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 zove J (Joule), u čast engleskog fizičara Jamesa Joulea, koji je dao veliki doprinos razvoju odjeljka termodinamike u fizici. Jedan džul jednako radu, koju izvodi sila od jedan N (njutn), kada se njena primjena pomjeri za jedan M (metar) u smjeru sile. jedan N (njutn) jednaka snazi, mase od jednog kg (kilograma), sa ubrzanjem 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, struja je uređeno kretanje elektrona u provodniku pod uticajem elektromagnetno polje. 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. Električno punjenje može biti pozitivan ili negativan. pozitivnih naboja uvek teži negativnih naboja. 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). Pošto se u obzir uzima električna energija, ovdje je to vrijednost potrošene električna energija izvršiti određenu radnju u određenom vremenskom periodu.

U zaključku, treba napomenuti da je jedinica mjere rada skalarna veličina, ima vezu sa svim dijelovima fizike i može se razmatrati sa strane ne samo elektrodinamike ili toplinske tehnike, već i drugih odjeljaka. U članku se ukratko razmatra vrijednost koja karakterizira mjernu jedinicu rada sile.

Video

« fizika - 10. razred

Zakon održanja energije je temeljni zakon prirode koji omogućava opisivanje većine pojava koje se događaju.

Opis kretanja tijela moguć je i uz pomoć pojmova dinamike kao što su rad i energija.

Zapamtite šta su rad i snaga u fizici.

Poklapaju li se ovi koncepti sa svakodnevnim idejama o njima?

Sve naše svakodnevne radnje svode se na to da uz pomoć mišića ili pokrećemo okolna tijela i održavamo to kretanje, ili zaustavljamo tijela koja se kreću.

Ova tijela su alati (čekić, olovka, pila), u igrama - lopte, pakovi, šahovske figure. U proizvodnji i poljoprivreda ljudi takođe pokreću alate.

Upotreba mašina uvelike povećava produktivnost rada zbog upotrebe motora u njima.

Svrha svakog motora je da pokrene tijela i održi ovo kretanje, uprkos kočenju i običnim trenjem i „radnim“ otporom (rezač ne samo da mora kliziti po metalu, već, zabijajući se u njega, uklanja strugotine; plug mora popustiti zemlju, itd.). U tom slučaju na tijelo koje se kreće mora djelovati sila sa strane motora.

Rad se u prirodi uvijek obavlja kada sila (ili više sila) iz drugog tijela (drugih tijela) djeluje na tijelo u smjeru njegovog kretanja ili protiv njega.

Gravitaciona sila djeluje kada padne kiša ili kamen padne sa litice. Istovremeno rad obavlja sila otpora koja djeluje na padajuće kapi ili na kamen sa strane zraka. Sila elastičnosti takođe radi kada se drvo savijeno vetrom ispravi.

Definicija posla.

Drugi Newtonov zakon u impulsivnom obliku ∆=∆t omogućava vam da odredite kako se brzina tijela mijenja u apsolutnoj vrijednosti i smjeru, ako na njega djeluje sila za vrijeme Δt.

Utjecaj na tijela sila, koji dovodi do promjene modula njihove brzine, karakterizira vrijednost koja ovisi kako o silama tako i o pomacima tijela. Ova veličina se u mehanici naziva rad sile.

Modulna promjena brzine je moguća samo kada je projekcija sile F r na smjer kretanja tijela različita od nule. Upravo ova projekcija određuje djelovanje sile koja mijenja brzinu tijela po modulu. Ona radi posao. Stoga se rad može smatrati proizvodom projekcije sile F r na modul pomaka |Δ| (Slika 5.1):

A = F r |Δ|. (5.1)

Ako je ugao između sile i pomaka označen sa α, onda F r = Fcosα.

Dakle, rad je jednak:

A = |Δ|cosα. (5.2)

Naš svakodnevni koncept rada razlikuje se od definicije rada u fizici. Držite težak kofer i čini vam se da radite posao. Međutim, sa stanovišta fizike, vaš rad je jednak nuli.

Rad konstantne sile jednak je proizvodu modula sile i pomaka tačke primjene sile i kosinusa ugla između njih.

Općenito, prilikom kretanja čvrsto telo pomeri ga različite tačke su različiti, ali pri određivanju rada sile mi Δ razumjeti kretanje njegove tačke primjene. At kretanje napred krutog tijela, kretanje svih njegovih tačaka poklapa se sa kretanjem tačke primjene sile.

Rad, za razliku od sile i pomaka, nije vektor, već skalarna veličina. Može biti pozitivna, negativna ili nula.

