Să treacă corpul, asupra căruia acționează forța, deplasându-se pe o anumită traiectorie, calea s. În acest caz, forța fie modifică viteza corpului, oferindu-i accelerație, fie compensează acțiunea unei alte forțe (sau forțe) care se opune mișcării. Acţiunea pe calea s este caracterizată de o mărime numită muncă.

Lucrul mecanic este o valoare scalară egală cu produsul proiecției forței pe direcția de mișcare Fs și calea s, punct traversabil aplicarea forței (fig. 22):

A = Fs*s.(56)

Expresia (56) este valabilă dacă valoarea proiecției forței Fs pe direcția de mișcare (adică pe direcția vitezei) rămâne neschimbată tot timpul. În special, acest lucru se întâmplă atunci când corpul se mișcă în linie dreaptă și o forță de mărime constantă formează un unghi constant α cu direcția mișcării. Deoarece Fs = F * cos(α), expresia (47) poate fi dată după următoarea formă:

A = F*s*cos(α).

Dacă este un vector de deplasare, atunci munca este calculată ca produsul scalar a doi vectori și:

. (57)

Munca este o mărime algebrică. Dacă forţa şi direcţia mişcării se formează colt ascutit(cos(α) > 0), lucrul este pozitiv. Dacă unghiul α este obtuz (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. munca mecanicaîn aceste cazuri este zero.

Lucrați atunci când vă deplasați sub influența forței

Dacă mărimea proiecției forței asupra direcției de mișcare nu rămâne constantă în timpul mișcării, atunci munca este exprimată ca o integrală:

. (58)

O integrală de acest tip în matematică se numește integrală curbilinie de-a lungul traiectoriei S. Argumentul aici este o variabilă vectorială, care poate varia atât în ​​valoare absolută, cât și în direcție. Sub semnul integral se află produsul scalar dintre vectorul forță și vectorul elementar de deplasare.

O unitate de lucru este munca efectuată de o forță egală cu unu și care acționează în direcția mișcării, pe o cale egală cu unu. în SI unitatea de lucru este joule (J), care este egal cu munca efectuată cu o forță de 1 newton pe o cale de 1 metru:

1J = 1N * 1m.

În CGS, unitatea de lucru este erg, care este egal cu munca efectuată de o forță de 1 dină pe o cale de 1 centimetru. 1J = 107 erg.

Uneori se folosește o unitate de kilogram nesistemică (kg * m). Aceasta este munca efectuată de o forță de 1 kg pe o cale de 1 metru. 1 kg*m = 9,81 J.

Lucrul mecanic este energia caracteristică mișcării corpuri fizice, care are o formă scalară. Este egal cu modulul forței care acționează asupra corpului, înmulțit cu modulul de deplasare cauzat de această forță și cosinusul unghiului dintre ele.

Formula 1 - Lucru mecanic.

F - Forța care acționează asupra corpului.

s - mișcarea corpului.

cosa - Cosinusul unghiului dintre forță și deplasare.

Această formulă are forma generala. Dacă unghiul dintre forța aplicată și deplasare este zero, atunci cosinusul este 1. În consecință, lucrul va fi doar egal cu produsul forței și deplasarea. Mai simplu spus, dacă corpul se mișcă în direcția de aplicare a forței, atunci lucrul mecanic este egal cu produsul dintre forță și deplasare.

Al doilea caz special când unghiul dintre forța care acționează asupra corpului și deplasarea acestuia este de 90 de grade. În acest caz, cosinusul de 90 de grade este egal cu zero, respectiv, lucrul va fi egal cu zero. Și într-adevăr, ceea ce se întâmplă este că aplicăm forță într-o direcție, iar corpul se mișcă perpendicular pe ea. Adică corpul nu se mișcă în mod evident sub influența forței noastre. Astfel, munca forței noastre de a mișca corpul este zero.

Figura 1 - Lucrul forțelor la deplasarea corpului.

Dacă asupra corpului acționează mai mult de o forță, atunci se calculează forța totală care acționează asupra corpului. Și apoi este înlocuit în formulă ca singură forță. Un corp sub acțiunea unei forțe se poate mișca nu numai în linie dreaptă, ci și pe o traiectorie arbitrară. În acest caz, munca este calculată pentru o mică secțiune de mișcare, care poate fi considerată dreptă și apoi însumată de-a lungul întregului traseu.

