Kerja daya geseran rehat, gelongsor dan bergolek. Formula dan contoh masalah

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-02 17:53

Dalam bahagian fizik khas - dinamik, apabila mereka mengkaji pergerakan jasad, mereka menganggap daya yang bertindak ke atas sistem yang bergerak. Yang terakhir boleh melakukan kerja positif dan negatif. Pertimbangkan dalam artikel ini apakah kerja daya geseran dan cara ia dikira.

Konsep kerja dalam fizik

Dalam fizik, konsep "kerja" berbeza daripada idea biasa perkataan ini. Kerja difahami sebagai kuantiti fizik, yang sama dengan hasil skalar bagi vektor daya dan vektor anjakan badan. Andaikan bahawa terdapat beberapa objek di mana daya F¯ bertindak. Oleh kerana tiada daya lain bertindak ke atasnya, vektor anjakannya l akan bertepatan dengan arah vektor F. Hasil darab skalar bagi vektor ini dalam kes ini akan sepadan dengan hasil darab modulnya, iaitu:

A=(F¯l¯)=Fl.

Nilai A ialah kerja yang dilakukan oleh daya F¯ untuk menggerakkan objek pada jarak l. Dengan mengambil kira dimensi nilai F dan l, kami mendapati bahawa kerja diukur dalam newton per meter (Nm) dalam sistem SI. Walau bagaimanapun, unitNm mempunyai namanya sendiri - ia adalah joule. Ini bermakna konsep kerja adalah sama dengan konsep tenaga. Dalam erti kata lain, jika daya 1 newton menggerakkan jasad 1 meter, maka kos tenaga yang sepadan ialah 1 joule.

Apakah daya geseran?

Mengkaji persoalan kerja daya geseran adalah mungkin jika anda tahu jenis daya yang kita maksudkan. Geseran dalam fizik ialah proses yang menghalang sebarang pergerakan satu jasad pada permukaan badan lain apabila permukaan ini bersentuhan.

Jika kita menganggap hanya jasad pepejal, maka terdapat tiga jenis geseran untuknya:

• rehat;
• slip;
• berguling.

Daya ini bertindak antara permukaan yang bersentuhan dan sentiasa diarahkan terhadap pergerakan badan.

Geseran rehat menghalang pergerakan itu sendiri, geseran gelongsor menjelma dirinya dalam proses pergerakan, apabila permukaan jasad menggelongsor antara satu sama lain, dan geseran berguling wujud antara badan yang bergolek di permukaan dan permukaan itu sendiri.

Contoh tindakan geseran statik ialah kereta yang berada pada brek tangan di lereng bukit. Geseran gelongsor menjelma sendiri apabila pemain ski bergerak di atas salji atau pemain skate bergerak di atas ais. Akhirnya, geseran bergolek bertindak semasa roda kereta bergerak di sepanjang jalan.

Daya untuk ketiga-tiga jenis geseran dikira menggunakan formula berikut:

F_t=µ_tN.

Di sini N ialah daya tindak balas sokongan, µ_t ialah pekali geseran. Daya Nmenunjukkan magnitud kesan sokongan pada badan yang berserenjang dengan satah permukaan. Bagi parameter µ_{t, ia diukur secara eksperimen untuk setiap pasangan bahan gosok, contohnya, kayu-kayu, keluli-salji, dan sebagainya. Keputusan yang diukur dikumpulkan dalam jadual khas.}

Untuk setiap daya geseran, pekali µ_{t mempunyai nilai tersendiri untuk pasangan bahan yang dipilih. Oleh itu, pekali geseran statik adalah lebih besar daripada geseran gelongsor sebanyak beberapa puluh peratus. Sebaliknya, pekali guling adalah 1-2 susunan magnitud kurang daripada itu untuk gelongsor.}

Kerja daya geseran

Kini, setelah membiasakan diri dengan konsep kerja dan jenis geseran, anda boleh pergi terus ke topik artikel. Mari pertimbangkan mengikut susunan semua jenis daya geseran dan fikirkan kerja yang mereka lakukan.

Mari kita mulakan dengan geseran statik. Jenis ini menunjukkan dirinya apabila badan tidak bergerak. Oleh kerana tiada pergerakan, vektor anjakannya l sama dengan sifar. Yang terakhir ini bermakna kerja daya geseran statik juga sama dengan sifar.

Geseran gelongsor, mengikut definisi, bertindak hanya apabila badan bergerak di angkasa. Oleh kerana daya geseran jenis ini sentiasa ditujukan kepada pergerakan badan, ini bermakna ia melakukan kerja negatif. Nilai A boleh dikira menggunakan formula:

A=-F_tl=-µ_tNl.

Kerja daya geseran gelongsor bertujuan untuk memperlahankan pergerakan badan. Hasil daripada kerja ini, tenaga mekanikal badan ditukar kepada haba.

Geseran berguling, seperti gelongsor, juga melibatkan pergerakan badan. Daya geseran bergolek melakukan kerja negatif, memperlahankan putaran awal badan. Oleh kerana kita bercakap tentang putaran badan, adalah mudah untuk mengira nilai kerja daya ini melalui kerja momentumnya. Formula yang sepadan ditulis sebagai:

A=-Mθ dengan M=F_tR.

Di sini θ ialah sudut putaran badan hasil daripada putaran, R ialah jarak dari permukaan ke paksi putaran (jejari roda).

Masalah dengan daya geseran gelongsor

Adalah diketahui bahawa bongkah kayu berada di tepi satah kayu yang condong. Satah condong ke ufuk pada sudut 40o. Mengetahui bahawa pekali geseran gelongsor ialah 0.4, panjang satah ialah 1 meter, dan jisim bar sepadan dengan 0.5 kg, adalah perlu untuk mencari kerja geseran gelongsor.

Hitung daya geseran gelongsor. Ia sama dengan:

F_t=mgcos(α)µ_t=0.59.81cos(40 ^{o)0, 4=1.5 N.}

Maka kerja A yang sepadan ialah:

A=-F_{tl=-1.51=-1.5 J.}

Masalah geseran bergolek

Adalah diketahui bahawa roda itu bergolek di sepanjang jalan untuk beberapa jarak dan berhenti. Diameter roda ialah 45 cm. Bilangan pusingan roda sebelum berhenti ialah 100. Dengan mengambil kira pekali gelek bersamaan dengan 0.03, adalah perlu untuk mencari kerja daya geseran bergolek itu sama dengannya. Jisim roda ialah 5 kg.

Pertama, mari kita hitung momen geseran bergolek:

M=F_tR=µ_{tmgD/2=0.0359, 81 0, 45/2=0, 331 Nm.}

Jika bilangan pusingan yang dibuat oleh roda didarabkan dengan 2pi radian, maka kita mendapat sudut putaran roda θ. Maka formula untuk kerja ialah:

A=-Mθ=-M2pin.

Di mana n ialah bilangan pusingan. Menggantikan momen M dan nombor n daripada keadaan, kita memperoleh kerja yang diperlukan: A=- 207.87 J.