini göstermektedir (Şekil 44). Grafiksel olarak, yerçekimi işi, grafiğin sınırladığı, koordinat eksenleri ve apsis eksenine dik olan şeklin (dikdörtgenin) alanına eşittir.
​\(h\) ​ noktasında.

Elastik kuvvete karşı yayın uzamasının grafiği, koordinatların orijininden geçen düz bir çizgidir (Şekil 45). Yerçekimi işine benzetilecek olursa, elastik kuvvetin işi, grafiğin sınırladığı üçgenin alanına, koordinat eksenlerine ve ​\(x\) ​ noktasında apsise dik olan alana eşittir.
​\(A=Fx/2=kx\cdot x/2 \) ​.

7. Yer çekiminin yaptığı iş, cismin hareket ettiği yörüngenin şekline bağlı değildir; vücudun başlangıç ​​ve son konumlarına bağlıdır. Önce cismin AB yörüngesi boyunca A noktasından B noktasına hareket etmesine izin verin (Şekil 46). Bu durumda yer çekimi işi

\[ A_(AB)=mgh \]

Şimdi cismin A noktasından B noktasına, önce AC eğik düzlemi boyunca, sonra da BC eğik düzleminin tabanı boyunca hareket etmesine izin verin. Uçak boyunca hareket ederken yerçekiminin yaptığı iş sıfırdır. AC boyunca hareket ederken yerçekimi işi, yerçekiminin eğimli düzlem üzerindeki izdüşümü ​\(mg\sin\alpha \) ​ ile eğimli düzlemin uzunluğunun çarpımına eşittir; yani. ​ \(A_(AC)=mg\sin\alpha\cdot l \)​. Çarpım ​\(l\cdot\sin\alpha=h \) ​. Sonra \(A_(AC)=mgh \) . Bir cismi iki farklı yörünge boyunca hareket ettirirken yerçekimi işi, yörüngenin şekline bağlı değildir, ancak cismin başlangıç ​​ve son konumlarına bağlıdır.

Elastik kuvvetin işi aynı zamanda yörüngenin şekline de bağlı değildir.

Bir cismin ACB yörüngesi boyunca A noktasından B noktasına ve daha sonra BA yörüngesi boyunca B noktasından A noktasına hareket ettiğini varsayalım. ACB yörüngesi boyunca hareket ederken, yerçekimi pozitif iş yapar; BA yörüngesi boyunca hareket ederken, yerçekimi işi negatiftir ve ACB yörüngesi boyunca hareket ederken yapılan işe eşit büyüklüktedir. Bu nedenle kapalı bir yol boyunca yerçekiminin yaptığı iş sıfırdır. Aynı şey elastik kuvvetin işi için de geçerlidir.

İşi yörüngenin şekline bağlı olmayan ve kapalı bir yörünge boyunca sıfıra eşit olan kuvvetlere muhafazakar kuvvetler denir. Korunumlu kuvvetler yerçekimi ve elastikiyeti içerir.

8. İşi yolun şekline bağlı olan kuvvetlere korunumlu olmayan kuvvetler denir. Sürtünme kuvveti korunumlu değildir. Bir cisim A noktasından B noktasına (Şekil 47) önce düz bir çizgi boyunca, sonra da ACB kırık çizgisi boyunca hareket ediyorsa, o zaman ilk durumda sürtünme kuvvetinin işi ​\(A_(AB)=-Fl_( AB) \) ​ ve ikincisinde ​\(A_(ABC)=A_(AC)+A_(CB) ​, \(A_(ABC)=-Fl_(AC)-Fl_(CB) \) .

Bu nedenle iş ​\(A_(AB) \) ​ işe ​\(A_(ABC) \) ​ eşit değildir.

9. Güç, işin yapıldığı süreye oranına eşit fiziksel bir miktardır. Güç, işin yapılma hızını karakterize eder.

Güç ​\(N\) ​ harfiyle gösterilir.

Güç birimi: ​\([N]=[A]/[t] \) ​. ​\([N] \) ​ = 1 J/1 sn = 1 J/s. Bu birime watt (W) denir. Bir watt, 1 saniyede 1 J'lik işin yapıldığı güçtür.

10. Motorun ürettiği güç şuna eşittir: ​\(N = A/t \) ​, ​\(A=F\cdot S \) ​, dolayısıyla ​\(N=FS/t \) ​. Hareketin zamana oranı hareket hızıdır: ​\(S/t = v\) ​. Nerede ​\(N = Fv \) ​.

