Šta to znači?
U fizici, "mehanički rad" je rad neke sile (gravitacije, elastičnosti, trenja, itd.) na tijelo, uslijed čega se tijelo kreće.
Često se riječ "mehanička" jednostavno ne napiše.
Ponekad možete naići na izraz „telo je izvršilo rad“, što u principu znači „sila koja deluje na telo je izvršila rad“.
Mislim - radim.
Idem - i ja radim.
Gdje je to ovdje? mehanički rad?
Ako se tijelo kreće pod djelovanjem sile, tada se vrši mehanički rad.
Kažu da tijelo radi.
Tačnije, to će biti ovako: rad vrši sila koja djeluje na tijelo.
Rad karakteriše rezultat sile.
Sile koje djeluju na osobu vrše mehanički rad na njemu, a kao rezultat djelovanja tih sila, osoba se kreće.
Rad je fizička veličina jednaka proizvodu sile koja djeluje na tijelo i putanje koju tijelo napravi pod utjecajem sile u smjeru te sile.
A - mašinski rad,
F - snaga,
S - prijeđena udaljenost.
Posao je obavljen, ako su istovremeno ispunjena 2 uslova: sila djeluje na tijelo i na njega
kreće se u pravcu sile.
Nema posla(tj. jednako 0), ako:
1. Sila djeluje, ali se tijelo ne kreće.
Na primjer: primjenjujemo silu na kamen, ali ga ne možemo pomjeriti.
2. Tijelo se kreće, a sila je nula, ili su sve sile kompenzirane (tj. rezultanta ovih sila je 0).
Na primjer: kada se krećete po inerciji, rad se ne obavlja.
3. Smjer sile i smjer kretanja tijela su međusobno okomiti.
Na primjer: kada se voz kreće horizontalno, gravitacija ne radi.
Rad može biti pozitivan i negativan
1. Ako se smjer sile i smjer kretanja tijela poklapaju, vrši se pozitivan rad.
Na primjer: sila gravitacije, koja djeluje na kap vode koja pada, čini pozitivan rad.
2. Ako je smjer sile i kretanja tijela suprotan, vrši se negativan rad.
Na primjer: sila gravitacije koja djeluje na balon koji se diže radi negativan rad.
Ako na tijelo djeluje više sila, onda puno radno vrijeme svih sila jednaka je radu rezultujuće sile.
Jedinice rada
U čast engleskog naučnika D. Joulea, jedinica rada je nazvana 1 Joule.
IN međunarodni sistem jedinice (SI):
[A] = J = N m
1J = 1N 1m
Mehanički rad je jednak 1 J ako se pod uticajem sile od 1 N tijelo pomjeri 1 m u smjeru ove sile.
Kada letite iz thumb muške ruke na indeksu
komarac radi - 0.000 000 000 000 000 000 000 000 001 J.
Ljudsko srce izvrši približno 1 J rada po kontrakciji, što odgovara radu pri podizanju tereta težine 10 kg na visinu od 1 cm.
NA POSAO, PRIJATELJI!
U našem svakodnevnom iskustvu, riječ “rad” se vrlo često pojavljuje. Ali treba razlikovati fiziološki rad od rada sa stanovišta nauke fizike. Kada dođete kući sa časa, kažete: „O, kako sam umoran!“ Ovo je fiziološki rad. Ili, na primjer, rad tima u narodna priča"Repa".
Slika 1. Rad u svakodnevnom smislu te riječi
Ovdje ćemo govoriti o radu sa stanovišta fizike.
Mehanički rad se izvodi ako se tijelo kreće pod djelovanjem sile. Rad je naznačen latinično pismo O: Strožija definicija rada zvuči ovako.
Rad sile je fizička veličina jednaka proizvodu veličine sile i udaljenosti koju tijelo pređe u smjeru djelovanja sile.
Slika 2. Rad je fizička veličina
Formula vrijedi kada na tijelo djeluje konstantna sila.
U međunarodnom sistemu SI jedinica rad se mjeri u džulima.
To znači da ako se pod utjecajem sile od 1 njutna tijelo pomjeri za 1 metar, tada ta sila izvrši rad od 1 džula.
Jedinica rada je nazvana po engleskom naučniku Jamesu Prescott Jouleu.
Slika 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)
Iz formule za izračunavanje rada proizilazi da postoje tri moguća slučaja kada je rad jednak nuli.
Prvi slučaj je kada na tijelo djeluje sila, a tijelo se ne kreće. Na primjer, kuća podliježe ogromna snaga gravitacije. Ali ona ne radi nikakav posao jer je kuća nepomična.
Drugi slučaj je kada se tijelo kreće po inerciji, odnosno na njega ne djeluju sile. Na primjer, svemirski brod kreće se u međugalaktičkom prostoru.
Treći slučaj je kada sila djeluje na tijelo okomito na smjer kretanja tijela. U ovom slučaju, iako se tijelo kreće i na njega djeluje sila, nema kretanja tijela u pravcu sile.
Slika 4. Tri slučaja kada je rad nula
Takođe treba reći da rad sile može biti negativan. To će se dogoditi ako se tijelo pomjeri suprotno smeru sile. Na primjer, kada dizalica podiže teret iznad tla pomoću sajle, rad koji vrši sila gravitacije je negativan (a rad elastične sile kabla usmjerene prema gore je, naprotiv, pozitivan).
