Mi a tökéletes munka a fizikában. Mechanikai munka és erő

1. A 7. osztályos fizika tantárgyból tudod, hogy ha egy erő hat egy testre és az az erő irányába mozog, akkor az erő mechanikai munkát végez A, egyenlő az erőmodulus és az elmozdulási modulus szorzatával:

A=fs.

SI munkaegység - joule (1 J).

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

A munka egysége az erő által végzett munka. 1 N úton 1 m.

A képletből következik, hogy mechanikai munkát nem végeznek, ha az erő nulla (a test nyugalomban van, vagy egyenletesen és egyenesen mozog), vagy az elmozdulás nulla.

Tegyük fel, hogy a testre ható erővektor valamilyen a szöget zár be az elmozdulásvektorral (65. ábra). Mivel a test nem mozog függőleges irányban, az erővetítés Fy tengelyenként Y nem munkát végez, hanem az erő kivetítését Fx tengelyenként x egyenlően működik A = F x s x.

Mert a Fx = F cos a, és s x= s, akkor

Ily módon

egy állandó erő munkája egyenlő az erő- és elmozdulásvektorok moduljainak és az ezen vektorok közötti szög koszinuszának szorzatával.

2. Elemezzük a kapott munkaképletet.

Ha a szög = 0°, akkor cos 0° = 1 és A = fs. Az elvégzett munka akkor pozitív, és értéke maximális, ha az erő iránya egybeesik az elmozdulás irányával.

Ha a szög = 90°, akkor cos 90° = 0 és A= 0. Az erő nem működik, ha merőleges a test mozgási irányára. Így a gravitáció munkája nulla, ha egy test vízszintes síkban mozog. A nulla egyenlő annak az erőnek a munkájával, amely centripetális gyorsulást kölcsönöz a testnek annak egyenletes körben történő mozgása során, mivel ez az erő a pálya bármely pontjában merőleges a test mozgási irányára.

Ha a szög = 180°, akkor cos 180° = –1 és A = –fs. Ez az eset akkor fordul elő, ha az erő és az elmozdulás ellentétes irányú. Ennek megfelelően az elvégzett munka negatív, értéke pedig maximális. A negatív munkát például a csúszósúrlódási erő végzi, mivel az a test mozgási irányával ellentétes irányba irányul.

Ha az erő- és elmozdulásvektorok közötti a szög hegyes, akkor a munka pozitív; ha a szög tompa, akkor a munka negatív.

3. Megkapjuk a képletet a gravitáció munkájának kiszámításához. Hagyja, hogy a testtömeg m pontból szabadon esik a földre A a magasságban h a Föld felszínéhez képest, és egy idő után kiderül, hogy egy ponton van B(66. ábra, a). A gravitáció által végzett munka egyenlő

A = fs = mgh.

Ebben az esetben a test mozgási iránya egybeesik a rá ható erő irányával, így a gravitáció szabadesésben végzett munkája pozitív.

Ha egy test függőlegesen felfelé mozog egy pontból B pontosan A(66. ábra, b), akkor mozgása a gravitációval ellentétes irányba irányul, és a gravitáció munkája negatív:

A= –mgh

4. Az erő által végzett munka az erő-elmozdulás grafikon segítségével számítható ki.

Tegyük fel, hogy egy test állandó gravitációs erő hatására mozog. A gravitációs modulus diagramja F vezeték a testmozgató modulból s az x tengellyel párhuzamos egyenes (67. ábra). Keresse meg a kiválasztott téglalap területét. Ez egyenlő a két oldalának szorzatával: S = F nehéz h = mgh. Másrészt ugyanez az érték egyenlő a gravitáció munkájával A = mgh.

Így a munka numerikusan egyenlő a grafikon, a koordinátatengelyek és a pontban az x tengelyre emelt merőleges által határolt téglalap területével. h.

Tekintsük most azt az esetet, amikor a testre ható erő egyenesen arányos az elmozdulással. Egy ilyen erő, mint ismeretes, a rugalmasság ereje. A modulusa az F extr = k D l, ahol D l- a test meghosszabbítása.

Tegyük fel, hogy egy rugó, amelynek bal vége rögzített, összenyomódott (68. ábra, a). Ezzel egy időben a jobb vége D felé tolódott l 1. Rugós erő keletkezett F vezérlő 1, jobbra irányítva.

