Lëreni trupin, mbi të cilin vepron forca, të kalojë, duke lëvizur përgjatë një trajektoreje të caktuar, shtegun s. Në këtë rast, forca ose ndryshon shpejtësinë e trupit, duke i dhënë atij nxitim, ose kompenson veprimin e një force tjetër (ose forcave) që kundërshtojnë lëvizjen. Veprimi në rrugën s karakterizohet nga një sasi e quajtur punë.

Puna mekanike është një vlerë skalare e barabartë me produktin e projeksionit të forcës në drejtimin e lëvizjes Fs dhe shtegun s, pikë e kalueshme aplikimi i forcës (Fig. 22):

A = Fs*s.(56)

Shprehja (56) është e vlefshme nëse vlera e projeksionit të forcës Fs në drejtimin e lëvizjes (d.m.th., në drejtimin e shpejtësisë) mbetet e pandryshuar gjatë gjithë kohës. Në veçanti, kjo ndodh kur trupi lëviz në një vijë të drejtë dhe një forcë me madhësi konstante formon një kënd konstant α me drejtimin e lëvizjes. Meqenëse Fs = F * cos (α), shprehjes (47) mund të jepet forma e mëposhtme:

A = F*s*cos(α).

Nëse është një vektor zhvendosjeje, atëherë puna llogaritet si prodhim skalar i dy vektorëve dhe:

. (57)

Puna është një sasi algjebrike. Nëse forca dhe drejtimi i lëvizjes formohen kënd i mprehtë(cos(α) > 0), puna është pozitive. Nëse këndi α është i mpirë (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. punë mekanike në këto raste është zero.

Punoni kur lëvizni nën ndikimin e forcës

Nëse madhësia e projeksionit të forcës në drejtimin e lëvizjes nuk mbetet konstante gjatë lëvizjes, atëherë puna shprehet si një integral:

. (58)

Një integral i këtij lloji në matematikë quhet integral lakor përgjatë trajektores S. Argumenti këtu është një ndryshore vektoriale, e cila mund të ndryshojë si në vlerë absolute ashtu edhe në drejtim. Nën shenjën integrale është prodhimi skalar i vektorit të forcës dhe vektorit të zhvendosjes elementare.

Njësi pune është puna e kryer nga një forcë e barabartë me një dhe që vepron në drejtim të lëvizjes, në një shteg të barabartë me një. Në SI njësia e punës është xhauli (J), i cili është e barabartë me punë kryhet nga një forcë prej 1 njutoni në një shteg prej 1 metër:

1J = 1N * 1m.

Në CGS, njësia e punës është erg, e cila është e barabartë me punën e bërë nga një forcë prej 1 dyne në një rrugë prej 1 centimetër. 1J = 10 7 erg.

Ndonjëherë përdoret një njësi kilogrammetër jo-sistematik (kg * m). Kjo është puna e bërë nga një forcë prej 1 kg në një shteg prej 1 metër. 1 kg*m = 9,81 J.

Puna mekanike është karakteristikë energjetike e lëvizjes trupat fizikë, e cila ka një formë skalare. Është e barabartë me modulin e forcës që vepron në trup, shumëzuar me modulin e zhvendosjes së shkaktuar nga kjo forcë dhe kosinusin e këndit ndërmjet tyre.

Formula 1 - Puna mekanike.

F - Forca që vepron në trup.

s - lëvizja e trupit.

cosa - Kosinusi i këndit ndërmjet forcës dhe zhvendosjes.

Kjo formulë ka formë e përgjithshme. Nëse këndi ndërmjet forcës së aplikuar dhe zhvendosjes është zero, atëherë kosinusi është 1. Prandaj, puna do të jetë e barabartë vetëm me produktin e forcës dhe zhvendosjes. E thënë thjesht, nëse trupi lëviz në drejtim të zbatimit të forcës, atëherë puna mekanike është e barabartë me produktin e forcës dhe zhvendosjes.

