Înainte de a dezvălui subiectul „Cum se măsoară munca”, este necesar să faceți o mică digresiune. Totul în această lume respectă legile fizicii. Fiecare proces sau fenomen poate fi explicat pe baza anumitor legi ale fizicii. Pentru fiecare cantitate măsurabilă, există o unitate în care se obișnuiește să o măsoare. Unitățile de măsură sunt fixe și au aceeași semnificație în întreaga lume.

Motivul pentru aceasta este următorul. În 1960, la a unsprezecea conferință generală de greutăți și măsuri, a fost adoptat un sistem de măsurători, care este recunoscut în întreaga lume. Acest sistem a fost numit Le Système International d'Unités, SI (SI System International). Acest sistem a devenit baza pentru definițiile unităților de măsură acceptate în întreaga lume și raportul acestora.

Termeni fizici și terminologie

În fizică, unitatea de măsurare a muncii unei forțe se numește J (Joule), în onoarea fizicianului englez James Joule, care a adus o mare contribuție la dezvoltarea secțiunii de termodinamică în fizică. Un joule este egal cu munca, efectuată de o forță de un N (Newton), când aplicarea ei se deplasează cu un M (metru) în direcția forței. Un N (Newton) egal cu puterea, cu masa de un kg (kilogram), cu o accelerație de un m/s2 (metru pe secundă) în direcția forței.

Notă.În fizică, totul este interconectat, efectuarea oricărei lucrări este asociată cu efectuarea de acțiuni suplimentare. Un exemplu este un ventilator de uz casnic. Când ventilatorul este pornit, palele ventilatorului încep să se rotească. Lamele rotative acționează asupra fluxului de aer, oferindu-i o mișcare direcțională. Acesta este rezultatul muncii. Dar pentru a efectua munca este necesară influența altor forțe externe, fără de care efectuarea acțiunii este imposibilă. Acestea includ puterea curentului electric, puterea, tensiunea și multe alte valori interdependente.

Curentul electric, în esența sa, este mișcarea ordonată a electronilor într-un conductor pe unitatea de timp. Curentul electric se bazează pe particule încărcate pozitiv sau negativ. Se numesc sarcini electrice. Notat cu literele C, q, Kl (Pendant), numit după omul de știință și inventatorul francez Charles Coulomb. În sistemul SI, este o unitate de măsură pentru numărul de electroni încărcați. 1 C este egal cu volumul particulelor încărcate care curg prin secțiunea transversală a conductorului pe unitatea de timp. Unitatea de timp este o secundă. Formula pentru sarcina electrică este prezentată mai jos în figură.

Puterea curentului electric este notată cu litera A (amperi). Un amper este o unitate în fizică care caracterizează măsurarea muncii unei forțe care este cheltuită pentru a deplasa sarcini de-a lungul unui conductor. La baza ei, electricitate este mișcarea ordonată a electronilor într-un conductor sub influența câmp electromagnetic. Prin conductor se înțelege un material sau sare topită (electrolitul) care are o rezistență redusă la trecerea electronilor. Două mărimi fizice afectează puterea unui curent electric: tensiunea și rezistența. Ele vor fi discutate mai jos. Curentul este întotdeauna direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența.

După cum am menționat mai sus, curentul electric este mișcarea ordonată a electronilor într-un conductor. Dar există o avertizare: pentru mișcarea lor, este nevoie de un anumit impact. Acest efect este creat prin crearea unei diferențe de potențial. Incarcare electrica poate fi pozitiv sau negativ. sarcini pozitive străduindu-se mereu pentru sarcini negative. Acest lucru este necesar pentru echilibrul sistemului. Diferența dintre numărul de particule încărcate pozitiv și negativ se numește tensiune electrică.

Puterea este cantitatea de energie cheltuită pentru a lucra cu un J (joule) într-o perioadă de timp de o secundă. Unitatea de măsură în fizică se notează cu W (Watt), în sistemul SI W (Watt). Deoarece se ia în considerare puterea electrică, aici este valoarea cheltuită energie electrica a efectua o anumită acţiune într-o perioadă de timp.

În concluzie, trebuie remarcat că unitatea de măsură a muncii este o mărime scalară, are o relație cu toate secțiunile fizicii și poate fi luată în considerare nu numai din partea electrodinamicii sau a ingineriei termice, ci și a altor secțiuni. Articolul are în vedere pe scurt valoarea care caracterizează unitatea de măsură a muncii de forță.

Video

« Fizica - clasa a 10-a "

Legea conservării energiei este o lege fundamentală a naturii care permite descrierea majorității fenomenelor care au loc.

