Ni nini kazi kamili katika fizikia. Kazi ya mitambo na nguvu ya nguvu

1. Kutoka kwa kozi ya fizikia ya daraja la 7, unajua kwamba ikiwa nguvu inatenda kwenye mwili na inasonga kwa mwelekeo wa nguvu, basi nguvu hufanya kazi ya mitambo. A, sawa na bidhaa ya moduli ya nguvu na moduli ya uhamishaji:

A=fs.

kitengo cha kazi cha SI - joule (1 J).

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

Kitengo cha kazi ni kazi inayofanywa na nguvu. 1 N njiani 1m.

Inafuata kutoka kwa fomula kwamba kazi ya mitambo haifanyiki ikiwa nguvu ni sifuri (mwili umepumzika au unasonga sawasawa na mstatili) au uhamishaji ni sifuri.

Tuseme kwamba vekta ya nguvu inayofanya kazi kwenye mwili hufanya pembe fulani na vekta ya uhamisho (Mchoro 65). Kwa kuwa mwili hauendi katika mwelekeo wa wima, makadirio ya nguvu Fy kwa ekseli Y haifanyi kazi, lakini makadirio ya nguvu Fx kwa ekseli X inafanya kazi sawa na A = F x s x.

Kwa sababu ya Fx = F cos a, na s x= s, basi

Kwa njia hii,

kazi ya nguvu ya mara kwa mara ni sawa na bidhaa ya modules ya vectors ya nguvu na makazi yao na cosine ya angle kati ya vectors hizi.

2. Hebu tuchambue formula ya kazi inayosababisha.

Ikiwa angle a = 0 °, basi cos 0 ° = 1 na A = fs. Kazi iliyofanywa ni nzuri na thamani yake ni ya juu ikiwa mwelekeo wa nguvu unafanana na mwelekeo wa uhamisho.

Ikiwa angle = 90 °, basi cos 90 ° = 0 na A= 0. Nguvu haifanyi kazi ikiwa ni perpendicular kwa mwelekeo wa harakati ya mwili. Kwa hivyo, kazi ya mvuto ni sifuri wakati mwili unaposonga kwenye ndege ya usawa. Sifuri ni sawa na kazi ya nguvu inayopeana kasi ya centripetal kwa mwili wakati wa mwendo wake wa sare katika mduara, kwa kuwa nguvu hii katika hatua yoyote ya trajectory ni perpendicular kwa mwelekeo wa mwendo wa mwili.

Ikiwa angle = 180 °, basi cos 180 ° = -1 na A = –fs. Kesi hii hutokea wakati nguvu na uhamisho huelekezwa kwa mwelekeo tofauti. Ipasavyo, kazi iliyofanywa ni hasi na thamani yake ni ya juu. Kazi mbaya inafanywa, kwa mfano, kwa nguvu ya msuguano wa sliding, kwa kuwa inaelekezwa kwa mwelekeo kinyume na mwelekeo wa harakati za mwili.

Ikiwa pembe kati ya nguvu na vectors ya uhamisho ni papo hapo, basi kazi ni nzuri; ikiwa angle a ni butu, basi kazi ni hasi.

3. Tunapata formula ya kuhesabu kazi ya mvuto. Acha misa ya mwili m huanguka kwa uhuru chini kutoka kwa uhakika A kwa urefu h kuhusiana na uso wa Dunia, na baada ya muda inageuka kuwa katika hatua B(Mchoro 66, a) Kazi inayofanywa na mvuto ni sawa na

A = fs = mg.

Katika kesi hiyo, mwelekeo wa mwendo wa mwili unafanana na mwelekeo wa nguvu inayofanya juu yake, hivyo kazi ya mvuto katika kuanguka kwa bure ni chanya.

Ikiwa mwili unasogea juu kutoka kwa uhakika B hasa A(Mchoro 66, b), basi harakati zake zinaelekezwa kwa mwelekeo kinyume na mvuto, na kazi ya mvuto ni mbaya:

A= –mg

4. Kazi iliyofanywa na nguvu inaweza kuhesabiwa kwa kutumia grafu ya nguvu dhidi ya uhamisho.

Tuseme mwili unasonga chini ya ushawishi wa nguvu ya mara kwa mara ya mvuto. Plot ya moduli ya mvuto F kamba kutoka kwa moduli ya harakati ya mwili s ni mstari wa moja kwa moja sambamba na mhimili wa x (Mchoro 67). Tafuta eneo la mstatili uliochaguliwa. Ni sawa na bidhaa ya pande zake mbili: S = F nzito h = mg. Kwa upande mwingine, thamani sawa ni sawa na kazi ya mvuto A = mg.