Munca poate fi atât pozitivă, cât și negativă. Adică, dacă deplasarea și forța coincid în direcție, atunci munca este pozitivă. Și dacă forța este aplicată într-o direcție, iar corpul se mișcă în cealaltă, atunci munca va fi negativă. Un exemplu de lucru negativ este munca forței de frecare. Deoarece forța de frecare este îndreptată împotriva mișcării. Imaginați-vă un corp care se mișcă de-a lungul unui plan. O forță aplicată unui corp îl împinge într-o anumită direcție. Această forță face o activitate pozitivă pentru a mișca corpul. Dar, în același timp, forța de frecare face un lucru negativ. Incetineste miscarea corpului si este indreptata catre miscarea acestuia.

Figura 2 - Forța de mișcare și frecare.

Munca în mecanică se măsoară în Jouli. Un joule este munca efectuată de o forță de un Newton atunci când un corp se mișcă cu un metru. Pe lângă direcția de mișcare a corpului, se poate modifica și mărimea forței aplicate. De exemplu, atunci când un arc este comprimat, forța aplicată acestuia va crește proporțional cu distanța parcursă. În acest caz, munca este calculată prin formula.

Formula 2 - Lucrul de comprimare a unui arc.

k este rigiditatea arcului.

x - coordona de mișcare.

9. Lucru mecanic și putere

Dacă forța care acționează asupra corpului îl face să se miște, atunci acțiunea forței este caracterizată de lucru mecanic

Unde este unghiul dintre direcția forței și deplasare. Formula este valabilă pentru cazul în care corpul se mișcă în linie dreaptă și forța care acționează asupra acestuia rămâne constantă. Dacă forța se schimbă, atunci.

Munca mecanică este o măsură a schimbării energiei. Unitatea de lucru în sistemul C este joule (J).

Puterea medie se numește valoarea egală cu raportul dintre muncă și perioada de timp pentru care este efectuată.

Puterea instantanee este determinată de formula. Având în vedere asta, ajungem unde v- viteza instantanee.

Unitatea de măsură a puterii în sistemul SI este watul (W).

În practică, este adesea folosită o unitate de putere în afara sistemului - cai putere.

1 CP = 735 W

10. Energia cinetică și potențială

Se numește o mărime fizică care caracterizează capacitatea unui corp sau a unui sistem de corpuri de a lucra energie.

Energia se poate datora mișcării corpului cu o anumită viteză (energie cinetică), precum și prezenței corpului într-un câmp potențial de forțe (energie potențială).

Energie kinetică

Luați în considerare cazul când un corp cu masă m sub influența forței Fîși schimbă viteza de la la. Determinați lucrul forței aplicate corpului

Deoarece munca mecanică este o măsură a schimbării energiei, valoarea este energia datorată mișcării corpului.

Energia pe care o posedă un corp datorită mișcării sale se numește cinetică.

Munca efectuată de forță atunci când viteza corpului se modifică este egală cu modificarea energiei cinetice a corpului

Energia potențială a unui corp în câmpul gravitațional

Când un corp cade m de la o înălțime la o înălțime deasupra Pământului, gravitația funcționează

Gravitația este o forță conservatoare, iar câmpul gravitațional este potențial. Lucrarea gravitației este egală cu modificarea energiei potențiale a corpului, luată cu semnul opus

Energia potențială a unui corp în câmpul gravitațional.

Energia, care este determinată de aranjarea reciprocă a corpurilor sau părților aceluiași corp, se numește potențial.

11. Legea conservării energiei mecanice totale

Luați în considerare mișcarea unui corp în sistem închis unde acționează doar forțele conservatoare. Să fie, de exemplu, un corp de masă m cade liber. Când un corp trece din starea 1 în starea 2, gravitația funcționează

În același timp . Prin urmare,. Transformând această expresie, obținem.

Suma energiei cinetice și potențiale a corpului se numește energia mecanică totală a corpului.

Conform legii conservării energiei mecanice totale: energia mecanică totală a unui sistem închis de corpuri care interacționează între ele numai prin forțe conservatoare nu se modifică cu nicio mișcare a acestor corpuri. Există doar transformări reciproce ale energiei potențiale în energie cinetică și invers.