Ha most magára hagyjuk a rugót, akkor a jobb vége jobbra mozdul (68. ábra, b), a rugó nyúlása egyenlő lesz D-vel l 2, és a rugalmas erő F gyakorlat 2.

Számítsa ki a rugalmas erő munkáját, amikor a rugó végét a D koordinátájú pontból mozgatja l 1 a D koordinátájú ponthoz l 2. Ehhez a függőségi gráfot használjuk F vezérlés (D l) (69. ábra). A rugalmas erő munkája számszerűen megegyezik a trapéz területével ABCD. A trapéz területe egyenlő az alapok és a magasság összegének felének szorzatával, pl. S = HIRDETÉS. egy trapézban ABCD okokból AB = F ex 2 = k D l 2 , CD= F ex 1 = k D l 1 és a magasság HIRDETÉS=D l 1-D l 2. Helyettesítse be ezeket a mennyiségeket a trapéz területének képletébe:

S= (D l 1-D l 2) =– .

Így azt kaptuk, hogy a rugalmas erő munkája egyenlő:

A =– .

5 * . Tegyük fel, hogy egy tömegű test m pontból haladva A pontosan B(70. ábra), először súrlódás nélkül mozogva egy ferde síkban a ponttól A pontosan C, majd súrlódás nélkül a vízszintes sík mentén a ponttól C pontosan B. A gravitáció munkája a helyszínen CB nulla, mert a gravitációs erő merőleges az elmozdulásra. Ferde síkon való mozgás során a gravitáció által végzett munka a következő:

Egy AC = F nehéz l bűn a. Mert l sin a = h, akkor Egy AC = ft nehéz h = mgh.

A gravitáció munkája, amikor egy test egy pályán mozog ACB egyenlő Egy ACB = Egy AC + Egy CB = mgh + 0.

Ily módon Egy ACB = mgh.

A kapott eredmény azt mutatja, hogy a gravitáció munkája nem függ a pálya alakjától. Ez csak a test kezdeti és végső helyzetétől függ.

Tegyük fel most, hogy a test zárt pályán mozog ABCA(lásd 70. ábra). Amikor testet mozgat egy pontból A pontosan B a pálya mentén ACB a gravitáció által végzett munka az Egy ACB = mgh. Amikor testet mozgat egy pontból B pontosan A a gravitáció negatív munkát végez, ami egyenlő A BA = –mgh. Aztán a gravitáció munkája zárt pályán A = Egy ACB + A BA = 0.

A rugalmas erő munkája zárt pályán szintén nullával egyenlő. Valóban, tegyük fel, hogy egy rugó, amely kezdetben nem deformálódott, megfeszült, és a hossza megnőtt D-vel l. A rugalmas erő működik A 1 = . Az egyensúlyi állapotba való visszatéréskor a rugalmas erő működik A 2 = . A rugó nyújtása és a deformálatlan állapotba való visszatérése során a rugalmas erő összmunkája nulla.

6. A gravitációs erő és a rugalmassági erő munkája zárt pályán nullával egyenlő.

Konzervatívnak nevezzük azokat az erőket, amelyek munkája bármely zárt pályán nullával egyenlő (vagy nem függ a pálya alakjától).

Azokat az erőket, amelyek munkája a pálya alakjától függ, nem konzervatívnak nevezzük.

A súrlódási erő nem konzervatív. Például egy test elmozdul egy pontból 1 pontosan 2 előbb egyenesen előre 12 (71. ábra), majd szaggatott vonal mentén 132 . A pálya minden szakaszán a súrlódási erő azonos. Az első esetben a súrlódási erő munkája

A 12 = –F tr l 1 ,

és a másodikban -

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

Innen A 12A 132.

7. A 7. osztályos fizika tantárgyból tudja, hogy a működő eszközök fontos jellemzője az erő.

A teljesítmény egy fizikai mennyiség, amely egyenlő a munka és az elvégzett időtartam arányával:

Az erő a munkavégzés sebességét jellemzi.

A teljesítmény mértékegysége SI-ben - watt (1 W).

[N] === 1 W.

A teljesítmény mértékegysége az a teljesítmény, amelyen a munka folyik 1 J iránt elkötelezett 1 s .