Kwa hivyo, kazi ni nambari sawa na eneo la mstatili uliofungwa na grafu, shoka za kuratibu na perpendicular iliyoinuliwa kwa mhimili wa x kwenye hatua. h.

Fikiria sasa kesi wakati nguvu inayofanya kazi kwenye mwili inalingana moja kwa moja na uhamishaji. Nguvu kama hiyo, kama inavyojulikana, ni nguvu ya elasticity. Moduli yake ni F ziada = k D l, ambapo D l- kurefusha mwili.

Tuseme chemchemi, ambayo mwisho wake wa kushoto umewekwa, ilisisitizwa (Mchoro 68, a) Wakati huo huo, mwisho wake wa kulia ulihamia D l 1. Nguvu ya elastic imetokea katika chemchemi F kudhibiti 1, kuelekezwa kwa haki.

Ikiwa sasa tunaacha chemchemi yenyewe, basi mwisho wake wa kulia utahamia kulia (Mchoro 68, b), urefu wa chemchemi utakuwa sawa na D l 2, na nguvu ya elastic F zoezi 2 .

Kuhesabu kazi ya nguvu ya elastic wakati wa kusonga mwisho wa chemchemi kutoka kwa uhakika na kuratibu D l 1 kwa uhakika na kuratibu D l 2. Kwa hili tunatumia grafu ya utegemezi F udhibiti (D l) (Mchoro 69). Kazi ya nguvu ya elastic ni nambari sawa na eneo la trapezoid ABCD. Eneo la trapezoid ni sawa na bidhaa ya nusu ya jumla ya besi na urefu, i.e. S = AD. katika trapeze ABCD misingi AB = F ex 2 = k D l 2 , CD= F ex 1 = k D l 1 na urefu AD=D l 1-D l 2. Badilisha idadi hii katika fomula ya eneo la trapezoid:

S= (D l 1-D l 2) =– .

Kwa hivyo, tumepata kuwa kazi ya nguvu ya elastic ni sawa na:

A =– .

5 * . Wacha tufikirie kuwa mwili wa misa m kusonga kutoka kwa uhakika A hasa B(Mchoro 70), kusonga kwanza bila msuguano kando ya ndege iliyoelekezwa kutoka kwa uhakika A hasa C, na kisha bila msuguano kando ya ndege ya usawa kutoka kwa uhakika C hasa B. Kazi ya mvuto kwenye tovuti CB ni sifuri kwa sababu nguvu ya uvutano ni perpendicular kwa uhamisho. Wakati wa kusonga kwenye ndege iliyoelekezwa, kazi inayofanywa na mvuto ni:

A AC = F nzito l dhambi a. Kwa sababu l dhambi a = h, basi A AC = ft nzito h = mg.

Kazi ya mvuto wakati mwili unaposonga kwenye njia ACB ni sawa na ACB = A AC + A CB = mg + 0.

Kwa njia hii, ACB = mg.

Matokeo yaliyopatikana yanaonyesha kwamba kazi ya mvuto haitegemei sura ya trajectory. Inategemea tu nafasi za awali na za mwisho za mwili.

Wacha sasa tufikirie kuwa mwili unasonga kwenye njia iliyofungwa ABCA(tazama tini. 70). Wakati wa kusonga mwili kutoka kwa uhakika A hasa B kando ya trajectory ACB kazi inayofanywa na mvuto ni ACB = mg. Wakati wa kusonga mwili kutoka kwa uhakika B hasa A mvuto hufanya kazi hasi, ambayo ni sawa na A BA = –mg. Kisha kazi ya mvuto kwenye trajectory iliyofungwa A = ACB + A BA = 0.

Kazi ya nguvu ya elastic kwenye trajectory iliyofungwa pia ni sawa na sifuri. Kwa kweli, tuseme kwamba chemchemi ambayo haikuharibika mwanzoni ilinyoshwa na urefu wake uliongezeka kwa D l. Nguvu ya elastic inafanya kazi A 1 = . Wakati wa kurudi kwenye hali ya usawa, nguvu ya elastic inafanya kazi A 2 = . Kazi ya jumla ya nguvu ya elastic wakati wa kunyoosha kwa chemchemi na kurudi kwake kwa hali isiyofaa ni sifuri.

6. Kazi ya nguvu ya mvuto na nguvu ya elasticity kwenye trajectory iliyofungwa ni sawa na sifuri.

Vikosi ambavyo kazi yao kwenye trajectory yoyote iliyofungwa ni sawa na sifuri (au haitegemei sura ya trajectory) inaitwa kihafidhina.