Predznak rada je određen predznakom kosinusa ugla između sile i pomaka. Ako je α< 90°, то А >0 od kosinusa oštri uglovi pozitivno. Za α > 90°, rad je negativan, jer je kosinus tupih uglova negativan. Pri α = 90° (sila je okomita na pomak) ne radi se.

Ako na tijelo djeluje više sila, tada je projekcija rezultantne sile na pomak jednaka zbroju projekcija pojedinačnih sila:

F r = F 1r + F 2r + ... .

Dakle, za rad rezultantne sile dobijamo

A = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)

Ako na tijelo djeluje više sila, onda pun rad(algebarski zbir rada svih sila) jednak je radu rezultantne sile.

Rad koji se vrši silom može se grafički prikazati. Objasnimo to tako što ćemo na slici prikazati zavisnost projekcije sile na koordinatu tijela kada se kreće pravolinijski.

Neka se tijelo onda kreće duž ose OX (slika 5.2).

Fcosα = F x , |Δ| = Δ x.

Za rad snage, dobijamo

A = F|Δ|cosα = F x Δx.

Očigledno je da je površina pravokutnika zasjenjenog na slici (5.3, a) brojčano jednaka radu pri pomicanju tijela iz tačke s koordinatom x1 u tačku s koordinatom x2.

Formula (5.1) vrijedi kada je projekcija sile na pomak konstantna. U slučaju zakrivljene putanje, konstantne ili promjenljive sile, putanju dijelimo na male segmente, koji se mogu smatrati pravolinijskim, a projekciju sile na mali pomak Δ - trajno.

Jedinica rada.

Jedinica rada se može postaviti pomoću osnovne formule (5.2). Ako pri pomicanju tijela po jedinici dužine na njega djeluje sila čiji je modul jednak jedan, a smjer sile se poklapa sa smjerom kretanja tačke njene primjene (α = 0), tada rad će biti jednak jedan. U međunarodnom sistemu (SI), jedinica rada je džul (označen J):

1 J = 1 N 1 m = 1 N m.

Joule je rad koji izvrši sila od 1 N pri pomaku od 1 ako se pravci sile i pomaka poklapaju.

Često se koristi više jedinica rada - kilodžul i mega džul:

1 kJ = 1000 J,
1 MJ = 1000000 J.

Posao se može obaviti u dužem vremenskom periodu ili u vrlo malom. U praksi, međutim, nije svejedno da li se posao može obaviti brzo ili sporo. Vrijeme u kojem se obavlja rad određuje performanse svakog motora. Mali električni motor može obaviti mnogo posla, ali će mu trebati dosta vremena. Stoga se uz rad uvodi vrijednost koja karakterizira brzinu kojom se proizvodi - snaga.

Snaga je omjer rada A i vremenskog intervala Δt za koji se ovaj rad obavlja, tj. snaga je brzina rada:

Zamjenjujući u formulu (5.4) umjesto rada A njegov izraz (5.2), dobijamo

Dakle, ako su sila i brzina tijela konstantne, tada je snaga jednaka proizvodu modula vektora sile sa modulom vektora brzine i kosinusom ugla između smjerova ovih vektora. Ako su ove veličine varijable, onda se po formuli (5.4) može odrediti prosječna snaga slično definiciji prosječna brzina pokreti tela.

Pojam snage se uvodi da bi se procijenio rad u jedinici vremena koji obavlja neki mehanizam (pumpa, kran, motor mašine itd.). Stoga se u formulama (5.4) i (5.5) uvijek podrazumijeva sila potiska.

U SI, moć se izražava u terminima vati (W).

Snaga je 1 W ako se rad od 1 J obavi za 1 s.

Uz vat koriste se veće (više) jedinice snage:

1 kW (kilovat) = 1000 W,
1 MW (megavat) = 1.000.000 W.

U našem svakodnevnom iskustvu, riječ "rad" je vrlo česta. Ali treba razlikovati fiziološki rad od rada sa stanovišta nauke fizike. Kada dođete kući sa časa, kažete: “Jao, kako sam umoran!”. Ovo je fiziološki posao. Ili, na primjer, rad tima u narodnoj priči "Repa".

Slika 1. Rad u svakodnevnom smislu te riječi

Ovdje ćemo govoriti o radu sa stanovišta fizike.

Mehanički rad se vrši kada sila pokreće tijelo. Rad se označava latiničnim slovom A. Rigoroznija definicija rada je sljedeća.

Rad sile se zove fizička količina, jednak proizvodu veličine sile na udaljenosti koju je tijelo prešlo u smjeru sile.