Kérdések önvizsgálathoz

1. Mit nevezünk munkának? Mi a munka mértékegysége?

2. Mikor működik egy erő negatívan? pozitív munka?

3. Mi a gravitációs munka kiszámításának képlete? rugalmas erő?

5. Milyen erőket nevezünk konzervatívnak; nem konzervatív?

6 * . Bizonyítsuk be, hogy a nehézségi erő és a rugalmassági erő által végzett munka nem függ a pálya alakjától.

7. Mit nevezünk hatalomnak? Mi a teljesítmény mértékegysége?

18. feladat

1. Egy 20 kg súlyú fiút egyenletesen húznak a szánra, 20 N erőt kifejtve. A kötél, amellyel a szánt húzzák, 30°-os szöget zár be a horizonttal. Mi a munkája a kötélben fellépő rugalmas erőnek, ha a szán 100 m-t elmozdult?

2. Egy 65 kg súlyú sportoló a víz felszíne felett 3 m magasságban elhelyezkedő toronyból ugrik a vízbe. Milyen munkát végez a gravitációs erő, amely a sportolóra ható, amikor a víz felszínére mozog?

3. Rugalmas erő hatására egy deformált, 200 N/m merevségű rugó hossza 4 cm-rel csökkent Mekkora a rugalmas erő munkája?

4 * . Bizonyítsuk be, hogy egy változó erő munkája számszerűen egyenlő az erő-koordináta gráf és a koordinátatengelyek által határolt alakzat területével.

5. Mekkora az autó motorjának vonóereje, ha 108 km/h állandó sebesség mellett 55 kW teljesítményt fejleszt ki?

Ha egy erő hat egy testre, akkor ez az erő mozgatja a testet. Mielőtt meghatározná a munkát egy anyagi pont görbe vonalú mozgásában, vegye figyelembe a speciális eseteket:

Ebben az esetben gépészeti munka A egyenlő:

A= F s cos=
,

vagy A=Fcos× s = F S × s ,

aholF S - kivetítés erő mozogni. Ebben az esetben F s = const, és a mű geometriai jelentése A a téglalap területe koordinátákban F S , , s.

Készítsünk egy grafikont az erő vetületéről a mozgás irányára F S az elmozdulás függvényében s. A teljes elmozdulást n kis elmozdulás összegeként ábrázoljuk
. Kicsinek én -edik elmozdulás
munka az

vagy az árnyékolt trapéz területe az ábrán.

.

Az integrál alatti érték az infinitezimális elmozdulás elemi munkáját jelenti
:

- alapmunka.

–görbe vonalú mozgással dolgozzon.

1. példa: A gravitáció munkája
anyagi pont görbe vonalú mozgása során.

További mint állandó érték kivehető az integráljelből, és az integrál ábra szerint teljes elmozdulást fog képviselni . .

Ha a pont magasságát jelöljük 1 a földfelszíntől át , és a pont magassága 2 keresztül , akkor

Látjuk, hogy ebben az esetben a munkát az anyagi pont helyzete határozza meg az idő kezdeti és végső pillanatában, és nem függ a pálya vagy út alakjától. A gravitáció által végzett munka zárt úton nulla:
.

Azokat az erőket nevezzük, amelyek munkája zárt úton nullakonzervatív .

2. példa : A súrlódási erő munkája.

Ez egy példa a nem konzervatív erőre. Ennek bemutatásához elegendő figyelembe venni a súrlódási erő elemi munkáját:

,

azok. a súrlódási erő munkája mindig negatív, és zárt úton nem lehet egyenlő nullával. Az időegység alatt végzett munkát ún erő. Ha időben
a munka kész
, akkor az erő az

–mechanikai erő.

Fogadás
mint

,

megkapjuk a hatalom kifejezését:

.

A munka SI mértékegysége a joule:
= 1 J = 1 N 1 m, a teljesítmény mértékegysége pedig watt: 1 W = 1 J / s.

mechanikus energia.

Az energia minden típusú anyag kölcsönhatásának mozgásának általános mennyiségi mérőszáma. Az energia nem tűnik el és nem keletkezik a semmiből: csak egyik formából tud átjutni a másikba. Az energia fogalma a természet összes jelenségét összekapcsolja. Az anyag mozgásának különböző formáinak megfelelően különböző típusú energiákat veszünk figyelembe - mechanikus, belső, elektromágneses, nukleáris stb.