Descrierea mișcării corpurilor este posibilă și cu ajutorul unor concepte de dinamică precum munca și energia.

Amintiți-vă ce înseamnă munca și puterea în fizică.

Aceste concepte coincid cu ideile de zi cu zi despre ele?

Toate acțiunile noastre zilnice se rezumă la faptul că cu ajutorul mușchilor fie punem în mișcare corpurile din jur și menținem această mișcare, fie oprim corpurile în mișcare.

Aceste corpuri sunt unelte (ciocan, stilou, ferăstrău), în jocuri - mingi, puci, piese de șah. În producție și agricultură oamenii pun și unelte în mișcare.

Utilizarea mașinilor crește foarte mult productivitatea muncii datorită utilizării motoarelor în acestea.

Scopul oricărui motor este de a pune corpurile în mișcare și de a menține această mișcare, în ciuda frânării atât prin frecare obișnuită, cât și prin rezistența „de lucru” (cuțitorul nu trebuie doar să alunece peste metal, ci, ciocnind în el, să îndepărteze așchii; plugul trebuie să afâneze terenul etc.). În acest caz, o forță trebuie să acționeze asupra corpului în mișcare din partea laterală a motorului.

Munca se desfășoară întotdeauna în natură atunci când o forță (sau mai multe forțe) dintr-un alt corp (alte corpuri) acționează asupra unui corp în direcția mișcării acestuia sau împotriva lui.

Forța gravitațională funcționează atunci când ploaia cade sau o piatră cade de pe o stâncă. În același timp, munca este realizată de forța de rezistență care acționează asupra picăturilor care cad sau asupra pietrei din partea aerului. Forța elastică funcționează și atunci când un copac îndoit de vânt se îndreaptă.

Definirea postului.

A doua lege a lui Newton în formă impulsivă ∆=∆t vă permite să determinați cum se schimbă viteza corpului în valoare absolută și direcție, dacă o forță acționează asupra acestuia în timpul Δt.

Impactul asupra corpurilor de forțe, conducând la modificarea modulului vitezei acestora, se caracterizează printr-o valoare care depinde atât de forțe, cât și de deplasările corpurilor. Această cantitate în mecanică se numește munca de forta.

Modificarea modulului de viteză este posibilă numai atunci când proiecția forței F r pe direcția de mișcare a corpului este diferită de zero. Această proiecție este cea care determină acțiunea forței care modifică viteza corpului modulo. Ea face treaba. Prin urmare, munca poate fi considerată ca produsul proiecției forței F r cu modulul deplasării |Δ| (Fig. 5.1):

А = F r |Δ|. (5.1)

Dacă unghiul dintre forță și deplasare este notat cu α, atunci F r = Fcosα.

Prin urmare, munca este egală cu:

A = |Δ|cosα. (5.2)

Conceptul nostru zilnic de muncă diferă de definiția muncii din fizică. Țineți o valiză grea și vi se pare că lucrați. Totuși, din punct de vedere al fizicii, munca ta este egală cu zero.

Lucrul unei forțe constante este egal cu produsul dintre modulele de forță și deplasarea punctului de aplicare a forței și cosinusul unghiului dintre ele.

În general, la mișcare corp solid mișcă-l puncte diferite sunt diferite, dar atunci când determinăm munca unei forțe, noi Δ să înțeleagă mișcarea punctului său de aplicare. La mișcare înainte a unui corp rigid, mișcarea tuturor punctelor sale coincide cu mișcarea punctului de aplicare a forței.

Munca, spre deosebire de forță și deplasare, nu este un vector, ci o mărime scalară. Poate fi pozitiv, negativ sau zero.

Semnul muncii este determinat de semnul cosinusului unghiului dintre forță și deplasare. Dacă α< 90°, то А >0 de la cosinus colțuri ascuțite pozitiv. Pentru α > 90°, lucrul este negativ, deoarece cosinusul unghiurilor obtuze este negativ. La α = 90° (forța este perpendiculară pe deplasare), nu se lucrează.

Dacă asupra corpului acționează mai multe forțe, atunci proiecția forței rezultante asupra deplasării este egală cu suma proiecțiilor forțelor individuale:

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

Prin urmare, pentru munca forței rezultante, obținem

A = F1r |Δ| + F2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)

Dacă asupra corpului acționează mai multe forțe, atunci munca deplina(suma algebrică a muncii tuturor forțelor) este egală cu munca forței rezultante.

