Prije otkrivanja teme „Kako se mjeri rad“, potrebno je napraviti malu digresiju. Sve na ovom svijetu pokorava se zakonima fizike. Svaki proces ili pojava može se objasniti na osnovu određenih zakona fizike. Za svaku mjerenu veličinu postoji jedinica u kojoj se obično mjeri. Mjerne jedinice su konstantne i imaju isto značenje u cijelom svijetu.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-1-768x451..jpg 1024w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Sistem međunarodnih jedinica
Razlog za to je sljedeći. Šezdesete godine 19. na Jedanaestoj generalnoj konferenciji o utezima i mjerama usvojen je sistem mjerenja koji je priznat u cijelom svijetu. Ovaj sistem je nazvan Le Système International d’Unités, SI (SI System International). Ovaj sistem je postao osnova za određivanje mjernih jedinica prihvaćenih u cijelom svijetu i njihovih odnosa.
Fizički termini i terminologija
U fizici se jedinica mjerenja rada sile naziva J (Joule), u čast engleskog fizičara Jamesa Joulea, koji je napravio ogroman doprinos u razvoju sekcije termodinamike u fizici. Jedan džul jednaka radu koju stvara sila od jedan N (njutn), kada se njena primjena pomjeri za jedan M (metar) u smjeru sile. Jedan N (njutn) jednak je sili od jednog kg (kilogram) mase sa ubrzanjem od jednog m/s2 (metar u sekundi) u smjeru sile.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-2-2-210x140.jpg 210w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Formula za pronalaženje posla
Za tvoju informaciju. U fizici je sve međusobno povezano; obavljanje bilo kojeg posla uključuje izvođenje dodatnih radnji. Kao primjer možemo uzeti kućni ventilator. Kada je ventilator uključen, lopatice ventilatora počinju da se okreću. Rotirajuće lopatice utiču na protok vazduha, dajući mu usmereno kretanje. Ovo je rezultat rada. Ali za obavljanje posla neophodan je utjecaj drugih vanjskih sila, bez kojih je djelovanje nemoguće. To uključuje električnu struju, snagu, napon i mnoge druge povezane vrijednosti.
Električna struja, u svojoj srži, je uređeno kretanje elektrona u provodniku u jedinici vremena. Električna struja se zasniva na pozitivno ili negativno nabijenim česticama. Zovu se električni naboji. Označen slovima C, q, Kl (Coulomb), nazvan po francuskom naučniku i pronalazaču Charlesu Coulomb-u. U SI sistemu, to je jedinica mjere za broj naelektrisanih elektrona. 1 C je jednako zapremini naelektrisanih čestica koje prolaze kroz poprečni presek provodnika u jedinici vremena. Jedinica vremena je jedna sekunda. Formula za električni naboj prikazana je na donjoj slici.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-3-768x486..jpg 848w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Formula za pronalaženje električnog naboja
Jačina električne struje je označena slovom A (amper). Amper je jedinica u fizici koja karakterizira mjerenje rada sile koja se troši na kretanje naelektrisanja duž provodnika. U svojoj srži, električna struja je uređeno kretanje elektrona u vodiču pod utjecajem elektromagnetno polje. Provodnik je materijal ili rastopljena so (elektrolit) koji ima mali otpor prolazu elektrona. Na snagu električne struje utiču dvije fizičke veličine: napon i otpor. O njima će biti riječi u nastavku. Jačina struje je uvijek direktno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-4-768x552..jpg 800w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Formula za pronalaženje jačine struje
Kao što je gore spomenuto, električna struja je uređeno kretanje elektrona u vodiču. Ali postoji jedno upozorenje: potreban im je određeni uticaj da bi se pomerili. Ovaj efekat se stvara stvaranjem potencijalne razlike. Električni naboj može biti pozitivan ili negativan. Pozitivni naboji uvijek teže negativnim nabojima. Ovo je neophodno za ravnotežu sistema. Razlika između broja pozitivno i negativno nabijenih čestica naziva se električni napon.
Gif?.gif 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-5-768x499.gif 768w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Formula za pronalaženje napona
Snaga je količina energije koja se troši da se izvrši jedan J (Joule) rada u vremenskom periodu od jedne sekunde. Jedinica mjerenja u fizici je označena kao W (Watt), u SI sistemu W (Watt). Budući da se u obzir uzima električna snaga, ovdje je to vrijednost električne energije utrošene za obavljanje određene radnje u određenom vremenskom periodu.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-6-120x74..jpg 750w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Formula za pronalaženje električne energije
U zaključku, treba napomenuti da je jedinica rada skalarna količina, ima vezu sa svim granama fizike i može se posmatrati iz perspektive ne samo elektrodinamike ili termotehnike, već i drugih sekcija. U članku se ukratko ispituje vrijednost koja karakterizira mjernu jedinicu rada sile.
