Šta je savršen rad u fizici. Mehanički rad i snaga sile

1. Iz predmeta fizika 7. razreda znate da ako sila djeluje na tijelo i ono se kreće u smjeru sile, onda sila vrši mehanički rad A, jednako umnošku modula sile i modula pomaka:

A=fs.

SI jedinica rada - joule (1 J).

[A] = [F][s] = 1 H 1 m = 1 N m = 1 J.

Jedinica rada je rad koji izvrši sila. 1 N na putu 1m.

Iz formule proizlazi da se mehanički rad ne vrši ako je sila nula (tijelo miruje ili se kreće jednoliko i pravolinijsko) ili je pomak nula.

Pretpostavimo da vektor sile koji djeluje na tijelo čini neki ugao a sa vektorom pomaka (slika 65). Budući da se tijelo ne kreće u vertikalnom smjeru, projekcija sile Fy po osovini Y ne radi rad, već projekcija sile F x po osovini X radi jednak sa A = F x s x.

Zbog F x = F cos a, i s x= s, onda

Na ovaj način,

rad konstantne sile jednak je proizvodu modula vektora sile i pomaka i kosinusa ugla između ovih vektora.

2. Analizirajmo rezultirajuću formulu rada.

Ako je ugao a = 0°, tada je cos 0° = 1 i A = fs. Izvršeni rad je pozitivan i njegova vrijednost je maksimalna ako se smjer sile poklapa sa smjerom pomaka.

Ako je ugao a = 90°, tada je cos 90° = 0 i A= 0. Sila ne radi ako je okomita na smjer kretanja tijela. Dakle, rad gravitacije je nula kada se tijelo kreće duž horizontalne ravni. Nula je jednaka radu sile koja daje centripetalno ubrzanje tijelu za vrijeme njegovog ravnomjernog kretanja po kružnici, jer je ta sila u bilo kojoj tački putanje okomita na smjer kretanja tijela.

Ako je ugao a = 180°, tada je cos 180° = –1 i A = –fs. Ovaj slučaj se događa kada su sila i pomaci usmjereni u suprotnim smjerovima. Shodno tome, obavljeni rad je negativan i njegova vrijednost je maksimalna. Negativan rad obavlja, na primjer, sila trenja klizanja, jer je usmjerena u smjeru suprotnom od smjera kretanja tijela.

Ako je ugao a između vektora sile i pomaka oštar, tada je rad pozitivan; ako je ugao a tup, tada je rad negativan.

3. Dobijamo formulu za izračunavanje rada gravitacije. Neka masa tijela m slobodno pada na tlo sa tačke A na visini h u odnosu na površinu Zemlje, a nakon nekog vremena se ispostavi da je u tački B(Sl. 66, a). Rad gravitacije je jednak

A = fs = mgh.

U ovom slučaju, smjer kretanja tijela poklapa se sa smjerom sile koja na njega djeluje, pa je rad gravitacije pri slobodnom padu pozitivan.

Ako se tijelo kreće okomito prema gore iz tačke B upravo A(Sl. 66, b), tada je njegovo kretanje usmjereno u smjeru suprotnom od gravitacije, a rad gravitacije je negativan:

A= –mgh

4. Rad koji vrši sila može se izračunati korištenjem grafika sile u odnosu na pomake.

Pretpostavimo da se tijelo kreće pod utjecajem konstantne sile gravitacije. Gravitacija modula gravitacije F kabel od modula za kretanje tijela s je prava linija paralelna sa x-osi (Sl. 67). Pronađite površinu odabranog pravokutnika. On je jednak umnošku njegove dvije strane: S = F težak h = mgh. S druge strane, ista vrijednost je jednaka radu gravitacije A = mgh.

Dakle, rad je brojčano jednak površini pravokutnika ograničenog grafom, koordinatnim osa i okomitom podignutom na os x u tački h.

Razmotrimo sada slučaj kada je sila koja djeluje na tijelo direktno proporcionalna pomaku. Takva sila, kao što je poznato, je sila elastičnosti. Njegov modul je F extr = k D l, gdje je D l- produženje tela.

Pretpostavimo da je opruga, čiji je lijevi kraj fiksiran, stisnuta (Sl. 68, a). Istovremeno, njegov desni kraj se pomerio u D l 1. U oprugu je nastala elastična sila F kontrola 1, usmjerena udesno.