Vikosi ambavyo kazi yao inategemea sura ya trajectory inaitwa isiyo ya kihafidhina.

Nguvu ya msuguano sio ya kihafidhina. Kwa mfano, mwili husogea kutoka kwa uhakika 1 hasa 2 moja kwa moja kwanza 12 (Mchoro 71), na kisha kando ya mstari uliovunjika 132 . Katika kila sehemu ya trajectory, nguvu ya msuguano ni sawa. Katika kesi ya kwanza, kazi ya nguvu ya msuguano

A 12 = –F tr l 1 ,

na katika pili -

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

Kutoka hapa A 12A 132.

7. Kutoka kwa kozi ya fizikia ya daraja la 7, unajua kuwa sifa muhimu ya vifaa vinavyofanya kazi ni nguvu.

Nguvu ni kiasi cha kimwili sawa na uwiano wa kazi na muda ambao inafanywa:

Nguvu inaashiria kasi ya kufanya kazi.

Kitengo cha nguvu katika SI - wati (1 W).

[N] === 1 W.

Kitengo cha nguvu ni nguvu ambayo inafanya kazi 1 J kujitolea kwa 1 s .

Maswali ya kujichunguza

1. Kazi inaitwa nini? Kitengo cha kazi ni nini?

2. Ni wakati gani nguvu hufanya kazi hasi? kazi chanya?

3. Je! ni fomula gani ya kuhesabu kazi ya mvuto? nguvu ya elastic?

5. Ni nguvu gani zinazoitwa kihafidhina; wasio wahafidhina?

6 * . Thibitisha kwamba kazi iliyofanywa na nguvu ya mvuto na nguvu ya elasticity haitegemei sura ya trajectory.

7. Nguvu inaitwa nini? Kitengo cha nguvu ni nini?

Kazi ya 18

1. Mvulana mwenye uzito wa kilo 20 hutolewa sawasawa kwenye sled, akitumia nguvu ya 20 N. Kamba, ambayo sled ni vunjwa, hufanya angle ya 30 ° na upeo wa macho. Je, ni kazi gani ya nguvu ya elastic inayotokana na kamba ikiwa sled ilihamia 100 m?

2. Mwanariadha mwenye uzito wa kilo 65 anaruka ndani ya maji kutoka kwa mnara ulio kwenye urefu wa m 3 juu ya uso wa maji. Ni kazi gani inafanywa na nguvu ya uvutano inayomfanyia mwanariadha anaposonga juu ya uso wa maji?

3. Chini ya hatua ya nguvu ya elastic, urefu wa chemchemi iliyoharibika na ugumu wa 200 N / m ilipungua kwa cm 4. Je, ni kazi gani ya nguvu ya elastic?

4 * . Thibitisha kuwa kazi ya nguvu inayobadilika ni sawa na eneo la takwimu iliyofungwa na grafu ya kuratibu kwa nguvu na shoka za kuratibu.

5. Je, ni nguvu gani ya traction ya injini ya gari ikiwa, kwa kasi ya mara kwa mara ya 108 km / h, inakuza nguvu ya 55 kW?

Ikiwa nguvu hufanya kazi kwenye mwili, basi nguvu hii inafanya kazi ya kusonga mwili huu. Kabla ya kutoa ufafanuzi wa kazi katika mwendo wa curvilinear wa nyenzo, fikiria kesi maalum:

Katika kesi hii, kazi ya mitambo A ni sawa na:

A= F s cos=
,

au A=Fcos× s = F S × s ,

wapiF S - makadirio nguvu kuhama. Kwa kesi hii F s = const, na maana ya kijiometri ya kazi A ni eneo la mstatili lililojengwa kwa kuratibu F S , , s.

Wacha tujenge grafu ya makadirio ya nguvu kwenye mwelekeo wa harakati F S kama kazi ya uhamishaji s. Tunawakilisha jumla ya uhamishaji kama jumla ya uhamishaji n ndogo
. Kwa ndogo i - kuhama
kazi ipo

au eneo la trapezoid yenye kivuli kwenye takwimu.

.

Thamani iliyo chini ya muunganisho itawakilisha kazi ya msingi juu ya uhamishaji usio na kikomo
:

- kazi ya msingi.

–fanya kazi na mwendo wa curvilinear.

Mfano 1: Kazi ya mvuto
wakati wa mwendo wa curvilinear wa sehemu ya nyenzo.

Zaidi kama thamani ya mara kwa mara inaweza kuchukuliwa nje ya ishara muhimu, na muhimu kulingana na takwimu itawakilisha uhamishaji kamili . .