Slika 2. Rad je fizička veličina

Formula vrijedi kada na tijelo djeluje konstantna sila.

AT međunarodni sistem Rad SI jedinica se mjeri u džulima.

To znači da ako se tijelo pomakne 1 metar pod djelovanjem sile od 1 njutna, tada ta sila izvrši rad od 1 džula.

Jedinica rada je nazvana po engleskom naučniku Jamesu Prescott Jouleu.

Slika 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

Iz formule za izračunavanje rada proizilazi da postoje tri slučaja kada je rad jednak nuli.

Prvi slučaj je kada na tijelo djeluje sila, a tijelo se ne kreće. Na primjer, ogromna sila gravitacije djeluje na kuću. Ali ona ne radi ništa, jer je kuća nepomična.

Drugi slučaj je kada se tijelo kreće po inerciji, odnosno na njega ne djeluju sile. Na primjer, svemirski brod krećući se u međugalaktičkom prostoru.

Treći slučaj je kada sila djeluje na tijelo okomito na smjer kretanja tijela. U ovom slučaju, iako se tijelo kreće, a sila djeluje na njega, nema kretanja tijela u pravcu sile.

Slika 4. Tri slučaja kada je rad jednak nuli

Takođe treba reći da rad sile može biti negativan. Tako će biti i ako dođe do kretanja tijela suprotno smeru sile. Na primjer, kada dizalica podiže teret iznad tla pomoću sajle, rad gravitacije je negativan (a rad sile sajle prema gore je, naprotiv, pozitivan).

Pretpostavimo da prilikom izvođenja građevinskih radova jama mora biti prekrivena pijeskom. Bageru bi za to trebalo nekoliko minuta, a radnik s lopatom bi morao raditi nekoliko sati. Ali i bager i radnik bi se snašli isti posao.

Slika 5. Isti posao se može obaviti u različito vrijeme

Za karakterizaciju brzine rada u fizici koristi se veličina koja se zove snaga.

Snaga je fizička veličina jednaka odnosu rada i vremena njegovog izvršenja.

Snaga je označena latiničnim slovom N.

SI jedinica snage je vat.

Jedan vat je snaga kojom se obavi jedan džul rada u jednoj sekundi.

Jedinica snage je dobila ime po engleskom naučniku i izumitelju parne mašine James Watt.

Slika 6. James Watt (1736. - 1819.)

Kombinirajte formulu za izračunavanje rada sa formulom za izračunavanje snage.

Prisjetite se sada da je omjer puta koji pređe tijelo, S, do trenutka kretanja t je brzina tijela v.

Na ovaj način, snaga je jednaka umnošku brojčane vrijednosti sile i brzine tijela u smjeru sile.

Ova formula je pogodna za korištenje pri rješavanju zadataka u kojima sila djeluje na tijelo koje se kreće poznatom brzinom.

Bibliografija

1. Lukašik V.I., Ivanova E.V. Zbirka zadataka iz fizike za 7-9 razred obrazovne institucije. - 17. izd. - M.: Prosvjeta, 2004.
2. Peryshkin A.V. fizika. 7 ćelija - 14. izd., stereotip. - M.: Drfa, 2010.
3. Peryshkin A.V. Zbirka zadataka iz fizike, 7-9 razred: 5. izd., stereotip. - M: Izdavačka kuća Exam, 2010.

1. Internet portal Physics.ru ().
2. Internet portal Festival.1september.ru ().
3. Internet portal Fizportal.ru ().
4. Internet portal Elkin52.narod.ru ().

Zadaća

1. Kada je rad jednak nuli?
2. Koliki je rad obavljen na putu pređenom u pravcu sile? U suprotnom smjeru?
3. Koliki rad izvrši sila trenja koja djeluje na ciglu kada se pomjeri za 0,4 m? Sila trenja je 5 N.

AT Svakodnevni životČesto se susrećemo sa konceptom rada. Šta ova riječ znači u fizici i kako odrediti rad elastične sile? Odgovore na ova pitanja naći ćete u članku.

mehanički rad

Rad je skalarna algebarska veličina koja karakterizira odnos između sile i pomaka. Ako se smjer ove dvije varijable poklapa, izračunava se po sljedećoj formuli:

• F- modul vektora sile koji obavlja rad;
• S- modul vektora pomaka.

Sila koja deluje na telo ne radi uvek. Na primjer, rad gravitacije je nula ako je njegov smjer okomit na kretanje tijela.