Ako oprugu sada ostavimo samoj sebi, onda će se njen desni kraj pomeriti udesno (Sl. 68, b), izduženje opruge će biti jednako D l 2, i elastična sila F vježba 2.

Izračunajte rad elastične sile pri pomicanju kraja opruge iz tačke s koordinatom D l 1 do tačke sa koordinatom D l 2. Za ovo koristimo graf zavisnosti F kontrola (D l) (Sl. 69). Rad elastične sile je brojčano jednak površini trapeza A B C D. Površina trapeza jednaka je umnošku polovine zbira osnovica i visine, tj. S = AD. u trapezu A B C D osnove AB = F ex 2 = k D l 2 , CD= F ex 1 = k D l 1 i visinu AD= D l 1-D l 2. Zamijenite ove količine u formulu za površinu trapeza:

S= (D l 1-D l 2) =– .

Tako smo dobili da je rad elastične sile jednak:

A =– .

5 * . Pretpostavimo da je tijelo mase m kreće se od tačke A upravo B(Sl. 70), krećući se prvi bez trenja duž nagnute ravni od tačke A upravo C, a zatim bez trenja duž horizontalne ravnine od tačke C upravo B. Rad gravitacije na gradilištu CB je nula jer je sila gravitacije okomita na pomak. Kada se krećete po kosoj ravni, rad gravitacije je:

A AC = F težak l sin a. Jer l sin a = h, onda A AC = ft težak h = mgh.

Rad gravitacije kada se tijelo kreće duž putanje ACB je jednako ACB = A AC + A CB = mgh + 0.

Na ovaj način, ACB = mgh.

Dobijeni rezultat pokazuje da rad gravitacije ne zavisi od oblika putanje. Zavisi samo od početnog i konačnog položaja tijela.

Pretpostavimo sada da se tijelo kreće po zatvorenoj putanji ABCA(vidi sl. 70). Prilikom pomicanja tijela iz tačke A upravo B duž putanje ACB rad koji vrši gravitacija je ACB = mgh. Prilikom pomicanja tijela iz tačke B upravo A gravitacija vrši negativan rad, što je jednako A BA = –mgh. Zatim rad gravitacije na zatvorenoj putanji A = ACB + A BA = 0.

Rad elastične sile na zatvorenoj putanji također je jednak nuli. Zaista, pretpostavimo da je opruga koja nije bila deformisana na početku istegnuta i da je njena dužina povećana za D l. Sila elastičnosti radi A 1 = . Kada se vraća u stanje ravnoteže, elastična sila radi A 2 = . Ukupan rad elastične sile pri istezanju opruge i njenom povratku u nedeformisano stanje je nula.

6. Rad sile gravitacije i sile elastičnosti na zatvorenoj putanji jednak je nuli.

Sile čiji je rad na bilo kojoj zatvorenoj putanji jednak nuli (ili ne zavisi od oblika putanje) nazivaju se konzervativne.

Sile čiji rad zavisi od oblika putanje nazivaju se nekonzervativne.

Sila trenja je nekonzervativna. Na primjer, tijelo se kreće iz tačke 1 upravo 2 prvo pravo 12 (Sl. 71), a zatim duž isprekidane linije 132 . Na svakom dijelu putanje, sila trenja je ista. U prvom slučaju, rad sile trenja

A 12 = –F tr l 1 ,

a u drugom -

A 132 = A 13 + A 32, A 132 = –F tr l 2 – F tr l 3 .

Odavde A 12A 132.

7. Iz kursa fizike 7. razreda znate da je važna karakteristika uređaja koji rade moć.

Snaga je fizička veličina jednaka odnosu rada i vremena za koje se obavlja:

Snaga karakteriše brzinu obavljanja posla.

Jedinica snage u SI - watt (1 W).

[N] === 1 W.

Jedinica snage je snaga pri kojoj je rad 1 J posvećen za 1 s .

Pitanja za samoispitivanje

1. Šta se zove rad? Šta je jedinica rada?

2. Kada sila vrši negativan rad? pozitivan rad?

3. Koja je formula za izračunavanje rada gravitacije? elastična sila?

5. Koje sile se nazivaju konzervativnim; nekonzervativan?

6 * . Dokazati da rad sile gravitacije i sile elastičnosti ne zavisi od oblika putanje.