Së dyti rast i veçantë kur këndi ndërmjet forcës që vepron në trup dhe zhvendosjes së tij është 90 gradë. Në këtë rast, kosinusi 90 gradë është i barabartë me zero, përkatësisht, puna do të jetë e barabartë me zero. Dhe në të vërtetë, ajo që ndodh është se ne aplikojmë forcë në një drejtim dhe trupi lëviz pingul me të. Kjo do të thotë, trupi padyshim nuk po lëviz nën ndikimin e forcës sonë. Kështu, puna e forcës sonë për të lëvizur trupin është zero.

Figura 1 - Puna e forcave gjatë lëvizjes së trupit.

Nëse mbi trup vepron më shumë se një forcë, atëherë llogaritet forca totale që vepron në trup. Dhe më pas ajo zëvendësohet në formulë si e vetmja forcë. Një trup nën veprimin e një force mund të lëvizë jo vetëm në një vijë të drejtë, por edhe përgjatë një trajektore arbitrare. Në këtë rast, puna llogaritet për një pjesë të vogël të lëvizjes, e cila mund të konsiderohet e drejtë dhe më pas të përmblidhet përgjatë gjithë shtegut.

Puna mund të jetë pozitive dhe negative. Kjo do të thotë, nëse zhvendosja dhe forca përkojnë në drejtim, atëherë puna është pozitive. Dhe nëse forca zbatohet në një drejtim, dhe trupi lëviz në tjetrin, atëherë puna do të jetë negative. Një shembull i punës negative është puna e forcës së fërkimit. Meqenëse forca e fërkimit është e drejtuar kundër lëvizjes. Imagjinoni një trup që lëviz përgjatë një aeroplani. Një forcë e aplikuar në një trup e shtyn atë në një drejtim të caktuar. Kjo forcë bën punë pozitive për të lëvizur trupin. Por në të njëjtën kohë, forca e fërkimit bën punë negative. Ngadalëson lëvizjen e trupit dhe drejtohet drejt lëvizjes së tij.

Figura 2 - Forca e lëvizjes dhe fërkimi.

Puna në mekanikë matet në xhaul. Një xhaul është puna e bërë nga një forcë prej një Njutoni kur një trup lëviz një metër. Përveç drejtimit të lëvizjes së trupit, mund të ndryshojë edhe madhësia e forcës së aplikuar. Për shembull, kur një susta është e ngjeshur, forca e aplikuar në të do të rritet në proporcion me distancën e përshkuar. Në këtë rast, puna llogaritet me formulë.

Formula 2 - Puna e ngjeshjes së një suste.

k është ngurtësia e sustës.

x - koordinata e lëvizjes.

9. Puna mekanike dhe fuqia

Nëse forca që vepron në trup bën që ai të lëvizë, atëherë veprimi i forcës karakterizohet me punë mekanike

Ku është këndi ndërmjet drejtimit të forcës dhe zhvendosjes. Formula vlen për rastin kur trupi lëviz në vijë të drejtë dhe forca që vepron mbi të mbetet konstante. Nëse forca ndryshon, atëherë.

Puna mekanike është një masë e ndryshimit të energjisë. Njësia e punës në sistemin C është xhauli (J).

Fuqia mesatare quhet vlera e barabartë me raportin e punës me periudhën kohore për të cilën kryhet.

Fuqia e menjëhershme përcaktohet nga formula. Duke pasur parasysh këtë, arrijmë ku v- shpejtësia e menjëhershme.

Njësia e fuqisë në sistemin SI është vat (W).

Në praktikë, shpesh përdoret një njësi e fuqisë jashtë sistemit - kuaj-fuqi.

1 HP = 735 W

10. Energjia kinetike dhe potenciale

Një sasi fizike që karakterizon aftësinë e një trupi ose një sistemi trupash për të kryer punë quhet energji.