Ikiwa tunaashiria urefu wa uhakika 1 kutoka kwenye uso wa dunia kupitia , na urefu wa uhakika 2 kupitia , basi

Tunaona kwamba katika kesi hii kazi imedhamiriwa na nafasi ya hatua ya nyenzo wakati wa awali na wa mwisho wa wakati na haitegemei sura ya trajectory au njia. Kazi iliyofanywa na mvuto katika njia iliyofungwa ni sifuri:
.

Vikosi ambavyo kazi yao kwenye njia iliyofungwa ni sifuri inaitwakihafidhina .

Mfano 2 : Kazi ya nguvu ya msuguano.

Huu ni mfano wa nguvu isiyo ya kihafidhina. Ili kuonyesha hili, inatosha kuzingatia kazi ya msingi ya nguvu ya msuguano:

,

hizo. kazi ya nguvu ya msuguano daima ni mbaya na haiwezi kuwa sawa na sifuri kwenye njia iliyofungwa. Kazi iliyofanywa kwa kitengo cha wakati inaitwa nguvu. Ikiwa kwa wakati
kazi inafanyika
, basi nguvu ni

–nguvu ya mitambo.

Kuchukua
kama

,

tunapata usemi wa nguvu:

.

Sehemu ya kazi ya SI ni joule:
= 1 J = 1 N 1 m, na kitengo cha nguvu ni watt: 1 W = 1 J / s.

nishati ya mitambo.

Nishati ni kipimo cha jumla cha kiasi cha harakati ya mwingiliano wa aina zote za suala. Nishati haina kutoweka na haitoke kutoka kwa chochote: inaweza tu kupita kutoka kwa fomu moja hadi nyingine. Wazo la nishati huunganisha pamoja matukio yote katika asili. Kwa mujibu wa aina mbalimbali za mwendo wa suala, aina tofauti za nishati zinazingatiwa - mitambo, ndani, umeme, nyuklia, nk.

Dhana za nishati na kazi zinahusiana kwa karibu. Inajulikana kuwa kazi inafanywa kwa gharama ya hifadhi ya nishati na, kinyume chake, kwa kufanya kazi, inawezekana kuongeza hifadhi ya nishati katika kifaa chochote. Kwa maneno mengine, kazi ni kipimo cha kiasi cha mabadiliko ya nishati:

.

Nishati na vile vile kazi katika SI hupimwa kwa joules: [ E]=1 J.

Nishati ya mitambo ni ya aina mbili - kinetic na uwezo.

Nishati ya kinetic (au nishati ya mwendo) imedhamiriwa na raia na kasi ya miili inayozingatiwa. Fikiria hatua ya nyenzo inayosonga chini ya hatua ya nguvu . Kazi ya nguvu hii huongeza nishati ya kinetic ya uhakika wa nyenzo
. Wacha tuhesabu katika kesi hii nyongeza ndogo (tofauti) ya nishati ya kinetic:

Wakati wa kuhesabu
kwa kutumia sheria ya pili ya Newton
, pia
- moduli ya kasi ya hatua ya nyenzo. Kisha
inaweza kuwakilishwa kama:

-

- nishati ya kinetic ya hatua ya nyenzo inayosonga.

Kuzidisha na kugawanya usemi huu kwa
, na kwa kuzingatia hilo
, tunapata

-

- uhusiano kati ya kasi na nishati ya kinetic ya hatua ya nyenzo inayosonga.

Nishati inayowezekana ( au nishati ya nafasi ya miili) imedhamiriwa na hatua ya nguvu za kihafidhina kwenye mwili na inategemea tu nafasi ya mwili. .

Tumeona kwamba kazi ya mvuto
na mwendo wa curvilinear wa sehemu ya nyenzo
inaweza kuwakilishwa kama tofauti kati ya maadili ya chaguo za kukokotoa
kuchukuliwa kwa uhakika 1 na kwa uhakika 2 :

.

Inatokea kwamba wakati wowote majeshi ni kihafidhina, kazi ya vikosi hivi njiani 1
2 inaweza kuwakilishwa kama:

.

Kazi , ambayo inategemea tu nafasi ya mwili - inaitwa nishati inayowezekana.

Kisha kwa kazi ya msingi tunapata

–kazi ni sawa na upotezaji wa nishati inayowezekana.

Vinginevyo, tunaweza kusema kwamba kazi inafanywa kutokana na hifadhi ya nishati inayowezekana.

Thamani , sawa na jumla ya nishati ya kinetic na uwezo wa chembe, inaitwa jumla ya nishati ya mitambo ya mwili:

–jumla ya nishati ya mitambo ya mwili.