7. Šta se zove moć? Šta je jedinica snage?

Zadatak 18

1. Dječak težak 20 kg ravnomjerno se vuče na sankama, primjenjujući silu od 20 N. Konopac kojim se sanke vuku čini ugao od 30° s horizontom. Koliki je rad elastične sile koja nastaje u užetu ako se sanke pomaknu 100 m?

2. Sportista težak 65 kg skače u vodu sa tornja koji se nalazi na visini od 3 m iznad površine vode. Koliki rad izvrši sila gravitacije koja djeluje na sportistu dok se kreće prema površini vode?

3. Pod dejstvom elastične sile, dužina deformisane opruge krutosti 200 N/m smanjila se za 4 cm Koliki je rad elastične sile?

4 * . Dokažite da je rad promjenjive sile brojčano jednak površini figure ograničene koordinatnim grafikom sila i koordinatnim osa.

5. Kolika je vučna sila motora automobila ako pri konstantnoj brzini od 108 km/h razvije snagu od 55 kW?

Ako na tijelo djeluje sila, onda ta sila radi na pomjeranju ovog tijela. Prije davanja definicije rada u krivolinijskom kretanju materijalne točke, razmotrite posebne slučajeve:

U ovom slučaju, mehanički rad A je jednako:

A= F s cos=
,

ili A=Fcos× s = F S × s ,

gdjeF S – projekcija snagu kretati se. U ovom slučaju F s = konst, i geometrijsko značenje djela A je površina pravokutnika konstruisanog u koordinatama F S , , s.

Napravimo grafik projekcije sile na smjer kretanja F S kao funkcija pomaka s. Ukupni pomak predstavljamo kao zbir n malih pomaka
. Za male i -th pomak
posao je

ili područje zasjenjenog trapeza na slici.

.

Vrijednost ispod integrala će predstavljati elementarni rad na beskonačno malom pomaku
:

- osnovni rad.

–rad sa krivolinijskim kretanjem.

Primjer 1: Rad gravitacije
prilikom krivolinijskog kretanja materijalne tačke.

Dalje kao konstantna vrijednost može se izvaditi iz predznaka integrala, a integral prema slici će predstavljati potpuni pomak . .

Ako označimo visinu tačke 1 od zemljine površine kroz , i visina tačke 2 kroz , onda

Vidimo da je u ovom slučaju rad određen položajem materijalne tačke u početnom i krajnjem trenutku vremena i ne zavisi od oblika putanje ili putanje. Rad gravitacije na zatvorenoj putanji je nula:
.

Zovu se sile čiji je rad na zatvorenoj putanji jednak nulikonzervativan .

Primjer 2 : Rad sile trenja.

Ovo je primjer nekonzervativne sile. Da bismo to pokazali, dovoljno je razmotriti elementarni rad sile trenja:

,

one. rad sile trenja je uvijek negativan i ne može biti jednak nuli na zatvorenoj putanji. Rad koji se obavi u jedinici vremena naziva se moć. Ako na vreme
posao je obavljen
, onda je snaga

–mehanička snaga.

Uzimanje
as

,

dobijamo izraz za moć:

.

SI jedinica rada je džul:
= 1 J = 1 N 1 m, a jedinica snage je vat: 1 W = 1 J/s.

mehanička energija.

Energija je opća kvantitativna mjera kretanja interakcije svih vrsta materije. Energija ne nestaje i ne nastaje ni iz čega: može samo prelaziti iz jednog oblika u drugi. Koncept energije povezuje sve pojave u prirodi. U skladu sa različitim oblicima kretanja materije, razmatraju se različite vrste energije – mehanička, unutrašnja, elektromagnetna, nuklearna itd.

Koncepti energije i rada su usko povezani jedni s drugima. Poznato je da se rad obavlja na račun rezerve energije i, obrnuto, radom je moguće povećati rezervu energije u bilo kojem uređaju. Drugim riječima, rad je kvantitativna mjera promjene energije:

.

Energija kao i rad u SI mjeri se u džulima: [ E]=1 J.

Mehanička energija je dva tipa - kinetička i potencijalna.

