Sebarang pergerakan badan di angkasa, yang membawa kepada perubahan dalam jumlah tenaganya, dikaitkan dengan kerja. Dalam artikel ini, kami akan mempertimbangkan apakah kuantiti ini, jenis kerja mekanikal yang diukur, dan bagaimana ia ditandakan, dan kami juga akan menyelesaikan masalah menarik mengenai topik ini.
Bekerja sebagai kuantiti fizikal
Sebelum menjawab soalan tentang apa kerja mekanikal diukur, mari kita berkenalan dengan nilai ini. Mengikut definisi, kerja ialah hasil skalar daya dan vektor anjakan badan yang disebabkan oleh daya ini. Secara matematik, kita boleh menulis kesamaan berikut:
A=(F¯S¯).
Kurungan bulat menunjukkan produk titik. Memandangkan sifatnya, secara eksplisit formula ini akan ditulis semula seperti berikut:
A=FScos(α).
Di mana α ialah sudut antara daya dan vektor sesaran.
Dari ungkapan bertulis itu menunjukkan bahawa kerja diukur dalam Newton per meter (Nm). Seperti yang diketahui,kuantiti ini dipanggil joule (J). Iaitu, dalam fizik, kerja mekanikal diukur dalam unit Joule kerja. Satu Joule sepadan dengan kerja sedemikian, di mana daya satu Newton, bertindak selari dengan pergerakan badan, membawa kepada perubahan kedudukannya di angkasa sebanyak satu meter.
Bagi penetapan kerja mekanikal dalam fizik, perlu diperhatikan bahawa huruf A paling kerap digunakan untuk ini (dari ardeit Jerman - buruh, kerja). Dalam kesusasteraan bahasa Inggeris, anda boleh menemui penetapan nilai ini dengan huruf Latin W. Dalam kesusasteraan bahasa Rusia, surat ini dikhaskan untuk kuasa.
Kerja dan tenaga
Menentukan persoalan bagaimana kerja mekanikal diukur, kami melihat bahawa unitnya bertepatan dengan unit tenaga. Kebetulan ini bukan kebetulan. Hakikatnya ialah kuantiti fizikal yang dianggap adalah salah satu cara manifestasi tenaga dalam alam semula jadi. Sebarang pergerakan badan dalam medan daya atau ketiadaannya memerlukan kos tenaga. Yang terakhir digunakan untuk menukar tenaga kinetik dan potensi badan. Proses perubahan ini dicirikan oleh kerja yang dilakukan.
Tenaga ialah ciri asas badan. Ia disimpan dalam sistem terpencil, ia boleh diubah menjadi bentuk mekanikal, kimia, haba, elektrik dan lain-lain. Kerja hanyalah manifestasi mekanikal proses tenaga.
Bekerja dalam gas
Ungkapan yang ditulis di atas untuk berfungsiadalah asas. Walau bagaimanapun, formula ini mungkin tidak sesuai untuk menyelesaikan masalah praktikal dari bidang fizik yang berbeza, jadi ungkapan lain yang diperoleh daripadanya digunakan. Satu kes sedemikian ialah kerja yang dilakukan oleh gas. Mudah untuk mengiranya menggunakan formula berikut:
A=∫V(PdV).
Di sini P ialah tekanan dalam gas, V ialah isipadunya. Mengetahui apa kerja mekanikal diukur, adalah mudah untuk membuktikan kesahihan ungkapan kamiran, sememangnya:
Pam3=N/m2m3=N m=J.
Dalam kes umum, tekanan ialah fungsi isipadu, jadi kamiran dan boleh mengambil bentuk sewenang-wenangnya. Dalam kes proses isobarik, pengembangan atau pengecutan gas berlaku pada tekanan malar. Dalam kes ini, kerja gas adalah sama dengan hasil darab ringkas nilai P dan perubahan dalam isipadunya.
Bekerja sambil memutar badan di sekeliling paksi
Pergerakan putaran meluas dalam alam semula jadi dan teknologi. Ia dicirikan oleh konsep momen (daya, momentum dan inersia). Untuk menentukan kerja daya luar yang menyebabkan badan atau sistem berputar mengelilingi paksi tertentu, anda mesti terlebih dahulu mengira momen daya. Ia dikira seperti ini:
M=Fd.
Di mana d ialah jarak dari vektor daya ke paksi putaran, ia dipanggil bahu. Tork M, yang membawa kepada putaran sistem melalui sudut θ di sekeliling beberapa paksi, melakukan kerja berikut:
A=Mθ.
Di sini Mdinyatakan dalam Nm dan sudut θ adalah dalam radian.
Tugas fizik untuk kerja mekanikal
Seperti yang dikatakan dalam artikel, kerja sentiasa dilakukan oleh ini atau itu. Pertimbangkan masalah menarik berikut.
Badan berada di atas satah yang condong ke ufuk pada sudut 25o. Meluncur ke bawah, badan memperoleh sedikit tenaga kinetik. Ia adalah perlu untuk mengira tenaga ini, serta kerja graviti. Jisim jasad ialah 1 kg, laluan yang dilalui olehnya sepanjang satah ialah 2 meter. Rintangan geseran gelongsor boleh diabaikan.
Telah ditunjukkan di atas bahawa hanya bahagian daya yang diarahkan sepanjang anjakan berfungsi. Adalah mudah untuk menunjukkan bahawa dalam kes ini bahagian daya graviti berikut akan bertindak sepanjang anjakan:
F=mgsin(α).
Di sini α ialah sudut kecondongan satah. Kemudian kerja dikira seperti ini:
A=mgsin(α)S=19.810.42262=8.29 J.
Iaitu, graviti melakukan kerja positif.
Sekarang mari tentukan tenaga kinetik badan pada akhir penurunan. Untuk melakukan ini, ingat hukum Newtonian kedua dan hitung pecutan:
a=F/m=gsin(α).
Memandangkan gelongsor badan dipercepatkan secara seragam, kami mempunyai hak untuk menggunakan formula kinematik yang sepadan untuk menentukan masa pergerakan:
S=at2/2=>
t=√(2S/a)=√(2S/(gsin(α))).
Kelajuan badan pada penghujung penurunan dikira seperti berikut:
v=at=gsin(α)√(2S/(gsin(α)))=√(2Sgsin(α)).
Tenaga kinetik bagi gerakan translasi ditentukan menggunakan ungkapan berikut:
E=mv2/2=m2Sgsin(α)/2=mSgsin(α).
Kami mendapat hasil yang menarik: ternyata formula untuk tenaga kinetik betul-betul sepadan dengan ungkapan untuk kerja graviti, yang diperoleh sebelum ini. Ini menunjukkan bahawa semua kerja mekanikal daya F bertujuan untuk meningkatkan tenaga kinetik badan gelongsor. Malah, disebabkan oleh daya geseran, kerja A sentiasa menjadi lebih besar daripada tenaga E.