Az energia és a munka fogalma szorosan összefügg egymással. Ismeretes, hogy a munkavégzés az energiatartalék rovására történik, és fordítva, munkavégzéssel bármely eszközben meg lehet növelni az energiatartalékot. Más szóval, a munka az energia változásának mennyiségi mérőszáma:

.

Az energiát és a munkát SI-ben mérjük joule-ban: [ E]=1 J.

A mechanikai energia kétféle - kinetikus és potenciális.

Kinetikus energia (vagy a mozgás energiáját) a vizsgált testek tömege és sebessége határozza meg. Tekintsünk egy anyagi pontot, amely egy erő hatására mozog . Ennek az erőnek a munkája növeli az anyagi pont mozgási energiáját
. Számítsuk ki ebben az esetben a mozgási energia kis növekményét (differenciálját):

Számításkor
Newton második törvényét használva
, szintén
- egy anyagi pont sebességi modulusa. Akkor
a következőképpen ábrázolható:

-

- mozgó anyagpont kinetikus energiája.

Ezt a kifejezést megszorozva és osztva ezzel
, és ezt figyelembe véve
, kapunk

-

- kapcsolat a mozgó anyagi pont lendülete és mozgási energiája között.

Helyzeti energia ( vagy a testek helyzetének energiája) a testre ható konzervatív erők hatása határozza meg, és csak a test helyzetétől függ. .

Láttuk, hogy a gravitáció munkája
anyagi pont görbe vonalú mozgásával
a függvény értékei közötti különbségként ábrázolható
pontban vették 1 és a ponton 2 :

.

Kiderült, hogy amikor az erők konzervatívak, ezeknek az erőknek a munkája úton van 1
2 a következőképpen ábrázolható:

.

Funkció , amely csak a test helyzetétől függ – potenciális energiának nevezzük.

Aztán elemi munkára kapunk

–munka egyenlő a potenciális energia elvesztésével.

Ellenkező esetben azt mondhatjuk, hogy a munka a potenciális energiatartalék miatt megtörtént.

az érték , amely megegyezik a részecske kinetikai és potenciális energiáinak összegével, a test teljes mechanikai energiájának nevezzük:

–a test teljes mechanikai energiája.

Végezetül megjegyezzük, hogy Newton második törvényét használva
, kinetikus energia különbség
a következőképpen ábrázolható:

.

Potenciális energiakülönbség
, mint fentebb említettük, egyenlő:

.

Így ha a hatalom konzervatív erő, és nincs más külső erő , azaz ebben az esetben a test teljes mechanikai energiája megmarad.

A mozgás energetikai jellemzőinek jellemzésére bevezettük a mechanikai munka fogalmát. És ez a cikk neki szól különféle megnyilvánulásaiban. A téma megértése egyszerű és meglehetősen bonyolult. A szerző őszintén igyekezett érthetőbbé, érthetőbbé tenni, és csak remélni lehet, hogy a célt sikerült elérni.

Mi az a mechanikai munka?

Minek nevezik? Ha valamilyen erő hat a testre, és ennek az erőnek a hatására a test elmozdul, akkor ezt mechanikai munkának nevezzük. A tudományfilozófia felől közelítve itt több további szempont is megkülönböztethető, de a cikk a fizika felől fogja kitérni a témát. A gépészeti munka nem nehéz, ha alaposan átgondolja az ide írt szavakat. De a "mechanikus" szót általában nem írják le, és minden a "munka" szóra redukálódik. De nem minden munka mechanikus. Itt egy ember ül és gondolkodik. Működik? Lelkileg igen! De ez mechanikus munka? Nem. Mi van, ha az ember sétál? Ha a test erő hatására mozog, akkor ez mechanikai munka. Minden egyszerű. Más szóval, a testre ható erő (mechanikai) működik. És még valami: a munka az, ami egy bizonyos erő hatásának eredményét jellemezheti. Tehát ha az ember sétál, akkor bizonyos erők (súrlódás, gravitáció stb.) mechanikai munkát végeznek az emberen, és ezek hatására az ember megváltoztatja a helyzetét, vagyis mozog.