Kwa kumalizia, tunaona kwamba kwa kutumia sheria ya pili ya Newton
, tofauti ya nishati ya kinetic
inaweza kuwakilishwa kama:

.

Tofauti ya nishati inayowezekana
, kama ilivyotajwa hapo juu, ni sawa na:

.

Hivyo, kama nguvu ni nguvu ya kihafidhina na hakuna nguvu nyingine za nje, basi , i.e. katika kesi hii, nishati ya jumla ya mitambo ya mwili imehifadhiwa.

Ili kuwa na sifa ya sifa za nishati ya mwendo, dhana ya kazi ya mitambo ilianzishwa. Na ni kwake katika udhihirisho wake mbalimbali kwamba makala hiyo imetolewa. Kuelewa mada ni rahisi na ngumu sana. Mwandishi alijaribu kwa dhati kuifanya ieleweke zaidi na kueleweka, na mtu anaweza tu kutumaini kuwa lengo limepatikana.

Kazi ya mitambo ni nini?

Inaitwaje? Ikiwa nguvu fulani inafanya kazi kwenye mwili, na kama matokeo ya hatua ya nguvu hii, mwili hutembea, basi hii inaitwa kazi ya mitambo. Inapofikiwa kutoka kwa mtazamo wa falsafa ya kisayansi, mambo kadhaa ya ziada yanaweza kutofautishwa hapa, lakini kifungu kitashughulikia mada kutoka kwa mtazamo wa fizikia. Kazi ya mitambo si vigumu ikiwa unafikiri kwa makini kuhusu maneno yaliyoandikwa hapa. Lakini neno "mitambo" kawaida halijaandikwa, na kila kitu kinapunguzwa kwa neno "kazi". Lakini si kila kazi ni mitambo. Hapa mtu ameketi na kufikiri. Je, inafanya kazi? Kiakili ndio! Lakini ni kazi ya mitambo? Hapana. Je, ikiwa mtu huyo anatembea? Ikiwa mwili unaendelea chini ya ushawishi wa nguvu, basi hii ni kazi ya mitambo. Kila kitu ni rahisi. Kwa maneno mengine, nguvu inayofanya kazi kwenye mwili hufanya kazi (mitambo). Na jambo moja zaidi: ni kazi ambayo inaweza kuonyesha matokeo ya hatua ya nguvu fulani. Kwa hiyo ikiwa mtu anatembea, basi nguvu fulani (msuguano, mvuto, nk) hufanya kazi ya mitambo kwa mtu, na kutokana na hatua yao, mtu hubadilisha eneo lake, kwa maneno mengine, anahamia.

Kazi kama idadi ya mwili ni sawa na nguvu inayofanya kazi kwa mwili, ikizidishwa na njia ambayo mwili ulifanya chini ya ushawishi wa nguvu hii na kwa mwelekeo ulioonyeshwa nayo. Tunaweza kusema kwamba kazi ya mitambo ilifanyika ikiwa hali 2 zilikutana wakati huo huo: nguvu ilifanya kazi kwenye mwili, na ikahamia kwenye mwelekeo wa hatua yake. Lakini haikufanyika au haifanyiki ikiwa nguvu ilifanya kazi, na mwili haukubadilisha eneo lake katika mfumo wa kuratibu. Hapa kuna mifano ndogo ambapo kazi ya mitambo haifanyiki:

1. Kwa hivyo mtu anaweza kuanguka kwenye mwamba mkubwa ili kuisogeza, lakini hakuna nguvu ya kutosha. Nguvu hufanya juu ya jiwe, lakini haina hoja, na kazi haifanyiki.
2. Mwili hutembea katika mfumo wa kuratibu, na nguvu ni sawa na sifuri au wote wanalipwa. Hii inaweza kuzingatiwa wakati wa mwendo wa inertial.
3. Wakati mwelekeo ambao mwili unakwenda ni perpendicular kwa nguvu. Wakati treni inakwenda kwenye mstari wa usawa, nguvu ya mvuto haifanyi kazi yake.

Kulingana na hali fulani, kazi ya mitambo inaweza kuwa mbaya na nzuri. Kwa hivyo, ikiwa maelekezo na nguvu, na harakati za mwili ni sawa, basi kazi nzuri hutokea. Mfano wa kazi nzuri ni athari ya mvuto kwenye tone la maji linaloanguka. Lakini ikiwa nguvu na mwelekeo wa harakati ni kinyume, basi kazi mbaya ya mitambo hutokea. Mfano wa chaguo vile ni puto inayoinuka na mvuto, ambayo hufanya kazi mbaya. Wakati mwili unakabiliwa na ushawishi wa nguvu kadhaa, kazi hiyo inaitwa "kazi ya nguvu ya matokeo".