Energjia mund të jetë për shkak të lëvizjes së trupit me një shpejtësi të caktuar (energjia kinetike), si dhe prania e trupit në një fushë potenciale të forcave (energjia potenciale).

Energjia kinetike

Konsideroni rastin kur një trup me masë m nën ndikimin e forcës F ndryshon shpejtësinë e tij nga në. Përcaktoni punën e forcës së aplikuar në trup

Meqenëse puna mekanike është një masë e ndryshimit të energjisë, vlera është energjia për shkak të lëvizjes së trupit.

Energjia që zotëron një trup për shkak të lëvizjes së tij quhet kinetike.

Puna e bërë nga forca kur ndryshon shpejtësia e trupit është e barabartë me ndryshimin e energjisë kinetike të trupit

Energjia potenciale e një trupi në fushën e gravitetit

Kur një trup bie m nga një lartësi në një lartësi mbi tokë, graviteti funksionon

Graviteti është një forcë konservatore dhe fusha gravitacionale është potenciale. Puna e gravitetit është e barabartë me ndryshimin e energjisë potenciale të trupit, marrë me shenjën e kundërt

Energjia potenciale e një trupi në fushën e gravitetit.

Energjia, e cila përcaktohet nga rregullimi i ndërsjellë i trupave ose pjesëve të të njëjtit trup, quhet potencial.

11. Ligji i ruajtjes së energjisë totale mekanike

Konsideroni lëvizjen e një trupi brenda sistem i mbyllur ku veprojnë vetëm forcat konservatore. Le të, për shembull, një trup në masë m bie lirisht. Kur një trup lëviz nga gjendja 1 në gjendjen 2, graviteti funksionon

Ne te njejten kohe . Rrjedhimisht,. Duke e transformuar këtë shprehje, marrim.

Shuma e energjisë kinetike dhe potenciale të trupit quhet energjia e përgjithshme mekanike e trupit.

Sipas ligjit të ruajtjes së energjisë totale mekanike: Energjia totale mekanike e një sistemi të mbyllur trupash që ndërveprojnë me njëri-tjetrin vetëm nga forcat konservatore nuk ndryshon me asnjë lëvizje të këtyre trupave. Ka vetëm shndërrime të ndërsjella të energjisë potenciale në energji kinetike dhe anasjelltas.

Sistemet në të cilat ruhet energjia totale mekanike quhen konservatore.

Sistemet në të cilat energjia totale mekanike nuk ruhet quhen disipative (shpërndarja është kalimi i energjisë në një formë tjetër, për shembull, mekanike në të brendshme).

Në rastin e përgjithshëm, ligji i ruajtjes së energjisë në natyrë formulohet si më poshtë:

Energjia e trupave nuk zhduket kurrë dhe nuk rishfaqet: ajo vetëm shndërrohet nga një formë në tjetrën ose kalon nga një trup në tjetrin.

Për të qenë në gjendje të karakterizojë karakteristikat energjetike të lëvizjes, u prezantua koncepti i punës mekanike. Dhe artikulli i kushtohet asaj në manifestimet e saj të ndryshme. Për të kuptuar temën është edhe e lehtë dhe mjaft komplekse. Autori sinqerisht u përpoq ta bënte atë më të kuptueshëm dhe të kuptueshëm, dhe mund të shpresohet vetëm se qëllimi është arritur.

Çfarë është puna mekanike?