A munka mint fizikai mennyiség egyenlő a testre ható erővel, megszorozva azzal az úttal, amelyet a test ennek az erőnek a hatására és az általa jelzett irányban megtett. Azt mondhatjuk, hogy mechanikai munkát végeztünk, ha 2 feltétel egyidejűleg teljesült: az erő hatott a testre, és az elmozdult a hatásának irányába. De nem hajtották végre, vagy nem hajtják végre, ha az erő hatott, és a test nem változtatta meg a helyét a koordinátarendszerben. Íme néhány példa, ahol nem végeznek mechanikai munkát:

1. Tehát az ember ráeshet egy hatalmas sziklára, hogy elmozdítsa, de nincs elég ereje. Az erő hat a kőre, de az nem mozdul, és nem történik munka.
2. A test a koordinátarendszerben mozog, és az erő nullával egyenlő, vagy mindegyik kompenzálódik. Ez tehetetlenségi mozgás során figyelhető meg.
3. Amikor a test mozgási iránya merőleges az erőre. Amikor a vonat vízszintes vonal mentén halad, a gravitációs erő nem végzi el a munkáját.

Bizonyos feltételektől függően a mechanikai munka negatív és pozitív lehet. Tehát, ha a test irányai és erői, valamint mozgásai megegyeznek, akkor pozitív munka történik. A pozitív munkára példa a gravitáció hatása a leeső vízcseppre. De ha az erő és a mozgás iránya ellentétes, akkor negatív mechanikai munka lép fel. Ilyen lehetőség például a felfelé ívelő léggömb és a gravitáció, amely negatív munkát végez. Ha egy test több erő hatásának van kitéve, az ilyen munkát "eredményes erőmunkának" nevezik.

A gyakorlati alkalmazás jellemzői (kinetikus energia)

Az elméletről áttérünk a gyakorlati részre. Külön kell beszélnünk a mechanikai munkáról és annak fizikában való felhasználásáról. Amint valószínűleg sokan emlékeztek, a test összes energiája kinetikai és potenciális részekre oszlik. Ha egy tárgy egyensúlyban van, és nem mozog sehol, akkor potenciális energiája egyenlő a teljes energiával, mozgási energiája pedig nulla. Amikor a mozgás elkezdődik, a potenciális energia csökkenni kezd, a mozgási energia növekedni kezd, de összességében megegyeznek a tárgy összenergiájával. Egy anyagi pont esetében a mozgási energiát annak az erőnek a munkájaként határozzuk meg, amely a pontot nulláról a H értékre gyorsította, és képlet formájában a test kinetikája ½ * M * H, ahol M a tömeg. Egy sok részecskebõl álló tárgy kinetikus energiájának megtudásához meg kell találni a részecskék összes kinetikus energiájának összegét, és ez lesz a test mozgási energiája.

A gyakorlati alkalmazás jellemzői (potenciális energia)

Abban az esetben, ha a testre ható összes erő konzervatív, és a potenciális energia egyenlő a teljes értékkel, akkor nem történik munka. Ez a posztulátum a mechanikai energia megmaradásának törvényeként ismert. A mechanikai energia zárt rendszerben az időintervallumban állandó. A természetvédelmi törvényt széles körben használják a klasszikus mechanikából származó problémák megoldására.

A gyakorlati alkalmazás jellemzői (termodinamika)

A termodinamikában a gáz által a tágulás során végzett munkát a nyomás és a térfogat szorzatával számítják ki. Ez a megközelítés nem csak azokban az esetekben alkalmazható, ahol a térfogatnak pontos függvénye van, hanem minden olyan folyamatra, amely a nyomás/térfogat síkban megjeleníthető. A mechanikai munka ismereteit nemcsak a gázokra alkalmazzák, hanem mindenre, ami nyomást tud kifejteni.

A gyakorlati alkalmazás jellemzői a gyakorlatban (elméleti mechanika)

Az elméleti mechanikában az összes fent leírt tulajdonságot és képletet részletesebben figyelembe veszik, különösen ezek vetületek. Saját definíciót ad a mechanikai munka különféle képleteire is (példa a Rimmer-integrál definíciójára): azt a határt, amelyre az elemi munka erőinek összege hajlik, amikor a partíció finomsága nullára hajlik, az úgynevezett az erő munkája a görbe mentén. Valószínűleg nehéz? De semmi, elméleti mechanikával mindent. Igen, és minden mechanikai munka, fizika és egyéb nehézségek véget értek. A továbbiakban csak példák és következtetések lesznek.