Vipengele vya matumizi ya vitendo (nishati ya kinetic)

Tunapita kutoka kwa nadharia hadi sehemu ya vitendo. Tofauti, tunapaswa kuzungumza juu ya kazi ya mitambo na matumizi yake katika fizikia. Kama wengi labda walikumbuka, nishati yote ya mwili imegawanywa katika kinetic na uwezo. Wakati kitu kiko katika usawa na hakisogei popote, nishati yake inayowezekana ni sawa na jumla ya nishati, na nishati yake ya kinetic ni sifuri. Wakati harakati inapoanza, nishati inayowezekana huanza kupungua, nishati ya kinetic huongezeka, lakini kwa jumla ni sawa na jumla ya nishati ya kitu. Kwa uhakika wa nyenzo, nishati ya kinetic inafafanuliwa kama kazi ya nguvu ambayo iliongeza kasi ya uhakika kutoka sifuri hadi thamani H, na kwa fomu ya fomula, kinetics ya mwili ni ½ * M * H, ambapo M ni wingi. Ili kujua nishati ya kinetic ya kitu ambacho kina chembe nyingi, unahitaji kupata jumla ya nishati ya kinetic ya chembe, na hii itakuwa nishati ya kinetic ya mwili.

Vipengele vya matumizi ya vitendo (nishati inayowezekana)

Katika kesi wakati nguvu zote zinazofanya kazi kwenye mwili ni za kihafidhina, na nishati inayowezekana ni sawa na jumla, basi hakuna kazi inayofanyika. Nakala hii inajulikana kama sheria ya uhifadhi wa nishati ya mitambo. Nishati ya mitambo katika mfumo wa kufungwa ni mara kwa mara katika muda wa muda. Sheria ya uhifadhi hutumiwa sana kutatua matatizo kutoka kwa mechanics ya classical.

Vipengele vya matumizi ya vitendo (thermodynamics)

Katika thermodynamics, kazi iliyofanywa na gesi wakati wa upanuzi ni mahesabu na muhimu ya shinikizo kuongezeka kwa kiasi. Njia hii haitumiki tu katika hali ambapo kuna kazi halisi ya kiasi, lakini pia kwa taratibu zote ambazo zinaweza kuonyeshwa kwenye ndege ya shinikizo / kiasi. Ujuzi wa kazi ya mitambo pia hutumiwa sio tu kwa gesi, lakini kwa kila kitu ambacho kinaweza kutoa shinikizo.

Vipengele vya matumizi ya vitendo katika mazoezi (mechanics ya kinadharia)

Katika mechanics ya kinadharia, mali zote na kanuni zilizoelezwa hapo juu zinazingatiwa kwa undani zaidi, hasa, haya ni makadirio. Pia anatoa ufafanuzi wake mwenyewe kwa fomula mbali mbali za kazi ya mitambo (mfano wa ufafanuzi wa kiunga cha Rimmer): kikomo ambacho jumla ya nguvu zote za kazi ya msingi huelekea wakati ukamilifu wa kizigeu huelekea sifuri huitwa sifuri. kazi ya nguvu kando ya curve. Pengine vigumu? Lakini hakuna kitu, na mechanics ya kinadharia kila kitu. Ndio, na kazi yote ya mitambo, fizikia na shida zingine zimekwisha. Zaidi kutakuwa na mifano tu na hitimisho.

Vitengo vya kazi vya mitambo

SI hutumia joules kupima kazi, wakati GHS hutumia ergs:

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

Mifano ya kazi ya mitambo

Ili hatimaye kuelewa wazo kama kazi ya mitambo, unapaswa kusoma mifano michache tofauti ambayo itakuruhusu kuizingatia kutoka kwa wengi, lakini sio pande zote:

1. Wakati mtu akiinua jiwe kwa mikono yake, basi kazi ya mitambo hutokea kwa msaada wa nguvu za misuli ya mikono;
2. Wakati treni inasafiri kando ya reli, inavutwa na nguvu ya traction ya trekta (locomotive ya umeme, injini ya dizeli, nk);
3. Ikiwa unachukua bunduki na kupiga risasi kutoka kwayo, basi shukrani kwa nguvu ya shinikizo ambayo gesi za poda zitaunda, kazi itafanywa: risasi huhamishwa kando ya pipa la bunduki wakati huo huo kasi ya risasi yenyewe huongezeka. ;
4. Pia kuna kazi ya mitambo wakati nguvu ya msuguano hufanya juu ya mwili, na kulazimisha kupunguza kasi ya harakati zake;
5. Mfano hapo juu na mipira, wakati wanainuka kwa mwelekeo tofauti kuhusiana na mwelekeo wa mvuto, pia ni mfano wa kazi ya mitambo, lakini pamoja na mvuto, nguvu ya Archimedes pia hufanya wakati kila kitu ambacho ni nyepesi kuliko hewa kinainuka.