Kinetička energija (ili energija kretanja) određena je masama i brzinama razmatranih tijela. Zamislite materijalnu tačku koja se kreće pod dejstvom sile . Rad ove sile povećava kinetičku energiju materijalne tačke
. Izračunajmo u ovom slučaju mali prirast (diferencijal) kinetičke energije:

Prilikom izračunavanja
koristeći drugi Newtonov zakon
, kao i
- modul brzine materijalne tačke. Onda
može se predstaviti kao:

-

- kinetička energija pokretne materijalne tačke.

Množenje i dijeljenje ovog izraza sa
, i uzimajući to u obzir
, dobijamo

-

- odnos između impulsa i kinetičke energije pokretne materijalne tačke.

Potencijalna energija ( ili energija položaja tela) određena je delovanjem konzervativnih sila na telo i zavisi samo od položaja tela .

Videli smo da je rad gravitacije
sa krivolinijskim kretanjem materijalne tačke
može se predstaviti kao razlika između vrijednosti funkcije
snimljeno u tački 1 i u tački 2 :

.

Ispada da kad god su sile konzervativne, rad ovih sila je na putu 1
2 može se predstaviti kao:

.

Funkcija , koja zavisi samo od položaja tela – naziva se potencijalna energija.

Onda za elementarni rad dobijemo

–rad je jednak gubitku potencijalne energije.

Inače, možemo reći da je posao obavljen zbog potencijalne rezerve energije.

vrijednost , jednak zbiru kinetičke i potencijalne energije čestice, naziva se ukupna mehanička energija tijela:

–ukupna mehanička energija tela.

U zaključku, napominjemo da korištenjem drugog Newtonovog zakona
, diferencijal kinetičke energije
može se predstaviti kao:

.

Diferencijal potencijalne energije
, kao što je gore spomenuto, jednako je:

.

Dakle, ako je moć je konzervativna sila i nema drugih vanjskih sila, dakle , tj. u ovom slučaju, ukupna mehanička energija tijela je očuvana.

Da bi se mogle okarakterisati energetske karakteristike kretanja, uveden je koncept mehaničkog rada. I upravo je njoj u njenim raznim manifestacijama posvećen članak. Razumjeti temu je i lako i prilično složeno. Autor se iskreno trudio da to učini razumljivijim i razumljivijim, a može se samo nadati da je cilj postignut.

Šta je mehanički rad?

Kako se zove? Ako neka sila djeluje na tijelo, a kao rezultat djelovanja te sile tijelo se kreće, onda se to naziva mehanički rad. Kada se pristupi sa stanovišta naučne filozofije, ovde se može izdvojiti nekoliko dodatnih aspekata, ali će članak pokriti temu sa stanovišta fizike. Mehanički rad nije težak ako dobro razmislite o riječima koje su ovdje napisane. Ali riječ "mehanički" obično se ne piše, a sve se svodi na riječ "rad". Ali nije svaki posao mehanički. Ovdje čovjek 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. Sve 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 djelovanjem te sile i u smjeru koji njome ukazuje. Možemo reći da je mehanički rad obavljen ako su istovremeno ispunjena 2 uslova: sila je djelovala na tijelo, a ono se kretalo u smjeru svog djelovanja. Ali to nije izvedeno ili se ne izvodi ako je djelovala sila, a tijelo nije promijenilo svoju lokaciju u koordinatnom sistemu. Evo malih primjera gdje se mehanički rad ne radi:

1. Dakle, osoba može pasti na ogromnu stenu da bi je pomerila, ali nema dovoljno snage. Sila djeluje na kamen, ali se on ne pomiče i rad ne dolazi.
2. Tijelo se kreće u koordinatnom sistemu, a sila je jednaka nuli ili su sve kompenzirane. Ovo se može uočiti tokom inercijalnog kretanja.
3. Kada je smjer u kojem se tijelo kreće okomit na silu. Kada se voz kreće duž horizontalne linije, sila gravitacije ne radi svoj posao.

U zavisnosti od određenih uslova, mehanički rad može biti negativan i pozitivan. Dakle, ako su pravci i sile i kretanja tijela isti, onda 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 dizanje balona i gravitacija, koja ima negativan rad. Kada je tijelo podvrgnuto utjecaju više sila, takav rad se naziva "rezultantni rad sile".