Video
Jedan od najvažnijih koncepata mehanika - rad sile .
Rad sile
Sva fizička tijela u svijetu oko nas pokreću se silom. Ako na tijelo koje se kreće u istom ili suprotnom smjeru djeluje sila ili više sila iz jednog ili više tijela, onda se kaže da posao se obavlja .
To jest, mehanički rad se izvodi silom koja djeluje na tijelo. Dakle, vučna sila električne lokomotive pokreće cijeli voz, čime se obavlja mehanički rad. Bicikl se pokreće mišićnom snagom nogu bicikliste. Shodno tome, ova sila vrši i mehanički rad.
U fizici rad sile nazovimo fizičku veličinu jednaku proizvodu modula sile, modula pomaka tačke primjene sile i kosinusa ugla između vektora sile i pomaka.
A = F s cos (F, s) ,
Gdje F modul sile,
s – putni modul .
Rad se uvijek obavlja ako ugao između vjetrova sile i pomaka nije jednak nuli. Ako sila djeluje u smjeru suprotnom od smjera kretanja, količina rada je negativna.
Nema rada ako na tijelo ne djeluju sile, ili ako je ugao između primijenjene sile i smjera kretanja 90 o (cos 90 o = 0).
Ako konj vuče zapregu, tada mišićna sila konja, ili vučna sila usmjerena duž smjera kretanja kolica, djeluje. Ali sila gravitacije kojom vozač pritiska kolica ne radi nikakav posao, jer je usmjerena nadolje, okomito na smjer kretanja.
Rad sile je skalarna veličina.
Jedinica rada u SI mjernom sistemu - džul. 1 džul je rad koji izvrši sila od 1 njutna na udaljenosti od 1 m ako se pravci sile i pomaka poklapaju.
Ako na tijelo ili materijalnu tačku djeluje više sila, onda govorimo o radu koji je izvršila njihova rezultantna sila.
Ako primijenjena sila nije konstantna, tada se njen rad izračunava kao integral:
Snaga
Sila koja pokreće tijelo vrši mehanički rad. Ali kako se ovaj posao obavlja, brzo ili sporo, ponekad je veoma važno znati u praksi. Na kraju krajeva, isti posao se može obaviti u drugačije vrijeme. Posao koji obavlja veliki električni motor može obaviti mali motor. Ali za ovo će mu trebati mnogo više vremena.
U mehanici postoji veličina koja karakteriše brzinu rada. Ova količina se zove moć.
Snaga je odnos rada obavljenog u određenom vremenskom periodu i vrijednosti tog perioda.
N= A /∆ t
A-prioritet A = F s cos α , A s/∆ t = v , dakle
N= F v cos α = F v ,
Gdje F - sila, v brzina, α – ugao između smjera sile i smjera brzine.
To je snaga - Ovo skalarni proizvod vektor sile prema vektoru brzine tijela.
IN međunarodni sistem SI snaga se mjeri u vatima (W).
1 vat snage je 1 džul (J) rada obavljenog u 1 sekundi (s).
Snaga se može povećati povećanjem sile koja obavlja rad ili brzine kojom se taj rad obavlja.
sadržaj:Električna struja se stvara da bi se u budućnosti koristila za određene svrhe, za obavljanje nekog posla. Zahvaljujući struji svi uređaji, uređaji i oprema funkcionišu. Sam rad predstavlja određeni napor uložen da se električni naboj pomjeri na zadatu udaljenost. Uobičajeno, takav rad u krugu će biti jednak numerička vrijednost stresa u ovoj oblasti.
Da biste izvršili potrebne proračune, morate znati kako se mjeri rad struje. Svi proračuni se vrše na osnovu početnih podataka dobijenih pomoću mjernih instrumenata. Što je veći naboj, potrebno je više truda da se pomeri i više posla će biti obavljeno.
Kako se zove rad struje?
Električna struja, kao fizička veličina, sama po sebi nema praktični značaj. Većina važan faktor je djelovanje struje, karakterizirano radom koji obavlja. Sam rad predstavlja određene radnje tokom kojih se jedna vrsta energije pretvara u drugu. Na primjer, električna energija se pretvara u mehaničku energiju rotacijom osovine motora. Sam rad električne struje je kretanje naelektrisanja u vodiču pod uticajem električnog polja. U stvari, sav posao kretanja nabijenih čestica obavlja električno polje.