Nguvu ni nini?

Hatimaye, nataka kugusa mada ya nguvu. Kazi inayofanywa na nguvu katika kitengo kimoja cha wakati inaitwa nguvu. Kwa kweli, nguvu ni kiasi cha kimwili ambacho ni tafakari ya uwiano wa kazi kwa kipindi fulani cha wakati ambapo kazi hii ilifanyika: M = P / B, ambapo M ni nguvu, P ni kazi, B ni wakati. Kitengo cha nguvu cha SI ni 1 watt. Watt ni sawa na nguvu inayofanya kazi ya joule moja kwa sekunde moja: 1 W = 1J \ 1s.

Kabla ya kufunua mada "Jinsi kazi inavyopimwa", ni muhimu kufanya upungufu mdogo. Kila kitu katika ulimwengu huu kinatii sheria za fizikia. Kila mchakato au jambo linaweza kuelezewa kwa misingi ya sheria fulani za fizikia. Kwa kila kiasi kinachoweza kupimika, kuna kitengo ambacho ni desturi ya kuipima. Vipimo vya kipimo ni vya kudumu na vina maana sawa ulimwenguni kote.

Sababu ya hii ni ifuatayo. Mnamo mwaka wa 1960, katika mkutano mkuu wa kumi na moja juu ya uzito na vipimo, mfumo wa vipimo ulipitishwa ambao unatambuliwa duniani kote. Mfumo huu uliitwa Le Système International d'Unités, SI (SI System International). Mfumo huu umekuwa msingi wa ufafanuzi wa vitengo vya kipimo vinavyokubaliwa ulimwenguni kote na uwiano wao.

Istilahi za kimwili na istilahi

Katika fizikia, kitengo cha kupima kazi ya nguvu kinaitwa J (Joule), kwa heshima ya mwanafizikia wa Kiingereza James Joule, ambaye alitoa mchango mkubwa katika maendeleo ya sehemu ya thermodynamics katika fizikia. Joule moja ni sawa na kazi iliyofanywa na nguvu ya N moja (Newton) wakati maombi yake yanasonga M (mita) moja kwa mwelekeo wa nguvu. N moja (Newton) ni sawa na nguvu yenye uzito wa kilo moja (kilo) kwa kuongeza kasi ya m/s2 moja (mita kwa sekunde) katika mwelekeo wa nguvu.

Kumbuka. Katika fizikia, kila kitu kinaunganishwa, utendaji wa kazi yoyote unahusishwa na utendaji wa vitendo vya ziada. Mfano ni shabiki wa kaya. Wakati feni imewashwa, vile vile vya feni huanza kuzunguka. Vipande vinavyozunguka hufanya juu ya mtiririko wa hewa, na kuwapa harakati za mwelekeo. Haya ni matokeo ya kazi. Lakini kufanya kazi, ushawishi wa nguvu nyingine za nje ni muhimu, bila ambayo utendaji wa hatua hauwezekani. Hizi ni pamoja na nguvu ya sasa ya umeme, nguvu, voltage na maadili mengine mengi yanayohusiana.

Umeme wa sasa, kwa asili yake, ni harakati iliyoamuru ya elektroni katika kondakta kwa wakati wa kitengo. Umeme wa sasa unategemea chembe chaji chanya au hasi. Zinaitwa malipo ya umeme. Inaonyeshwa na herufi C, q, Kl (Pendant), iliyopewa jina la mwanasayansi wa Ufaransa na mvumbuzi Charles Coulomb. Katika mfumo wa SI, ni kitengo cha kipimo kwa idadi ya elektroni zilizoshtakiwa. 1 C ni sawa na kiasi cha chembe za kushtakiwa zinazopita kupitia sehemu ya msalaba wa kondakta kwa wakati wa kitengo. Kitengo cha wakati ni sekunde moja. Fomu ya malipo ya umeme imeonyeshwa hapa chini kwenye takwimu.