Karakteristike praktične primjene (kinetička energija)

Prelazimo sa teorije na praktični dio. Posebno treba govoriti o mehaničkom radu i njegovoj upotrebi u fizici. Kao što su mnogi vjerovatno zapamtili, sva energija tijela podijeljena je na kinetičku i potencijalnu. Kada je objekt u ravnoteži i nigdje se ne kreće, njegova potencijalna energija jednaka je ukupnoj energiji, a kinetička energija nula. Kada krene kretanje, potencijalna energija počinje da opada, a kinetička da raste, ali su ukupno jednake ukupnoj energiji objekta. Za materijalnu tačku, kinetička energija je definirana kao rad sile koja je ubrzala tačku od nule do vrijednosti H, a u formi formule, kinetika tijela je ½ * M * H, 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 pomnoženog sa zapreminom. 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. Znanje o mehaničkom radu također se primjenjuje 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, a posebno su to projekcije. Ona također daje vlastitu definiciju za različite formule mehaničkog rada (primjer definicije za Rimmerov integral): granica kojoj teži zbir svih sila elementarnog rada kada finoća particije teži nuli naziva se rad sile duž krive. Vjerovatno teško? Ali ništa, sa teoretskom mehanikom sve. Da, i sav mehanički rad, fizika i druge poteškoće su završene. Dalje će biti samo primjeri i zaključak.

Mašinske radne jedinice

SI koristi džule za mjerenje rada, dok GHS koristi ergove:

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

Primjeri mehaničkog rada

Da biste konačno razumjeli takav koncept kao što je mehanički rad, trebali biste proučiti nekoliko zasebnih primjera koji će vam omogućiti da ga razmotrite sa mnogih, ali ne sa svih strana:

1. Kada osoba podiže kamen rukama, tada dolazi do mehaničkog rada uz pomoć mišićne snage ruku;
2. Kada se voz kreće duž šina, vuče ga vučna sila traktora (električna lokomotiva, dizel lokomotiva itd.);
3. Ako uzmete pištolj i pucate iz njega, tada će zahvaljujući sili pritiska koju će stvoriti barutni plinovi, posao biti obavljen: metak se pomiče duž cijevi pištolja u isto vrijeme kada se povećava brzina samog metka ;
4. Postoji i mehanički rad kada sila trenja djeluje na tijelo, prisiljavajući ga da smanji brzinu svog kretanja;
5. Gornji primjer sa kuglicama, kada se dižu u suprotnom smjeru u odnosu na smjer gravitacije, također je primjer mehaničkog rada, ali pored gravitacije djeluje i Arhimedova sila kada se sve lakše od zraka diže.

Šta je moć?

Na kraju, želim da se dotaknem teme moći. Rad koji izvrši sila u jednoj jedinici vremena naziva se snaga. U stvari, snaga je takva fizička veličina koja je odraz odnosa rada prema određenom vremenskom periodu tokom kojeg je ovaj rad obavljen: M = P / B, gdje je M snaga, P je rad, B je vrijeme. SI jedinica snage je 1 vat. Vat je jednak snazi ​​koja obavi rad jednog džula u jednoj sekundi: 1 W = 1J \ 1s.

Prije otkrivanja teme „Kako se rad mjeri“, 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 mjerljivu veličinu postoji jedinica u kojoj je uobičajeno mjeriti. Jedinice mjerenja su fiksne i imaju isto značenje u cijelom svijetu.

Razlog za to je sljedeći. 1960. godine, na jedanaestoj generalnoj konferenciji o težinama 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 definicije mjernih jedinica prihvaćenih u cijelom svijetu i njihovog odnosa.

Fizički termini i terminologija

U fizici se jedinica za mjerenje rada sile naziva J (Joule), u čast engleskog fizičara Jamesa Joulea, koji je dao veliki doprinos razvoju odjeljka termodinamike u fizici. Jedan džul jednak je radu koji izvrši sila od jedan N (njutn) kada se njena primjena pomjeri za jedan M (metar) u smjeru sile. Jedan N (njutn) jednak je sili mase od jednog kg (kilograma) pri ubrzanju od jednog m/s2 (metar u sekundi) u smjeru sile.

Bilješka. U fizici je sve međusobno povezano, izvođenje bilo kojeg rada povezano je s izvođenjem dodatnih radnji. Primjer je kućni ventilator. Kada se ventilator uključi, lopatice ventilatora počinju da se okreću. Rotirajuće lopatice djeluju na protok zraka, dajući mu usmjereno kretanje. Ovo je rezultat rada. Ali za obavljanje posla neophodan je utjecaj drugih vanjskih sila, bez kojih je izvođenje radnje nemoguće. To uključuje jačinu električne struje, snagu, napon i mnoge druge međusobno povezane vrijednosti.