Si quhet? Nëse në trup vepron ndonjë forcë dhe si rezultat i veprimit të kësaj force trupi lëviz, atëherë kjo quhet punë mekanike. Kur afrohet nga pikëpamja filozofia shkencore këtu mund të theksojmë disa aspekte shtesë, por artikulli do të mbulojë temën nga pikëpamja e fizikës. Puna mekanike nuk është e vështirë nëse mendoni me kujdes për fjalët e shkruara këtu. Por fjala "mekanike" zakonisht nuk shkruhet, dhe gjithçka reduktohet në fjalën "punë". Por jo çdo punë është mekanike. Këtu një burrë ulet dhe mendon. A funksionon? Mendërisht po! Por a është punë mekanike? Nr. Po nëse personi është duke ecur? Nëse trupi lëviz nën ndikimin e një force, atëherë kjo është punë mekanike. Gjithçka është e thjeshtë. Me fjalë të tjera, forca që vepron në trup bën punë (mekanike). Dhe një gjë tjetër: është puna që mund të karakterizojë rezultatin e veprimit të një force të caktuar. Pra, nëse një person ecën, atëherë forca të caktuara (fërkimi, graviteti, etj.) kryejnë punë mekanike mbi një person dhe si rezultat i veprimit të tyre, njeriu ndryshon pikën e tij të vendndodhjes, me fjalë të tjera, ai lëviz.

Punoni si sasi fizikeështë e barabartë me forcën që vepron në trup, e shumëzuar me rrugën që trupi ka bërë nën ndikimin e kësaj force dhe në drejtimin e treguar prej tij. Mund të themi se puna mekanike bëhej nëse plotësoheshin 2 kushte njëkohësisht: forca vepronte në trup dhe ai lëvizte në drejtim të veprimit të tij. Por nuk është kryer ose nuk kryhet nëse forca ka vepruar, dhe trupi nuk ka ndryshuar vendndodhjen e tij në sistemin koordinativ. Këtu janë shembuj të vegjël ku puna mekanike nuk kryhet:

1. Pra, një person mund të bjerë mbi një gur të madh për ta lëvizur atë, por nuk ka forcë të mjaftueshme. Forca vepron mbi gurin, por ai nuk lëviz dhe puna nuk ndodh.
2. Trupi lëviz në sistemin koordinativ dhe forca është e barabartë me zero ose të gjitha kompensohen. Kjo mund të vërehet gjatë lëvizjes inerciale.
3. Kur drejtimi në të cilin lëviz trupi është pingul me forcën. Kur treni lëviz përgjatë një linje horizontale, forca e gravitetit nuk e bën punën e saj.

Në varësi të kushteve të caktuara, puna mekanike mund të jetë negative dhe pozitive. Pra, nëse drejtimet dhe forcat, dhe lëvizjet e trupit janë të njëjta, atëherë ndodh puna pozitive. Një shembull i punës pozitive është efekti i gravitetit në një pikë uji që bie. Por nëse forca dhe drejtimi i lëvizjes janë të kundërta, atëherë ndodh puna mekanike negative. Një shembull i një opsioni të tillë është rritja tullumbace dhe forca e gravitetit, e cila bën punë negative. Kur një trup i nënshtrohet ndikimit të disa forcave, një punë e tillë quhet "punë e forcës rezultante".

Karakteristikat e zbatimit praktik (energjia kinetike)

Kalojmë nga teoria në pjesën praktike. Më vete, duhet të flasim për punën mekanike dhe përdorimin e saj në fizikë. Siç mund të kujtohet shumë, e gjithë energjia e trupit ndahet në kinetike dhe potenciale. Kur një objekt është në ekuilibër dhe nuk lëviz askund, ai energji potenciale barazohet energji totale, dhe kinetika është zero. Kur fillon lëvizja, energjia potenciale fillon të ulet, energjia kinetike të rritet, por në total ato janë të barabarta me energjinë totale të objektit. Për një pikë materiale, energjia kinetike përcaktohet si puna e forcës që përshpejtoi pikën nga zero në vlerën H, dhe në formën e formulës, kinetika e trupit është ½ * M * H, ku M është masa. Për të zbuluar energjinë kinetike të një objekti që përbëhet nga shumë grimca, duhet të gjeni shumën e të gjithë energjisë kinetike të grimcave, dhe kjo do të jetë energjia kinetike trupi.