Munca făcută cu forța poate fi reprezentată grafic. Să explicăm acest lucru reprezentând în figură dependența proiecției forței de coordonatele corpului când acesta se mișcă în linie dreaptă.

Lăsați corpul să se miște de-a lungul axei OX (Fig. 5.2), apoi

Fcosα = Fx, |A| = Δ x.

Pentru munca forței, obținem

А = F|Δ|cosα = F x Δx.

Evident, aria dreptunghiului umbrită în figura (5.3, a) este numeric egală cu munca efectuată la mutarea corpului dintr-un punct cu coordonata x1 într-un punct cu coordonata x2.

Formula (5.1) este valabilă atunci când proiecția forței asupra deplasării este constantă. În cazul unei traiectorii curbe, forță constantă sau variabilă, împărțim traiectoria în segmente mici, care pot fi considerate rectilinii, și proiecția forței pe o deplasare mică. Δ - permanentă.

Unitatea de lucru.

Unitatea de lucru poate fi setată folosind formula de bază (5.2). Dacă, la mișcarea unui corp pe unitate de lungime, asupra lui acționează o forță, al cărei modul este egal cu unu și direcția forței coincide cu direcția de mișcare a punctului său de aplicare (α = 0), atunci munca va fi egală cu unu. În Sistemul Internațional (SI), unitatea de lucru este joule (notat J):

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

Joule este munca efectuată de o forță de 1 N la o deplasare de 1 dacă direcțiile forței și deplasarea coincid.

Sunt adesea folosite mai multe unități de lucru - kilojul și mega joule:

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

Munca poate fi realizată într-o perioadă lungă de timp, sau într-una foarte mică. În practică, însă, este departe de a fi indiferent dacă munca se poate face rapid sau încet. Timpul în care se lucrează determină performanța oricărui motor. Un motor electric mic poate face multă muncă, dar va dura mult timp. Prin urmare, odata cu munca, se introduce o valoare care caracterizeaza viteza cu care este produsa - puterea.

Puterea este raportul dintre munca A și intervalul de timp Δt pentru care se efectuează acest lucru, adică puterea este rata de lucru:

Înlocuind în formula (5.4) în locul lucrării A expresia acesteia (5.2), obținem

Astfel, dacă forța și viteza corpului sunt constante, atunci puterea este egală cu produsul dintre modulul vectorului forță cu modulul vectorului viteză și cosinusul unghiului dintre direcțiile acestor vectori. Dacă aceste mărimi sunt variabile, atunci prin formula (5.4) se poate determina puterea medie în mod similar definiției viteza medie miscarile corpului.

Conceptul de putere este introdus pentru a evalua munca pe unitatea de timp efectuata de un mecanism (pompa, macara, motorul masinii etc.). Prin urmare, în formulele (5.4) și (5.5), înseamnă întotdeauna forța de împingere.

În SI, puterea este exprimată în termeni de wați (W).

Puterea este de 1 W dacă lucrul egal cu 1 J se face în 1 s.

Împreună cu watul, sunt utilizate unități mai mari (multiple) de putere:

1 kW (kilowatt) = 1000 W,
1 MW (megawatt) = 1.000.000 W.

În experiența noastră de zi cu zi, cuvântul „muncă” este foarte comun. Dar ar trebui să distingem între munca fiziologică și muncă din punctul de vedere al științei fizicii. Când vii acasă de la clasă, spui: „Oh, ce obosit sunt!”. Aceasta este o muncă fiziologică. Sau, de exemplu, munca echipei din basmul popular „Napul”.

Fig 1. Munca în sensul cotidian al cuvântului

Vom vorbi aici despre muncă din punct de vedere al fizicii.

Lucrul mecanic se realizează atunci când o forță mișcă un corp. Munca este desemnată cu litera latină A. O definiție mai riguroasă a muncii este următoarea.

Munca forței se numește cantitate fizica, egal cu produsul mărimii forței cu distanța parcursă de corp în direcția forței.

Fig 2. Munca este o mărime fizică

Formula este valabilă atunci când asupra corpului acţionează o forţă constantă.

LA sistem international Lucrul unităților SI se măsoară în jouli.

Aceasta înseamnă că dacă un corp se mișcă 1 metru sub acțiunea unei forțe de 1 newton, atunci 1 joule de lucru este efectuat de această forță.

Unitatea de lucru este numită după omul de știință englez James Prescott Joule.

Figura 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

Din formula de calcul a muncii rezultă că există trei cazuri când munca este egală cu zero.

Primul caz este atunci când o forță acționează asupra corpului, dar corpul nu se mișcă. De exemplu, o forță uriașă de gravitație acționează asupra unei case. Dar ea nu muncește, pentru că casa este nemișcată.