Ortaya çıkan formülden, sabit bir direnç kuvveti ile hareket hızının motor gücüyle doğru orantılı olduğu açıktır.

Çeşitli makine ve mekanizmalarda mekanik enerji dönüştürülür. Enerji nedeniyle dönüşümü sırasında iş yapılır. Bu durumda enerjinin yalnızca bir kısmı faydalı işler yapmaya harcanır. Enerjinin bir kısmı sürtünme kuvvetlerine karşı iş yapmak için harcanır. Böylece herhangi bir makine, kendisine aktarılan enerjinin ne kadarının faydalı şekilde kullanıldığını gösteren bir değerle karakterize edilir. Bu miktara denir katsayı yararlı eylem(yeterlik).

Verimlilik katsayısı, faydalı işin ​\((A_p) \) ​ tamamlanan tüm işe \((A_s) \) : ​\(\eta=A_p/A_s \) ​ oranına eşit bir değerdir. Verimlilik yüzde olarak ifade edilir.

Bölüm 1

1. İş formülle belirlenir

1) ​\(A=Fv \) ​
2) \(A=N/t\) ​
3) \(A=mv\) ​
4) \(A=FS \) ​

2. Yük, kendisine bağlanan bir halat sayesinde dikey olarak yukarı doğru eşit şekilde kaldırılır. Bu durumda yer çekimi işi

1) sıfıra eşit
2) olumlu
3) olumsuz
4) elastik kuvvetin daha fazla işi

3. Kutu, kendisine bağlı bir ip ile yatayla 60° açı yapacak şekilde 30 N'luk bir kuvvet uygulanarak çekiliyor. Yer değiştirme modülü 10 m ise bu kuvvetin yaptığı iş nedir?

1) 300J
2) 150J
3) 3J
4) 1,5J

4. Kütlesi ​\(m\) ​'ye eşit olan yapay bir Dünya uydusu, ​\(R\) ​ yarıçaplı dairesel bir yörüngede düzgün bir şekilde hareket eder. Yer çekiminin dönme periyoduna eşit bir zamanda yaptığı iş eşittir

1) ​\(mgR \) ​
2) ​\(\pi mgR \) ​
3) \(2\pi mgR \) ​
4) ​\(0 \) ​

5. 1,2 ton ağırlığındaki bir araba yatay bir yolda 800 m yol kat ediyor. Sürtünme katsayısı 0,1 ise sürtünme kuvveti ne kadar iş yapmıştır?

1) -960kJ
2) -96kJ
3) 960kJ
4) 96kJ

6. Rijitliği 200 N/m olan bir yay 5 cm gerildiğinde, yay dengeye döndüğünde elastik kuvvet ne kadar iş yapar?

1) 0,25J
2) 5J
3) 250J
4) 500J

7. Aynı kütleye sahip toplar şekilde gösterildiği gibi üç farklı kanal boyunca kaydıraktan aşağı yuvarlanıyor. Hangi durumda yerçekiminin yaptığı iş en büyük olur?

1) 1
2) 2
3) 3
4) iş her durumda aynıdır

8. Kapalı bir yol boyunca çalışma sıfırdır

A. Sürtünme kuvvetleri
B. Elastik kuvvetler

Doğru cevap

1) hem A hem de B
2) yalnızca bir
3) yalnızca B
4) ne A ne de B

9. SI güç birimi

1) J
2) W
3) J'ler
4) Nm

10. Neye eşittir faydalı iş Yapılan iş 1000 J ve motor verimi %40 ise?

1) 40000J
2) 1000J
3) 400J
4) 25J

11. Kuvvet işi (tablonun sol sütununda) ile işin işareti (tablonun sağ sütununda) arasında bir yazışma oluşturun. Cevabınızda seçilen sayıları karşılık gelen harflerin altına yazın.

KUVVET İŞİ
A. Bir yayı gererken elastik kuvvetin yaptığı iş
B. Sürtünme kuvveti işi
B. Bir cisim düştüğünde yer çekimi işi

ÇALIŞMA İŞARETİ
1) olumlu
2) olumsuz
3) sıfıra eşit

12. Aşağıdaki ifadelerden doğru olanlardan ikisini seçip sayılarını tabloya yazınız.

1) Yerçekimi işi yörüngenin şekline bağlı değildir.
2) Vücudun herhangi bir hareketi sırasında iş yapılır.
3) Kayma sürtünme kuvvetinin yaptığı iş her zaman negatiftir.
4) Elastik kuvvetin yaptığı iş kapalı döngü sıfıra eşit değil.
5) Sürtünme kuvvetinin işi yörüngenin şekline bağlı değildir.