Sistemele în care energia mecanică totală este conservată se numesc conservative.

Sistemele în care energia mecanică totală nu este conservată se numesc disipative (disiparea este trecerea energiei la o altă formă, de exemplu, mecanică la internă).

În cazul general, legea conservării energiei în natură se formulează astfel:

Energia corpurilor nu dispare niciodată și nu reapare: ea doar se transformă dintr-o formă în alta sau trece de la un corp la altul.

Pentru a putea caracteriza caracteristicile energetice ale mișcării a fost introdus conceptul de lucru mecanic. Și ei în diferitele ei manifestări îi este dedicat articolul. A înțelege subiectul este atât ușor, cât și destul de complex. Autorul a încercat sincer să-l facă mai ușor de înțeles și de înțeles și nu se poate decât spera că scopul a fost atins.

Ce este munca mecanică?

Ceea ce este numit? Dacă o anumită forță lucrează asupra corpului și, ca urmare a acțiunii acestei forțe, corpul se mișcă, atunci aceasta se numește lucru mecanic. Când este abordat din punct de vedere filozofia stiintifica aici putem evidenția câteva aspecte suplimentare, dar articolul va acoperi tema din punct de vedere al fizicii. Lucrul mecanic nu este dificil dacă te gândești cu atenție la cuvintele scrise aici. Dar cuvântul „mecanic” nu este de obicei scris și totul se reduce la cuvântul „muncă”. Dar nu orice muncă este mecanică. Aici stă un bărbat și gândește. Funcționează? Din punct de vedere mental da! Dar este lucru mecanic? Nu. Ce se întâmplă dacă persoana merge pe jos? Dacă corpul se mișcă sub influența unei forțe, atunci acesta este un lucru mecanic. Totul este simplu. Cu alte cuvinte, forța care acționează asupra corpului face un lucru (mecanic). Și încă ceva: este munca care poate caracteriza rezultatul acțiunii unei anumite forțe. Deci, dacă o persoană merge, atunci anumite forțe (frecare, gravitație etc.) efectuează lucrări mecanice asupra unei persoane și, ca urmare a acțiunii sale, o persoană își schimbă punctul de locație, cu alte cuvinte, se mișcă.

Lucrează ca cantitate fizica este egal cu forța care acționează asupra corpului, înmulțită cu drumul pe care corpul l-a făcut sub influența acestei forțe și în direcția indicată de aceasta. Putem spune că munca mecanică s-a făcut dacă au fost îndeplinite simultan 2 condiții: forța a acționat asupra corpului, iar acesta s-a deplasat în direcția acțiunii sale. Dar nu a fost efectuată sau nu este efectuată dacă forța a acționat, iar corpul nu și-a schimbat locația în sistemul de coordonate. Iată mici exemple în care nu se efectuează lucrări mecanice:

1. Deci o persoană poate cădea pe un bolovan uriaș pentru a-l muta, dar nu există suficientă forță. Forța acționează asupra pietrei, dar nu se mișcă, iar munca nu are loc.
2. Corpul se mișcă în sistemul de coordonate, iar forța este egală cu zero sau toate sunt compensate. Acest lucru poate fi observat în timpul mișcării inerțiale.
3. Când direcția în care se mișcă corpul este perpendiculară pe forță. Când trenul se deplasează de-a lungul unei linii orizontale, forța gravitației nu își face treaba.

În funcție de anumite condiții, lucrul mecanic poate fi negativ și pozitiv. Deci, dacă direcțiile și forțele și mișcările corpului sunt aceleași, atunci apare o muncă pozitivă. Un exemplu de lucru pozitiv este efectul gravitației asupra unei picături de apă care căde. Dar dacă forța și direcția de mișcare sunt opuse, atunci apare un lucru mecanic negativ. Un exemplu de astfel de opțiune este creșterea balonși forța gravitațională, care face un lucru negativ. Atunci când un corp este supus influenței mai multor forțe, o astfel de muncă se numește „muncă de forță rezultată”.