Pretpostavimo da prilikom izvođenja građevinskih radova jamu treba napuniti pijeskom. Bageru bi trebalo nekoliko minuta da to uradi, ali bi radnik sa lopatom morao da radi nekoliko sati. Ali i bager i radnik bi završili isti posao.
Slika 5. Isti posao može biti završen u različito vrijeme
Za karakterizaciju brzine obavljenog rada u fizici koristi se veličina koja se zove snaga.
Snaga je fizička veličina jednaka odnosu rada i vremena izvršenja.
Snaga je označena latiničnim slovom N.
SI jedinica snage je vat.
Jedan vat je snaga kojom se obavi jedan džul rada u jednoj sekundi.
Agregat je dobio ime po engleskom naučniku, izumitelju parne mašine, Jamesu Wattu.
Slika 6. James Watt (1736. - 1819.)
Kombinirajmo formulu za izračunavanje rada sa formulom za izračunavanje snage.
Podsjetimo se sada da je omjer puta koji pređe tijelo S, do trenutka kretanja t predstavlja brzinu kretanja tijela v.
dakle, snaga je jednaka proizvodu numerička vrijednost sila na brzinu kretanja tijela u smjeru djelovanja sile.
Ova formula je pogodna za korištenje pri rješavanju zadataka u kojima sila djeluje na tijelo koje se kreće poznatom brzinom.
Bibliografija
- Lukašik V.I., Ivanova E.V. Zbirka zadataka iz fizike za 7-9 razred obrazovne institucije. - 17. izd. - M.: Obrazovanje, 2004.
- Peryshkin A.V. fizika. 7. razred - 14. izd., stereotip. - M.: Drfa, 2010.
- Peryshkin A.V. Zbirka zadataka iz fizike, 7-9 razred: 5. izd., stereotip. - M: Izdavačka kuća “Ispit”, 2010.
- Internet portal Physics.ru ().
- Internet portal Festival.1september.ru ().
- Internet portal Fizportal.ru ().
- Internet portal Elkin52.narod.ru ().
Zadaća
- U kojim slučajevima je rad jednak nuli?
- Kako se vrši rad duž putanje u smjeru djelovanja sile? U suprotnom smjeru?
- Koliki rad izvrši sila trenja koja djeluje na ciglu kada se pomjeri za 0,4 m? Sila trenja je 5 N.
Mehanički rad je energetska karakteristika kretanja fizičkih tijela koju ima skalarni pogled. Ona je jednaka modulu sile koja djeluje na tijelo, pomnoženom s modulom pomaka uzrokovanog ovom silom i kosinusom ugla između njih.
Formula 1 - Mašinski rad.
F - Sila koja djeluje na tijelo.
s - Pokret tijela.
cosa - kosinus ugla između sile i pomaka.
Ova formula ima opšti oblik. Ako je ugao između primijenjene sile i pomaka jednak nuli, tada je kosinus jednak 1. Prema tome, rad će biti jednak samo proizvodu sile i pomaka. Jednostavno rečeno, ako se tijelo kreće u smjeru primjene sile, tada je mehanički rad jednak proizvodu sile i pomaka.
Sekunda poseban slučaj, kada je ugao između sile koja djeluje na tijelo i njegovog pomaka 90 stepeni. U ovom slučaju, kosinus od 90 stepeni je jednak nuli, tako da će rad biti jednak nuli. I zaista, ono što se događa je da primjenjujemo silu u jednom smjeru, a tijelo se kreće okomito na njega. To jest, tijelo se očito ne kreće pod utjecajem naše sile. Dakle, rad naše sile da pomeri telo je nula.
Slika 1 – Rad sila pri kretanju tijela.
Ako na tijelo djeluje više sila, izračunava se ukupna sila koja djeluje na tijelo. I onda se ona zamjenjuje u formulu kao jedina sila. Tijelo pod utjecajem sile može se kretati ne samo pravolinijski, već i po proizvoljnoj putanji. U ovom slučaju, rad se izračunava za mali dio kretanja, koji se može smatrati pravolinijskim, a zatim se zbraja duž cijele staze.
Rad može biti i pozitivan i negativan. To jest, ako se pomak i sila poklapaju u smjeru, onda je rad pozitivan. A ako se sila primjenjuje u jednom smjeru, a tijelo se kreće u drugom, tada će rad biti negativan. Primjer negativnog rada je rad sile trenja. Pošto je sila trenja usmjerena suprotno kretanju. Zamislite da se tijelo kreće duž ravni. Sila primijenjena na tijelo gura ga u određenom smjeru. Ova sila vrši pozitivan rad na pokretanju tijela. Ali u isto vrijeme, sila trenja obavlja negativan rad. Usporava kretanje tijela i usmjereno je ka njegovom kretanju.
Slika 2 - Sila kretanja i trenja.
Mehanički rad se mjeri u džulima. Jedan džul je rad koji izvrši sila od jednog Njutna pri pomeranju tela za jedan metar. Osim smjera kretanja tijela, može se mijenjati i veličina primijenjene sile. Na primjer, kada je opruga stisnuta, sila primijenjena na nju će se povećati proporcionalno prijeđenoj udaljenosti. U ovom slučaju rad se izračunava pomoću formule.
Formula 2 - Rad kompresije opruge.
k je krutost opruge.
x - pokretna koordinata.
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, prema škotskom inženjeru Jamesu Wattu.
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.