Karakteristikat e zbatimit praktik (energjia potenciale)

Në rastin kur të gjitha forcat që veprojnë në trup janë konservatore dhe energjia potenciale është e barabartë me totalin, atëherë nuk punohet. Ky postulat njihet si ligji i ruajtjes së energjisë mekanike. Energjia mekanike në një sistem të mbyllur është konstante në intervalin kohor. Ligji i ruajtjes përdoret gjerësisht për të zgjidhur problemet nga mekanika klasike.

Karakteristikat e zbatimit praktik (termodinamika)

Në termodinamikë, puna e bërë nga një gaz gjatë zgjerimit llogaritet me integralin e presionit të shumëzuar me vëllim. Kjo qasje është e zbatueshme jo vetëm në rastet kur ka një funksion të saktë të vëllimit, por edhe për të gjitha proceset që mund të shfaqen në rrafshin presion/vëllim. Njohuritë e punës mekanike zbatohen jo vetëm për gazet, por për çdo gjë që mund të ushtrojë presion.

Karakteristikat e zbatimit praktik në praktikë (mekanika teorike)

AT mekanika teorike të gjitha vetitë dhe formulat e përshkruara më sipër konsiderohen më në detaje, në veçanti, këto janë parashikime. Ajo gjithashtu jep përkufizimin e saj për formula të ndryshme të punës mekanike (një shembull i një përkufizimi për integralin Rimmer): kufiri në të cilin priret shuma e të gjitha forcave vepra elementare, kur imtësia e ndarjes tenton në zero, quhet puna e forcës përgjatë kurbës. Ndoshta e vështirë? Por asgjë me mekanika teorike të gjitha. Po, dhe të gjitha punët mekanike, fizike dhe vështirësitë e tjera kanë mbaruar. Më tej do të ketë vetëm shembuj dhe një përfundim.

Njësitë e punës mekanike

SI përdor joules për të matur punën, ndërsa GHS përdor ergs:

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

Shembuj të punës mekanike

Për të kuptuar përfundimisht një koncept të tillë si puna mekanike, duhet të studioni disa shembuj të veçantë që do t'ju lejojnë ta konsideroni atë nga shumë, por jo të gjitha, anët:

1. Kur një person ngre një gur me duar, atëherë puna mekanike ndodh me ndihmën e forcës muskulore të duarve;
2. Kur një tren udhëton përgjatë shinave, ai tërhiqet nga forca tërheqëse e traktorit (lokomotivë elektrike, lokomotivë me naftë, etj.);
3. Nëse merrni një armë dhe e gjuani atë, atëherë për shkak të forcës së presionit që do të krijojnë gazrat e pluhurit, do të kryhet puna: plumbi lëvizet përgjatë tytës së armës në të njëjtën kohë me rritjen e shpejtësisë së vetë plumbit;
4. Ka edhe punë mekanike kur forca e fërkimit vepron në trup, duke e detyruar atë të zvogëlojë shpejtësinë e lëvizjes së tij;
5. Shembulli i mësipërm me topat, kur ngrihen në drejtim të kundërt në raport me drejtimin e gravitetit, është gjithashtu një shembull i punës mekanike, por përveç gravitetit, forca e Arkimedit vepron edhe kur çdo gjë që është më e lehtë se ajri ngrihet lart.

Çfarë është pushteti?

Së fundi, dua të prek temën e pushtetit. Puna e bërë nga një forcë në një njësi të kohës quhet fuqi. Në fakt, fuqia është një sasi e tillë fizike që është një pasqyrim i raportit të punës me një periudhë të caktuar kohore gjatë së cilës është kryer kjo punë: M = P / B, ku M është fuqia, P është puna, B është koha. Njësia e fuqisë SI është 1 vat. Një vat është e barabartë me fuqinë që kryen punën e një xhaul në një sekondë: 1 W = 1J \ 1s.