Da bi se izvršili proračuni, mora se izvesti formula za rad električne struje. Da biste kompajlirali formule, trebat će vam parametri kao što su jačina struje i. Budući da su rad električne struje i rad električnog polja ista stvar, on će se izraziti kao proizvod napona i naboja koji teče u provodniku. To jest: A = Uq. Ova formula je izvedena iz odnosa koji određuje napon u provodniku: U = A/q. Iz toga slijedi da napon predstavlja rad električnog polja A da transportuje nabijenu česticu q.
Sama naelektrisana čestica ili naelektrisanje se prikazuje kao proizvod jačine struje i vremena utrošenog na kretanje ovog naboja duž provodnika: q = It. U ovoj formuli korištena je relacija za jačinu struje u provodniku: I = q/t. Odnosno, to je omjer naboja i vremenskog perioda tokom kojeg naelektrisanje prolazi kroz poprečni presjek provodnika. U konačnom obliku, formula za rad električne struje će izgledati kao proizvod poznatih veličina: A = UIt.
U kojim jedinicama se mjeri rad električne struje?
Prije nego što se direktno pozabavimo pitanjem kako se mjeri rad električne struje, potrebno je prikupiti mjerne jedinice svih fizičkih veličina s kojima se ovaj parametar izračunava. Svaki rad, dakle, jedinica mjerenja ove količine bit će 1 džul (1 J). Napon se mjeri u voltima, struja u amperima, a vrijeme u sekundama. To znači da će jedinica mjere izgledati ovako: 1 J = 1V x 1A x 1s.
Na osnovu dobijenih mernih jedinica rad električne struje će se odrediti kao umnožak jačine struje u delu kola, napona na krajevima preseka i vremenskog perioda tokom kojeg struja teče kroz struju. kondukter.
Mjerenja se vrše pomoću voltmetra i sata. Ovi uređaji vam omogućavaju da efikasno riješite problem kako pronaći tačna vrijednost ovaj parametar. Prilikom spajanja ampermetra i voltmetra u strujni krug, potrebno je pratiti njihova očitanja u određenom vremenskom periodu. Dobijeni podaci se ubacuju u formulu, nakon čega se prikazuje konačni rezultat.
Funkcije sva tri uređaja kombinovane su u električnim brojilima koji uzimaju u obzir utrošenu energiju, a zapravo rad koji obavlja električna struja. Ovdje se koristi druga jedinica - 1 kW x h, što takođe znači koliko je posla obavljeno u jedinici vremena.
Da bi se mogle okarakterisati energetske karakteristike kretanja, uveden je pojam mehaničkog rada. I članak je posvećen tome u raznim manifestacijama. Tema je i laka i prilično teška za razumjeti. Autor se iskreno trudio da ga učini razumljivijim i pristupačnijim za razumijevanje, a ostaje nam nadati se da je cilj postignut.
Kako se zove mehanički rad?
Kako se zove? Ako na tijelo djeluje neka sila, a uslijed njenog djelovanja tijelo se kreće, onda se to naziva mehanički rad. Kada se pristupi sa stanovišta naučne filozofije, nekoliko dodatni aspekti, ali će članak pokriti temu sa stanovišta fizike. Mehanički rad- nije teško ako dobro razmislite o riječima koje su ovdje napisane. Ali riječ "mehanički" obično se ne piše, a sve je skraćeno na riječ "rad". Ali nije svaki posao mehanički. Evo čovjeka koji sjedi i razmišlja. Da li radi? Mentalno da! Ali da li je to mehanički rad? br. Šta ako osoba hoda? Ako se tijelo kreće pod utjecajem sile, onda je to mehanički rad. To je jednostavno. Drugim riječima, sila koja djeluje na tijelo vrši (mehanički) rad. I još nešto: rad je taj koji može karakterizirati rezultat djelovanja određene sile. Dakle, ako osoba hoda, tada određene sile (trenje, gravitacija, itd.) vrše mehanički rad na osobi, a kao rezultat njihovog djelovanja, osoba mijenja svoju tačku lokacije, drugim riječima, kreće se.