Gépészeti munkaegységek

Az SI joule-t használ a munka mérésére, míg a GHS ergeket használ:

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

Példák a mechanikai munkákra

Annak érdekében, hogy végre megértse az ilyen fogalmat, mint a mechanikai munka, tanulmányozzon néhány külön példát, amelyek lehetővé teszik, hogy sok, de nem minden oldalról megvizsgálja:

1. Amikor egy ember felemeli a követ a kezével, akkor mechanikai munka történik a kezek izomerejének segítségével;
2. Amikor a vonat a sínek mentén halad, a traktor vonóereje húzza (villamos mozdony, dízelmozdony stb.);
3. Ha vesz egy fegyvert és lő belőle, akkor a porgázok által keltett nyomóerőnek köszönhetően a munka megtörténik: a golyó a pisztoly csöve mentén mozog, miközben maga a golyó sebessége nő. ;
4. Létezik mechanikai munka is, amikor a súrlódási erő hat a testre, és arra kényszeríti, hogy csökkentse mozgásának sebességét;
5. A fenti példa a golyókkal, amikor azok a gravitáció irányával ellentétes irányba emelkednek, szintén a mechanikai munkára példa, de a gravitáció mellett az Archimedes-erő is hat, amikor minden, ami a levegőnél könnyebb felemelkedik.

Mi a hatalom?

Végül a hatalom témáját szeretném érinteni. Az erő által egy időegység alatt végzett munkát teljesítménynek nevezzük. Valójában a teljesítmény egy olyan fizikai mennyiség, amely tükrözi a munka és egy bizonyos időtartam arányát, amely alatt ezt a munkát elvégezték: M = P / B, ahol M a teljesítmény, P a munka, B az idő. Az SI teljesítmény mértékegysége 1 watt. Egy watt egyenlő azzal a teljesítménnyel, amely egy joule-t egy másodperc alatt elvégzi: 1 W = 1J \ 1s.

A „Hogyan mérjük a munkát” témakör feltárása előtt egy kis kitérőt kell tenni. Ezen a világon minden a fizika törvényeinek engedelmeskedik. Minden folyamat vagy jelenség megmagyarázható bizonyos fizikatörvények alapján. Minden mérhető mennyiséghez tartozik egy mértékegység, amelyben mérni szokás. A mértékegységek rögzítettek, és ugyanazt jelentik az egész világon.

Ennek oka a következő. 1960-ban, a súlyokról és mértékekről szóló tizenegyedik általános konferencián egy olyan mérési rendszert fogadtak el, amelyet világszerte elismertek. Ez a rendszer a Le Système International d'Unités, SI (SI System International) nevet kapta. Ez a rendszer lett a világszerte elfogadott mértékegység-definíciók és arányuk alapja.

Fizikai kifejezések és terminológia

A fizikában az erő munkájának mérésére szolgáló mértékegységet J-nek (Joule) hívják, James Joule angol fizikus tiszteletére, aki nagyban hozzájárult a fizika termodinamikai szakaszának fejlődéséhez. Egy Joule egyenlő az egy N (Newton) erő által végzett munkával, ha alkalmazása egy M-rel (méterrel) az erő irányába mozdul el. Egy N (Newton) egyenlő egy kg (kilogramm) tömegű erővel, 1 m/s2 (méter per másodperc) gyorsulással az erő irányában.

Jegyzet. A fizikában minden összefügg, bármely munka elvégzése további műveletek végrehajtásával jár. Ilyen például a háztartási ventilátor. A ventilátor bekapcsolásakor a ventilátorlapátok forogni kezdenek. A forgó lapátok a levegő áramlására hatnak, és iránymozgást adnak neki. Ez a munka eredménye. De a munka elvégzéséhez más külső erők befolyása szükséges, amelyek nélkül a cselekvés végrehajtása lehetetlen. Ezek közé tartozik az elektromos áram erőssége, a teljesítmény, a feszültség és sok más, egymással összefüggő érték.

Az elektromos áram lényegében az elektronok rendezett mozgása egy vezetőben egységnyi idő alatt. Az elektromos áram pozitív vagy negatív töltésű részecskéken alapul. Ezeket elektromos töltéseknek nevezik. C, q, Kl (Függő) betűkkel jelölve, Charles Coulomb francia tudósról és feltalálóról nevezték el. Az SI rendszerben a töltött elektronok számának mértékegysége. 1 C egyenlő a vezető keresztmetszetén egységnyi idő alatt átáramló töltött részecskék térfogatával. Az idő mértékegysége egy másodperc. Az elektromos töltés képlete az alábbi ábrán látható.