Caracteristici de aplicare practică (energie cinetică)

Trecem de la teorie la partea practică. Separat, ar trebui să vorbim despre lucrul mecanic și despre utilizarea sa în fizică. După cum probabil mulți și-au amintit, toată energia corpului este împărțită în cinetică și potențială. Când un obiect este în echilibru și nu se mișcă nicăieri, acesta energie potențială egală energie totală, iar cinetica este zero. Când începe mișcarea, energia potențială începe să scadă, energia cinetică să crească, dar în total sunt egale cu energia totală a obiectului. Pentru un punct material, energia cinetică este definită ca lucrul forței care a accelerat punctul de la zero la valoarea H, iar sub formă de formulă, cinetica corpului este ½ * M * H, unde M este masa. Pentru a afla energia cinetică a unui obiect care constă din multe particule, trebuie să găsiți suma tuturor energiei cinetice a particulelor, iar aceasta va fi energie kinetică corp.

Caracteristici de aplicare practică (energie potențială)

În cazul în care toate forțele care acționează asupra corpului sunt conservatoare, iar energia potențială este egală cu totalul, atunci nu se lucrează. Acest postulat este cunoscut sub numele de legea conservării energiei mecanice. Energia mecanică într-un sistem închis este constantă în intervalul de timp. Legea conservării este utilizată pe scară largă pentru a rezolva probleme din mecanica clasică.

Caracteristici de aplicare practică (termodinamică)

În termodinamică, munca efectuată de un gaz în timpul expansiunii este calculată prin integrala presiunii înmulțită cu volumul. Această abordare este aplicabilă nu numai în cazurile în care există o funcție exactă a volumului, ci și tuturor proceselor care pot fi afișate în planul presiune/volum. Cunoașterea lucrărilor mecanice se aplică și nu numai gazelor, ci și a tot ceea ce poate exercita presiune.

Caracteristici ale aplicării practice în practică (mecanica teoretică)

LA mecanică teoretică toate proprietățile și formulele descrise mai sus sunt luate în considerare mai detaliat, în special, acestea sunt proiecții. Ea oferă, de asemenea, propria ei definiție pentru diferite formule de lucru mecanic (un exemplu de definiție pentru integrala Rimmer): limita către care tinde suma tuturor forțelor lucrări elementare, când finețea partiției tinde spre zero, se numește lucrul forței de-a lungul curbei. Probabil dificil? Dar nimic cu mecanică teoretică toate. Da, și toate lucrările mecanice, fizica și alte dificultăți s-au terminat. Mai departe vor fi doar exemple și o concluzie.

Unități de lucru mecanice

SI folosește jouli pentru a măsura munca, în timp ce GHS utilizează ergi:

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

Exemple de lucrări mecanice

Pentru a înțelege în sfârșit un astfel de concept ca lucrul mecanic, ar trebui să studiați câteva exemple separate care vă vor permite să îl luați în considerare din multe, dar nu din toate părțile:

1. Când o persoană ridică o piatră cu mâinile sale, atunci apare lucrul mecanic cu ajutorul forței musculare a mâinilor;
2. Când un tren se deplasează de-a lungul șinelor, acesta este tras de forța de tracțiune a tractorului (locomotivă electrică, locomotivă diesel etc.);
3. Dacă luați un pistol și trageți din el, atunci datorită forței de presiune pe care o vor crea gazele pulbere, se va lucra: glonțul este mutat de-a lungul țevii pistolului în același timp cu creșterea vitezei glonțului în sine. ;
4. Există și lucru mecanic atunci când forța de frecare acționează asupra corpului, obligându-l să reducă viteza de mișcare a acestuia;
5. Exemplul de mai sus cu bile, când se ridică în sens opus față de direcția gravitației, este și un exemplu de lucru mecanic, dar pe lângă gravitație, forța Arhimede acționează și atunci când se ridică totul mai ușor decât aerul.

Ce este puterea?

În cele din urmă, vreau să abordez subiectul puterii. Lucrul efectuat de o forță într-o unitate de timp se numește putere. De fapt, puterea este o astfel de mărime fizică care este o reflectare a raportului dintre muncă și o anumită perioadă de timp în care a fost efectuată această muncă: M = P / B, unde M este puterea, P este munca, B este timpul. Unitatea SI de putere este 1 watt. Un watt este egal cu puterea care face munca unui joule într-o secundă: 1 W = 1J \ 1s.