Al doilea caz este atunci când corpul se mișcă prin inerție, adică nicio forță nu acționează asupra lui. De exemplu, nava spatiala deplasându-se în spațiul intergalactic.

Al treilea caz este atunci când o forță acționează asupra corpului perpendicular pe direcția de mișcare a corpului. În acest caz, deși corpul se mișcă, și forța acționează asupra lui, dar nu există nicio mișcare a corpului în direcția forței.

Fig 4. Trei cazuri când munca este egală cu zero

De asemenea, trebuie spus că munca unei forțe poate fi negativă. Așa va fi dacă se va produce mișcarea corpului împotriva direcției forței. De exemplu, atunci când o macara ridică o sarcină deasupra solului cu un cablu, munca gravitațională este negativă (și munca forței în sus a cablului, dimpotrivă, este pozitivă).

Să presupunem că, atunci când se efectuează lucrări de construcție, groapa trebuie acoperită cu nisip. Un excavator ar avea nevoie de câteva minute pentru a face acest lucru, iar un muncitor cu o lopată ar trebui să lucreze câteva ore. Dar atât excavatorul, cât și muncitorul ar fi funcționat aceeasi munca.

Fig 5. Aceeași muncă poate fi făcută în momente diferite

Pentru a caracteriza viteza de lucru în fizică, se folosește o cantitate numită putere.

Puterea este o mărime fizică egală cu raportul dintre muncă și timpul de execuție.

Puterea este indicată printr-o literă latină N.

Unitatea SI de putere este watul.

Un watt este puterea la care se efectuează un joule de lucru într-o secundă.

Unitatea de putere este numită după omul de știință englez și inventatorul motorului cu abur James Watt.

Figura 6. James Watt (1736 - 1819)

Combinați formula pentru calcularea muncii cu formula pentru calcularea puterii.

Amintiți-vă acum că raportul dintre drumul parcurs de corp, S, până la momentul mișcării t este viteza corpului v.

În acest fel, puterea este egală cu produsul dintre valoarea numerică a forței și viteza corpului în direcția forței.

Această formulă este convenabilă de utilizat atunci când se rezolvă probleme în care o forță acționează asupra unui corp care se mișcă cu o viteză cunoscută.

Bibliografie

1. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Culegere de sarcini la fizică pentru clasele 7-9 institutii de invatamant. - Ed. a XVII-a. - M.: Iluminismul, 2004.
2. Peryshkin A.V. Fizică. 7 celule - Ed. a XIV-a, stereotip. - M.: Dropia, 2010.
3. Peryshkin A.V. Culegere de probleme de fizică, clasele 7-9: ed. a V-a, stereotip. - M: Editura Exam, 2010.

1. Portalul de internet Physics.ru ().
2. Portalul de internet Festival.1september.ru ().
3. Portalul de internet Fizportal.ru ().
4. Portalul de internet Elkin52.narod.ru ().

Teme pentru acasă

1. Când munca este egală cu zero?
2. Care este munca efectuată pe calea parcursă în direcția forței? In sens invers?
3. Ce lucru face forța de frecare care acționează asupra cărămizii atunci când aceasta se mișcă cu 0,4 m? Forța de frecare este de 5 N.

LA Viata de zi cu zi Deseori întâlnim conceptul de muncă. Ce înseamnă acest cuvânt în fizică și cum se determină munca unei forțe elastice? Veți găsi răspunsurile la aceste întrebări în articol.

munca mecanica

Munca este o mărime algebrică scalară care caracterizează relația dintre forță și deplasare. Dacă direcția acestor două variabile coincide, se calculează prin următoarea formulă:

• F- modulul vectorului forță care efectuează lucrul;
• S- modulul vectorului deplasare.

Forța care acționează asupra corpului nu face întotdeauna lucru. De exemplu, munca gravitației este zero dacă direcția sa este perpendiculară pe mișcarea corpului.

Dacă vectorul forță formează un unghi diferit de zero cu vectorul deplasare, atunci ar trebui utilizată o altă formulă pentru a determina lucrul:

A=FScosα

α - unghiul dintre vectorii de forță și de deplasare.

Mijloace, munca mecanica este produsul proiecției forței pe direcția deplasării și modulul deplasării sau produsul proiecției deplasării pe direcția forței și modulul acestei forțe.

semn de lucru mecanic

În funcție de direcția forței față de deplasarea corpului, lucrul A poate fi:

• pozitiv (0°≤ α<90°);
• negativ (90°<α≤180°);
• zero (α=90°).