Rad kao fizička veličina jednak je sili koja djeluje na tijelo, pomnoženoj s putanjom koju je tijelo prešlo pod utjecajem te sile iu smjeru koji njome ukazuje. Možemo reći da je mehanički rad obavljen ako su istovremeno ispunjena 2 uslova: na tijelo je djelovala sila i ono se kretalo u smjeru svog djelovanja. Ali to se nije dogodilo ili se ne događa ako je djelovala sila i tijelo nije promijenilo svoju lokaciju u koordinatnom sistemu. Evo mali primjeri kada se ne izvode nikakav mehanički rad:
- Dakle, osoba se može osloniti na ogromnu stenu da bi je pomerila, ali nema dovoljno snage. Sila djeluje na kamen, ali se on ne pomiče i ne dolazi do posla.
- Tijelo se kreće u koordinatnom sistemu, a sila je jednaka nuli ili su sve kompenzirane. To se može primijetiti dok se krećete po inerciji.
- Kada je smjer u kojem se tijelo kreće okomit na djelovanje sile. Kada se voz kreće duž horizontalne linije, gravitacija ne radi svoj posao.
U zavisnosti od određenih uslova, mehanički rad može biti negativan ili pozitivan. Dakle, ako su smjerovi i sila i kretanja tijela isti, tada se javlja pozitivan rad. Primjer pozitivnog rada je učinak gravitacije na kap vode koja pada. Ali ako su sila i smjer kretanja suprotni, tada se javlja negativan mehanički rad. Primjer takve opcije je balon koji se diže prema gore i sila gravitacije, koja radi negativan rad. Kada je tijelo podvrgnuto utjecaju više sila, takav rad se naziva "rezultantni rad sile".
Karakteristike praktične primjene (kinetička energija)
Pređimo s teorije na praktični dio. Posebno treba govoriti o mehaničkom radu i njegovoj upotrebi u fizici. Kao što se mnogi vjerovatno sjećaju, sva energija tijela podijeljena je na kinetičku i potencijalnu. Kada je objekat u ravnoteži i ne kreće se nigde, njegova potencijalna energija je jednaka ukupna energija, a kinetička je jednaka nuli. Kada krene kretanje, potencijalna energija počinje da se smanjuje, kinetička energija počinje da raste, ali su ukupno jednake ukupnoj energiji objekta. Za materijalnu tačku, kinetička energija je definirana kao rad sile koja ubrzava tačku od nule do vrijednosti H, a u formulskom obliku kinetika tijela je jednaka ½*M*N, gdje je M masa. Da biste saznali kinetičku energiju objekta koji se sastoji od mnogo čestica, potrebno je pronaći zbir svih kinetičkih energija čestica, a to će biti kinetička energija tijela.
Karakteristike praktične primjene (potencijalna energija)
U slučaju kada su sve sile koje djeluju na tijelo konzervativne, a potencijalna energija jednaka ukupnoj, onda se ne vrši rad. Ovaj postulat je poznat kao zakon održanja mehaničke energije. Mehanička energija u zatvorenom sistemu je konstantna u vremenskom intervalu. Zakon održanja se široko koristi za rješavanje problema iz klasične mehanike.
Karakteristike praktične primjene (termodinamika)
U termodinamici, rad koji obavlja gas tokom ekspanzije izračunava se integralom pritiska i zapremine. Ovaj pristup je primenljiv ne samo u slučajevima kada postoji tačna funkcija zapremine, već i na sve procese koji se mogu prikazati u ravni pritisak/volumen. Također primjenjuje znanje o mehaničkom radu ne samo na plinove, već na sve što može vršiti pritisak.
Osobine praktične primjene u praksi (teorijska mehanika)
U teorijskoj mehanici detaljnije se razmatraju sva svojstva i formule opisane gore, posebno projekcije. Također daje svoju definiciju za različite formule mehaničkog rada (primjer definicije za Rimmerov integral): granica do koje teži zbir svih sila elementarnog rada, kada finoća particije teži nuli, naziva se rad sile duž krivine. Vjerovatno teško? Ali ništa, sve je u redu sa teoretskom mehanikom. Da, svi mašinski radovi, fizika i druge poteškoće su završene. Dalje će biti samo primjeri i zaključak.