Električna struja, u svojoj suštini, je uređeno kretanje elektrona u vodiču u jedinici vremena. Električna struja se zasniva na pozitivno ili negativno nabijenim česticama. Zovu se električni naboji. Označen slovima C, q, Kl (Privezak), 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 je prikazana ispod na slici.

Jačina električne struje označena je slovom A (amper). Amper je jedinica u fizici koja karakterizira mjerenje rada sile koja se troši na pomicanje naboja duž provodnika. U svojoj srži, električna struja je uređeno kretanje elektrona u vodiču pod utjecajem elektromagnetnog polja. Pod vodičem se podrazumijeva materijal ili rastopljena sol (elektrolit) koja ima mali otpor prolazu elektrona. Dvije fizičke veličine utiču na jačinu električne struje: napon i otpor. O njima će biti riječi u nastavku. Struja je uvijek direktno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu.

Kao što je gore spomenuto, električna struja je uređeno kretanje elektrona u vodiču. Ali postoji jedno upozorenje: za njihovo kretanje potreban je određeni utjecaj. 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.

Snaga je količina energije koja se troši da se izvrši rad od jednog J (Joule) u vremenskom periodu od jedne sekunde. Jedinica mjerenja u fizici se označava 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.

Neka tijelo na koje djeluje sila prođe, krećući se određenom putanjom, putanjom s. U ovom slučaju, sila ili mijenja brzinu tijela, dajući mu ubrzanje, ili kompenzira djelovanje druge sile (ili sila) koja se suprotstavlja kretanju. Akciju na putu s karakteriše veličina koja se zove rad.

Mehanički rad je skalarna veličina jednaka umnošku projekcije sile na smjer kretanja Fs i putanje s prijeđenog do točke primjene sile (slika 22):

A = Fs*s.(56)

Izraz (56) vrijedi ako vrijednost projekcije sile Fs na smjer kretanja (tj. na smjer brzine) ostaje cijelo vrijeme nepromijenjena. To se posebno događa kada se tijelo kreće pravolinijski i sila konstantne veličine formira konstantan ugao α sa smjerom kretanja. Kako je Fs = F * cos(α), izraz (47) može dobiti sljedeći oblik:

A = F*s*cos(α).

Ako je vektor pomaka, tada se rad izračunava kao skalarni proizvod dva vektora i :

. (57)

Rad je algebarska veličina. Ako sila i smjer kretanja formiraju oštar ugao (cos(α) > 0), rad je pozitivan. Ako je ugao α tup (cos(α)< 0), работа отрицательна. При α = π/2 работа равна нулю. Последнее обстоятельство особенно отчетливо показывает, что понятие работы в механике существенно отличается от обыденного представления о работе. В обыденном понимании всякое усилие, в частности и мускульное напряжение, всегда сопровождается совершением работы. Например, для того чтобы держать тяжелый груз, стоя неподвижно, а тем более для того, чтобы перенести этот груз по горизонтальному пути, носильщик затрачивает много усилий, т. е. «совершает работу». Однако это – «физиологическая» работа. Механическая работа в этих случаях равна нулю.

Rad pri kretanju pod dejstvom sile

Ako veličina projekcije sile na smjer kretanja ne ostane konstantna za vrijeme kretanja, tada se rad izražava kao integral:

. (58)

Integral ovog tipa u matematici se naziva krivolinijski integral duž putanje S. Argument je ovdje vektorska varijabla , koja može varirati i po apsolutnoj vrijednosti i po smjeru. Pod predznakom integrala je skalarni proizvod vektora sile i vektora elementarnog pomaka.

Jedinica rada je rad koji izvrši sila jednaka jedinici i koja djeluje u smjeru kretanja, na putu jednakom jedinici. u SI Jedinica rada je džul (J), koji je jednak radu sile od 1 njutna na putu od 1 metar:

1J = 1N * 1m.

U CGS-u jedinica rada je erg, koji je jednak radu sile od 1 dina na putu od 1 centimetar. 1J = 10 7 erg.

Ponekad se koristi nesistemska jedinica kilograma (kg * m). Ovo je rad koji izvrši sila od 1 kg na putu od 1 metar. 1 kg*m = 9,81 J.