Ako vektor sile formira ugao različit od nule s vektorom pomaka, tada treba koristiti drugu formulu za određivanje rada:

A=FScosα

α - ugao između vektora sile i pomaka.

znači, mehanički rad je proizvod projekcije sile na smjer pomaka i modula pomaka, odnosno proizvod projekcije pomaka na smjer sile i modula ove sile.

znak mehaničkog rada

U zavisnosti od smera sile u odnosu na pomeranje tela, rad A može biti:

• pozitivno (0°≤ α<90°);
• negativan (90°<α≤180°);
• nula (α=90°).

Ako je A>0, tada se brzina tijela povećava. Primjer je jabuka koja pada sa drveta na zemlju. Za<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

Jedinica mjere za rad u SI (Međunarodni sistem jedinica) je džul (1N*1m=J). Džul je rad sile čija je vrijednost 1 Njutn, kada se tijelo pomjeri 1 metar u smjeru sile.

Rad elastične sile

Rad sile se može odrediti i grafički. Za to se izračunava površina krivolinijske figure ispod grafa F s (x).

Dakle, prema grafu zavisnosti elastične sile od istezanja opruge, moguće je izvesti formulu za rad elastične sile.

To je jednako:

A=kx 2 /2

• k- krutost;
• x- apsolutno izduženje.

Šta smo naučili?

Mehanički rad se izvodi kada na tijelo djeluje sila, što dovodi do kretanja tijela. Ovisno o kutu koji se javlja između sile i pomaka, rad može biti nula ili imati negativan ili pozitivan predznak. Koristeći elastičnu silu kao primjer, naučili ste o grafičkom načinu određivanja rada.

Tematski kviz

Report Evaluation

Prosječna ocjena: 4.4. Ukupno primljenih ocjena: 247.

Jedan od najvažnijih koncepata u mehanici radna snaga .

Prisilni rad

Sva fizička tijela u svijetu oko nas vođena su silom. Ako na tijelo koje se kreće u istom ili suprotnom smjeru djeluje sila ili više sila jednog ili više tijela, onda kažu da posao je obavljen .

Odnosno, mehanički rad obavlja sila koja djeluje na tijelo. Dakle, vučna sila električne lokomotive pokreće cijeli voz, čime se obavlja mehanički rad. Bicikl se pokreće mišićnom snagom nogu bicikliste. Dakle, ova sila vrši i mehanički rad.

U fizici rad sile naziva se fizička veličina jednaka proizvodu modula sile, modula pomaka tačke primjene sile i kosinusa ugla između vektora sile i pomaka.

A = F s cos (F, s) ,

gdje F modul sile,

s- modul pokreta .

Rad se uvijek obavlja ako ugao između vjetrova sile i pomaka nije jednak nuli. Ako sila djeluje u smjeru suprotnom od smjera kretanja, količina rada je negativna.

Rad se ne obavlja ako na tijelo ne djeluju sile, ili ako je kut između primijenjene sile i smjera kretanja 90 o (cos 90 o = 0).

Ako konj vuče kola, tada mišićna sila konja, ili vučna sila usmjerena u smjeru kolica, obavlja posao. A sila gravitacije, kojom vozač pritiska kolica, ne radi, jer je usmjerena prema dolje, okomito na smjer kretanja.

Rad sile je skalarna veličina.

SI jedinica rada - džul. 1 džul je rad koji izvrši sila od 1 njutna na udaljenosti od 1 m ako su smjer sile i pomaka isti.

Ako na tijelo ili materijalnu tačku djeluje više sila, onda govore o radu koji je izvršila njihova rezultantna sila.

Ako primijenjena sila nije konstantna, tada se njen rad izračunava kao integral:

Snaga

Sila koja pokreće tijelo vrši mehanički rad. Ali kako se ovaj posao obavlja, brzo ili sporo, ponekad je veoma važno znati u praksi. Uostalom, isti posao se može obaviti u različito vrijeme. Posao koji obavlja veliki električni motor može obaviti mali motor. Ali za to će mu trebati mnogo više vremena.

U mehanici postoji veličina koja karakteriše brzinu rada. Ova vrijednost se zove moć.

Snaga je odnos rada obavljenog u određenom vremenskom periodu i vrijednosti tog perioda.

N= A /∆ t

Po definiciji A = F s cos α , a s/∆ t = v , Shodno tome

N= F v cos α = F v ,

gdje F - snaga, v brzina, α je ugao između smjera sile i smjera brzine.

To je snaga - je skalarni proizvod vektora sile i vektora brzine tijela.

U međunarodnom SI sistemu, snaga se mjeri u vatima (W).

Snaga 1 vata je rad od 1 džula (J) obavljen u 1 sekundi (s).

Snaga se može povećati povećanjem sile koja obavlja rad, ili brzine kojom se taj rad obavlja.