Jedinice mjerenja mehaničkog rada
SI koristi džule za mjerenje rada, dok GHS koristi ergove:
- 1 J = 1 kg m²/s² = 1 N m
- 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 din cm
- 1 erg = 10 −7 J
Primjeri mehaničkog rada
Da biste konačno razumjeli takav koncept kao što je mehanički rad, trebali biste proučiti nekoliko pojedinačnih primjera koji će vam omogućiti da ga razmotrite s mnogo, ali ne sa svih strana:
- Kada osoba podiže kamen rukama, dolazi do mehaničkog rada uz pomoć mišićne snage njegovih ruku;
- Kada se voz kreće duž šina, vuče ga vučna sila traktora (električna lokomotiva, dizel lokomotiva itd.);
- Ako uzmete pištolj i pucate iz njega, tada će se zahvaljujući sili pritiska koju stvaraju barutni plinovi obaviti posao: metak se pomiče duž cijevi pištolja u isto vrijeme kada se povećava brzina samog metka;
- Mehanički rad postoji i kada sila trenja djeluje na tijelo, prisiljavajući ga da smanji brzinu svog kretanja;
- Gornji primjer sa kuglicama, kada se dižu u suprotnoj strani u odnosu na smjer gravitacije, također je primjer mehaničkog rada, ali osim gravitacije djeluje i Arhimedova sila kada se sve što je lakše od zraka diže prema gore.
Šta je moć?
Na kraju bih se dotaknuo teme moći. Rad koji izvrši sila u jednoj jedinici vremena naziva se snaga. U stvari, snaga je fizička veličina koja je odraz odnosa rada i određenog vremenskog perioda tokom kojeg je ovaj rad obavljen: M=P/B, gdje je M snaga, P je rad, B je vrijeme. SI jedinica snage je 1 W. Vat je jednak snazi koja obavi jedan džul rada u jednoj sekundi: 1 W=1J\1s.
Svako tijelo koje čini pokret može se okarakterizirati radom. Drugim riječima, karakterizira djelovanje sila.
Rad je definisan kao:
Proizvod modula sile i putanje koju pređe tijelo, pomnožen kosinusom ugla između smjera sile i kretanja.
Rad se mjeri u džulima:
1 [J] = = [kg* m2/s2]
Na primjer, tijelo A je pod utjecajem sile od 5 N prešlo 10 m. Odrediti rad koji je izvršilo tijelo.
Kako se smjer kretanja i djelovanje sile poklapaju, ugao između vektora sile i vektora pomaka bit će jednak 0°. Formula će biti pojednostavljena jer je kosinus ugla od 0° jednak 1.
Zamjenom početnih parametara u formulu, nalazimo:
A= 15 J.
Razmotrimo još jedan primjer: tijelo mase 2 kg, koje se kreće ubrzanjem od 6 m/s2, prešlo je 10 m. Odrediti rad koji je izvršilo tijelo ako se kretalo prema gore duž nagnute ravni pod uglom od 60°.
Za početak, izračunajmo koliku silu treba primijeniti da se tijelu prenese ubrzanje od 6 m/s2.
F = 2 kg * 6 m/s2 = 12 H.
Pod uticajem sile od 12N, telo se pomerilo za 10 m. Rad se može izračunati pomoću već poznate formule:
Gdje je a jednako 30°. Zamjenom početnih podataka u formulu dobijamo:
A= 103,2 J.
Snaga
Mnoge mašine i mehanizmi obavljaju isti posao u različitim vremenskim periodima. Da bismo ih uporedili, uvodi se pojam moći.
Snaga je veličina koja pokazuje količinu obavljenog posla u jedinici vremena.
Snaga se mjeri u vatima, u čast škotskog inženjera Jamesa Watta.
1 [Watt] = 1 [J/s].
Na primjer, velika dizalica je podigla teret težak 10 tona na visinu od 30 m za 1 minutu. Mala dizalica je podigla 2 tone cigli na istu visinu za 1 minut. Uporedite kapacitete dizalica.
Definirajmo radove koje obavljaju dizalice. Teret se podiže za 30m, dok savladava silu gravitacije, pa će sila utrošena na podizanje tereta biti jednaka sili interakcije između Zemlje i tereta (F=m*g). A rad je umnožak sila na pređenu udaljenost tereta, odnosno na visinu.
Za veliku dizalicu A1 = 10.000 kg * 30 m * 10 m/s2 = 3.000.000 J, a za malu dizalicu A2 = 2.000 kg * 30 m * 10 m/s2 = 600.000 J.
Snaga se može izračunati dijeljenjem rada s vremenom. Obje dizalice podigle su teret za 1 minut (60 sekundi).
Odavde:
N1 = 3.000.000 J/60 s = 50.000 W = 50 kW.
N2 = 600.000 J/ 60 s = 10.000 W = 10 kW.
Iz gornjih podataka jasno se vidi da je prva dizalica 5 puta snažnija od druge.