Bölüm 2

13. Bir vinç, 300 kg ağırlığındaki bir yükü 10 saniyede 3 m yüksekliğe eşit şekilde kaldırıyor. Vincin gücü nedir?

Yanıtlar

Mekaniğin en önemli kavramlarından biri kuvvet işi .

Kuvvet işi

Çevremizdeki dünyadaki tüm fiziksel bedenler kuvvetle harekete geçirilir. Aynı veya zıt yönde hareket eden bir cisme bir veya daha fazla cisimden gelen bir kuvvet veya birden fazla kuvvet etki ediyorsa buna denir. iş yapılıyor .

Yani mekanik iş, vücuda etki eden bir kuvvet tarafından gerçekleştirilir. Böylece elektrikli lokomotifin çekiş kuvveti tüm treni harekete geçirerek mekanik iş gerçekleştirir. Bisiklet, bisikletçinin bacaklarının kas gücüyle hareket ettirilir. Sonuç olarak bu kuvvet aynı zamanda mekanik iş de yapar.

Fizikte kuvvet işi isminde fiziksel miktar kuvvet modülü, kuvvetin uygulama noktasının yer değiştirme modülü ve kuvvet ile yer değiştirme vektörleri arasındaki açının kosinüsünün çarpımına eşittir.

A = F s çünkü (F, s) ,

Nerede F kuvvet modülü,

S - seyahat modülü .

Kuvvet rüzgarları ile yer değiştirme arasındaki açı sıfır değilse iş her zaman yapılır. Eğer kuvvet hareket yönünün tersi yönde etki ediyorsa iş miktarı negatiftir.

Cismin üzerine herhangi bir kuvvet etki etmiyorsa veya uygulanan kuvvet ile hareket yönü arasındaki açı 90 o (cos 90 o = 0) ise iş yapılmaz.

Bir at bir arabayı çekerse, o zaman atın kas kuvveti veya arabanın hareket yönüne yönlendirilen çekiş kuvveti işe yarar. Ancak sürücünün arabaya bastırdığı yerçekimi kuvveti, hareket yönüne dik olarak aşağıya doğru yönlendirildiği için herhangi bir iş yapmaz.

Kuvvet işi skaler bir büyüklüktür.

SI ölçüm sistemindeki iş birimi - joule. 1 joule, kuvvetin ve yer değiştirmenin yönleri çakışırsa, 1 newtonluk bir kuvvetin 1 m uzaklıkta yaptığı iştir.

Eğer vücutta veya maddi nokta Eğer birden fazla kuvvet etki ediyorsa, bunların bileşke kuvvetlerinin yaptığı işten bahsederiz.

Uygulanan kuvvet sabit değilse işi integral olarak hesaplanır:

Güç

Bir cismi harekete geçiren kuvvet mekanik iş yapar. Ancak bu işin nasıl hızlı veya yavaş yapıldığını pratikte bilmek bazen çok önemlidir. Sonuçta aynı iş şurada da yapılabilir farklı zaman. Büyük bir elektrik motorunun yaptığı işi küçük bir motor yapabilir. Ancak bunun için çok daha fazla zamana ihtiyacı olacak.

Mekanikte işin hızını karakterize eden bir miktar vardır. Bu miktara denir güç.

Güç, belirli bir sürede yapılan işin bu dönemin değerine oranıdır.

N= bir /∆ T

A-tarikatı bir = F S çünkü α , A a/∆ t = v , buradan

N= F v çünkü α = F v ,

Nerede F - güç, v hız, α – kuvvetin yönü ile hızın yönü arasındaki açı.

Yani güç - bu cismin kuvvet vektörü ile hız vektörünün skaler çarpımıdır.

İÇİNDE uluslararası sistem SI gücü watt (W) cinsinden ölçülür.

1 watt güç, 1 saniyede (s) yapılan 1 joule (J) iştir.

İş yapan kuvvet veya bu işin yapılma hızı arttırılarak güç artırılabilir.