Nguvu ya sasa ya umeme inaonyeshwa na barua A (ampere). Ampere ni kitengo cha fizikia ambacho kinaashiria kipimo cha kazi ya nguvu ambayo hutumiwa kusonga chaji pamoja na kondakta. Katika msingi wake, sasa umeme ni harakati iliyoamuru ya elektroni katika kondakta chini ya ushawishi wa uwanja wa umeme. Kwa kondakta ina maana ya nyenzo au chumvi iliyoyeyuka (electrolyte) ambayo ina upinzani mdogo kwa kifungu cha elektroni. Idadi mbili za kimwili huathiri nguvu ya sasa ya umeme: voltage na upinzani. Watajadiliwa hapa chini. Ya sasa daima ni sawia moja kwa moja na voltage na inversely sawia na upinzani.

Kama ilivyoelezwa hapo juu, sasa ya umeme ni harakati iliyoamuru ya elektroni kwenye kondakta. Lakini kuna tahadhari moja: kwa harakati zao, athari fulani inahitajika. Athari hii inaundwa kwa kuunda tofauti inayowezekana. Chaji ya umeme inaweza kuwa chanya au hasi. Gharama chanya daima huwa na malipo hasi. Hii ni muhimu kwa usawa wa mfumo. Tofauti kati ya idadi ya chembe chaji chanya na hasi inaitwa voltage ya umeme.

Nguvu ni kiasi cha nishati kinachotumiwa kufanya kazi ya J moja (Joule) katika muda wa sekunde moja. Sehemu ya kipimo katika fizikia inaonyeshwa kama W (Watt), katika mfumo wa SI W (Watt). Kwa kuwa nguvu za umeme zinazingatiwa, hapa ni thamani ya nishati ya umeme inayotumiwa kufanya hatua fulani katika kipindi cha muda.

Hebu mwili, ambayo nguvu hufanya, kupita, kusonga kando ya trajectory fulani, njia s. Katika kesi hii, nguvu hubadilisha kasi ya mwili, ikitoa kasi kwake, au hulipa fidia kwa hatua ya nguvu nyingine (au nguvu) ambayo inapinga harakati. Kitendo kwenye njia s kinaonyeshwa na idadi inayoitwa kazi.

Kazi ya mitambo ni kiasi cha scalar sawa na bidhaa ya makadirio ya nguvu kwenye mwelekeo wa harakati Fs na njia iliyopitishwa na hatua ya matumizi ya nguvu (Mchoro 22):

A = Fs*s.(56)

Usemi (56) ni halali ikiwa thamani ya makadirio ya nguvu Fs kwenye mwelekeo wa harakati (yaani, kwa mwelekeo wa kasi) inabakia bila kubadilika wakati wote. Hasa, hii hutokea wakati mwili unaendelea kwa mstari wa moja kwa moja na nguvu ya ukubwa wa mara kwa mara huunda angle ya mara kwa mara α na mwelekeo wa mwendo. Kwa kuwa Fs = F * cos(α), usemi (47) unaweza kupewa fomu ifuatayo:

A = F*s*cos(α).

Ikiwa ni vekta ya uhamishaji, basi kazi hiyo inahesabiwa kama bidhaa ya scalar ya vekta mbili na :

. (57)

Kazi ni wingi wa aljebra. Ikiwa nguvu na mwelekeo wa harakati huunda angle ya papo hapo (cos(α)> 0), kazi ni nzuri. Ikiwa pembe α ni butu (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.

Fanya kazi wakati wa kusonga chini ya ushawishi wa nguvu

Ikiwa ukubwa wa makadirio ya nguvu kwenye mwelekeo wa harakati haibaki mara kwa mara wakati wa harakati, basi kazi inaonyeshwa kama muhimu:

. (58)

Kiunga cha aina hii katika hisabati kinaitwa curvilinear integral pamoja na trajectory S. Hoja hapa ni vector variable , ambayo inaweza kutofautiana kwa thamani kamili na mwelekeo. Chini ya ishara muhimu ni bidhaa ya scalar ya vekta ya nguvu na vector ya msingi ya uhamisho.

Kitengo cha kazi ni kazi iliyofanywa na nguvu sawa na moja na kutenda katika mwelekeo wa harakati, kwenye njia sawa na moja. katika SI Sehemu ya kazi ni joule (J), ambayo ni sawa na kazi iliyofanywa na nguvu ya newton 1 kwenye njia ya mita 1:

1J = 1N * 1m.

Katika CGS, kitengo cha kazi ni erg, ambayo ni sawa na kazi iliyofanywa na nguvu ya dyne 1 katika njia ya 1 sentimita. 1J = 10 7 erg.

Wakati mwingine kitengo kisicho cha utaratibu kilomita (kg * m) hutumiwa. Hii ni kazi iliyofanywa na nguvu ya kilo 1 kwenye njia ya mita 1. 1kg*m = 9.81 J.