Dacă A>0, atunci viteza corpului crește. Un exemplu este un măr care cade dintr-un copac la pământ. Pentru o<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

Unitatea de măsură pentru lucru în SI (Sistemul Internațional de Unități) este Joule (1N*1m=J). Joule este opera unei forțe, a cărei valoare este 1 Newton, atunci când un corp se mișcă cu 1 metru în direcția forței.

Lucrul forței elastice

Lucrarea unei forțe poate fi determinată și grafic. Pentru aceasta, se calculează aria figurii curbilinii de sub graficul F s (x).

Deci, conform graficului dependenței forței elastice de alungirea arcului, este posibil să se obțină formula pentru lucrul forței elastice.

Este egal cu:

A=kx2/2

• k- rigiditate;
• X- alungire absolută.

Ce am învățat?

Lucrul mecanic se efectuează atunci când o forță acționează asupra unui corp, ceea ce duce la deplasarea corpului. În funcție de unghiul care apare între forță și deplasare, lucrul poate fi zero sau poate avea semn negativ sau pozitiv. Folosind forța elastică ca exemplu, ați învățat despre un mod grafic de a determina munca.

Test cu subiecte

Raport de evaluare

Rata medie: 4.4. Evaluări totale primite: 247.

Unul dintre cele mai importante concepte din mecanică forta de munca .

Munca de forță

Toate corpurile fizice din lumea din jurul nostru sunt conduse de forță. Dacă un corp în mișcare în aceeași direcție sau opusă este afectat de o forță sau mai multe forțe de la unul sau mai multe corpuri, atunci ei spun că munca este gata .

Adică lucrul mecanic este realizat de forța care acționează asupra corpului. Astfel, forța de tracțiune a unei locomotive electrice pune în mișcare întregul tren, efectuând astfel un lucru mecanic. Bicicleta este propulsată de forța musculară a picioarelor biciclistului. Prin urmare, această forță face și lucru mecanic.

În fizică munca de forta numită mărime fizică egală cu produsul dintre modulul de forță, modulul de deplasare al punctului de aplicare a forței și cosinusul unghiului dintre vectorii forței și deplasarea.

A = F s cos (F, s) ,

Unde F modulul de forță,

s- modul de mișcare .

Se lucrează întotdeauna dacă unghiul dintre vânturile de forță și deplasare nu este egal cu zero. Dacă forța acționează în direcția opusă direcției de mișcare, cantitatea de lucru este negativă.

Nu se lucrează dacă nu acționează nicio forță asupra corpului sau dacă unghiul dintre forța aplicată și direcția de mișcare este de 90 o (cos 90 o \u003d 0).

Dacă calul trage căruța, atunci forța musculară a calului sau forța de tracțiune îndreptată în direcția căruței face treaba. Iar forța gravitației, cu care șoferul apasă pe cărucior, nu funcționează, deoarece este îndreptată în jos, perpendicular pe direcția de mișcare.

Lucrul unei forțe este o mărime scalară.

Unitatea de lucru SI - joule. 1 joule este munca efectuată de o forță de 1 newton la o distanță de 1 m dacă direcția forței și deplasarea sunt aceleași.

Dacă mai multe forțe acționează asupra unui corp sau punct material, atunci ele vorbesc despre munca făcută de forța lor rezultantă.

Dacă forța aplicată nu este constantă, atunci munca sa este calculată ca integrală:

Putere

Forța care pune corpul în mișcare face lucru mecanic. Dar cum se face această muncă, rapid sau încet, este uneori foarte important de știut în practică. La urma urmei, aceeași muncă poate fi făcută în momente diferite. Munca pe care o face un motor electric mare poate fi realizată de un motor mic. Dar îi va lua mult mai mult să facă asta.

În mecanică, există o cantitate care caracterizează viteza de lucru. Această valoare este numită putere.

Puterea este raportul dintre munca depusă într-o anumită perioadă de timp și valoarea acestei perioade.

N= A /∆ t

Prin definitie A = F s cos α , A s/∆ t = v , Prin urmare

N= F v cos α = F v ,

Unde F - putere, v viteză, α este unghiul dintre direcția forței și direcția vitezei.

Acesta este putere - este produsul scalar dintre vectorul forță și vectorul viteză al corpului.

În sistemul internațional SI, puterea este măsurată în wați (W).

Puterea de 1 watt este munca de 1 joule (J) realizată în 1 secundă (s).

Puterea poate fi crescută prin creșterea forței care efectuează munca sau a ratei cu care se efectuează această muncă.