Az elektromos áram erősségét A betűvel (amper) jelöljük. Az amper egy olyan mértékegység a fizikában, amely egy olyan erő munkájának mérését jellemzi, amelyet a töltések vezető mentén történő mozgatására fordítanak. Magában az elektromos áram az elektronok rendezett mozgása egy vezetőben, elektromágneses tér hatására. Vezetőn olyan anyagot vagy olvadt sót (elektrolit) értünk, amely csekély ellenállással rendelkezik az elektronok áthaladásával szemben. Az elektromos áram erősségét két fizikai mennyiség befolyásolja: a feszültség és az ellenállás. Az alábbiakban lesz szó róluk. Az áramerősség mindig egyenesen arányos a feszültséggel és fordítottan arányos az ellenállással.

Mint fentebb említettük, az elektromos áram az elektronok rendezett mozgása a vezetőben. De van egy figyelmeztetés: mozgásukhoz bizonyos hatásra van szükség. Ez a hatás potenciálkülönbség létrehozásával jön létre. Az elektromos töltés lehet pozitív vagy negatív. A pozitív töltések mindig negatív töltésekre irányulnak. Ez szükséges a rendszer egyensúlyához. A pozitív és negatív töltésű részecskék száma közötti különbséget elektromos feszültségnek nevezzük.

A teljesítmény az az energiamennyiség, amelyet egy J (Joule) munka elvégzésére fordítanak egy másodperces időtartam alatt. A mértékegységet a fizikában W (Watt), az SI rendszerben W (Watt) jelöli. Mivel az elektromos energiát vesszük figyelembe, itt egy bizonyos idő alatt egy bizonyos művelet végrehajtására fordított elektromos energia értéke.

Hagyja, hogy a test, amelyre az erő hat, egy bizonyos pályán haladva haladjon el, az s út. Ebben az esetben az erő vagy megváltoztatja a test sebességét, gyorsulást kölcsönözve neki, vagy kompenzálja egy másik, a mozgást ellenző erő (vagy erők) hatását. Az s úton végzett cselekvést egy munka nevű mennyiség jellemzi.

A mechanikai munka egy skaláris mennyiség, amely egyenlő az erő Fs mozgásirányra vetített vetületének és az erő alkalmazási pontja által bejárt s útnak a szorzatával (22. ábra):

A = Fs*s.(56)

Az (56) kifejezés akkor érvényes, ha az Fs erő mozgásirányra (azaz a sebesség irányára) vonatkozó vetületének értéke mindvégig változatlan marad. Ez különösen akkor fordul elő, ha a test egyenes vonalban mozog, és egy állandó nagyságú erő állandó α szöget zár be a mozgás irányával. Mivel Fs = F * cos(α), a (47) kifejezés a következő formában adható:

A = F*s*cos(α).

Ha egy eltolási vektor, akkor a munkát két vektor és a skaláris szorzataként számítjuk ki:

. (57)

A munka egy algebrai mennyiség. Ha az erő és a mozgás iránya hegyesszöget alkot (cos(α) > 0), akkor a munka pozitív. Ha az α szög tompa (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.

Dolgozzon, ha erő hatása alatt mozog

Ha az erő mozgásirányra vetületének nagysága mozgás közben nem marad állandó, akkor a munkát integrálként fejezzük ki:

. (58)

Az ilyen típusú integrált a matematikában görbe vonalú integrálnak nevezzük az S pálya mentén. Az argumentum itt egy vektorváltozó, amely mind abszolút értékben, mind irányban változhat. Az integráljel alatt az erővektor és az elemi elmozdulásvektor skaláris szorzata található.

A munkaegység az eggyel egyenlő erő által a mozgás irányában ható, eggyel egyenlő pályán végzett munka. SI-ben A munka mértékegysége a joule (J), amely egyenlő az 1 méteres pályán 1 newton erő által végzett munkával:

1J = 1N * 1m.

A CGS-ben a munka mértékegysége az erg, amely egyenlő az 1 centiméteres pályán 1 din erő által végzett munkával. 1J = 107 erg.

Néha nem rendszerszintű egységkilogrammmétert (kg * m) használnak. Ez az a munka, amelyet 1 kg-os erő végez 1 méteres úton. 1kg*m = 9,81 J.