Wat betekent het?
In de natuurkunde is ‘mechanisch werk’ het werk van een bepaalde kracht (zwaartekracht, elasticiteit, wrijving, enz.) op een lichaam, waardoor het lichaam beweegt.
Vaak is het woord 'mechanisch' simpelweg niet geschreven.
Soms kom je de uitdrukking ‘het lichaam heeft werk gedaan’ tegen, wat in principe betekent ‘de kracht die op het lichaam inwerkt, heeft werk gedaan’.
Ik denk - ik ben aan het werk.
Ik ga - ik werk ook.
Waar is het hier? mechanisch werk?
Als een lichaam beweegt onder invloed van een kracht, wordt mechanisch werk verricht.
Ze zeggen dat het lichaam werkt.
Of preciezer gezegd, het zal zo zijn: het werk wordt gedaan door de kracht die op het lichaam inwerkt.
Werk karakteriseert het resultaat van een kracht.
De krachten die op een persoon inwerken, voeren mechanisch werk op hem uit, en als gevolg van de werking van deze krachten beweegt de persoon.
Functie - fysieke hoeveelheid, gelijk aan het product van de kracht die op het lichaam inwerkt en het pad dat het lichaam aflegt onder invloed van de kracht in de richting van deze kracht.
A - mechanisch werk,
F - sterkte,
S - afgelegde afstand.
Werk is gedaan, als er tegelijkertijd aan 2 voorwaarden wordt voldaan: er werkt een kracht op het lichaam en op het lichaam
beweegt in de richting van de kracht.
Er wordt geen werk gedaan(d.w.z. gelijk aan 0), als:
1. De kracht werkt, maar het lichaam beweegt niet.
Bijvoorbeeld: we oefenen kracht uit op een steen, maar kunnen deze niet verplaatsen.
2. Het lichaam beweegt en de kracht is nul, of alle krachten worden gecompenseerd (d.w.z. de resultante van deze krachten is 0).
Bijvoorbeeld: bij beweging door traagheid wordt er geen arbeid verricht.
3. De richting van de kracht en de bewegingsrichting van het lichaam staan onderling loodrecht.
Bijvoorbeeld: als een trein horizontaal beweegt, werkt de zwaartekracht niet.
Werk kan positief en negatief zijn
1. Als de richting van de kracht en de bewegingsrichting van het lichaam samenvallen, wordt er positief werk verricht.
Bijvoorbeeld: de zwaartekracht, die inwerkt op een vallende waterdruppel, doet positief werk.
2. Als de richting van kracht en beweging van het lichaam tegengesteld is, wordt er negatief werk verricht.
Bijvoorbeeld: de zwaartekracht die inwerkt op een stijging ballon, doet negatief werk.
Als er meerdere krachten op een lichaam inwerken, dan voltijdbaan van alle krachten is gelijk aan de arbeid die door de resulterende kracht wordt verricht.
Eenheden van werk
Ter ere van de Engelse wetenschapper D. Joule werd de werkeenheid 1 Joule genoemd.
In het Internationale Stelsel van Eenheden (SI):
[A] = J = N·m
1J = 1N 1m
Mechanische arbeid is gelijk aan 1 J als een lichaam onder invloed van een kracht van 1 N een lichaam 1 m in de richting van deze kracht beweegt.
Bij het vliegen van duim man's handen op de index
de mug werkt wel - 0,000 000 000 000 000 000 000 000 001 J.
Het menselijk hart verricht per contractie ongeveer 1 J arbeid, wat overeenkomt met de arbeid die wordt verricht bij het optillen van een last van 10 kg tot een hoogte van 1 cm.
AAN HET WERK, VRIENDEN!
Voordat we het onderwerp 'Hoe werk wordt gemeten' onthullen, is het noodzakelijk een kleine uitweiding te maken. Alles in deze wereld gehoorzaamt aan de wetten van de natuurkunde. Elk proces of fenomeen kan worden verklaard op basis van bepaalde natuurwetten. Voor elke gemeten grootheid is er een eenheid waarin deze doorgaans wordt gemeten. Meeteenheden zijn constant en hebben over de hele wereld dezelfde betekenis.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-1-768x451..jpg 1024w"sizes="(max-breedte: 600px) 100vw, 600px">
Systeem van internationale eenheden
De reden hiervoor is de volgende. In 1960 werd tijdens de Elfde Algemene Conferentie over Maten en Gewichten een meetsysteem aangenomen dat over de hele wereld wordt erkend. Dit systeem kreeg de naam Le Système International d'Unités, SI (SI System International). Dit systeem is de basis geworden voor het bepalen van meeteenheden die over de hele wereld worden geaccepteerd en hun relaties.
Fysieke termen en terminologie
In de natuurkunde wordt de meeteenheid van de krachtarbeid J (Joule) genoemd, ter ere van de Engelse natuurkundige James Joule, die een grote bijdrage heeft geleverd aan de ontwikkeling van de tak van de thermodynamica in de natuurkunde. Eén joule is gelijk aan de arbeid die wordt verricht door een kracht van één N (Newton) wanneer de toepassing ervan één M (meter) in de richting van de kracht beweegt. Eén N (Newton) gelijk aan kracht, met een massa van één kg (kilogram), met een versnelling van één m/s2 (meter per seconde) in de richting van de kracht.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-2-2-210x140.jpg 210w"sizes="(max-breedte: 600px) 100vw, 600px">
Formule voor het vinden van een baan
Ter informatie. In de natuurkunde is alles met elkaar verbonden; het uitvoeren van elk werk omvat het uitvoeren van aanvullende acties. Als voorbeeld kunnen we nemen huishoudelijke ventilator. Wanneer de ventilator is aangesloten, beginnen de ventilatorbladen te draaien. De roterende bladen beïnvloeden de luchtstroom, waardoor deze een gerichte beweging krijgt. Dit is het resultaat van het werk. Maar om het werk uit te voeren is de invloed van andere externe krachten noodzakelijk, zonder welke de actie onmogelijk is. Deze omvatten elektrische stroom, vermogen, spanning en vele andere gerelateerde waarden.
Elektrische stroom is in de kern de geordende beweging van elektronen in een geleider per tijdseenheid. Elektrische stroom is gebaseerd op positief of negatief geladen deeltjes. Ze worden elektrische ladingen genoemd. Aangeduid met de letters C, q, Kl (Coulomb), genoemd naar de Franse wetenschapper en uitvinder Charles Coulomb. In het SI-systeem is het een maateenheid voor het aantal geladen elektronen. 1 C is gelijk aan het volume geladen deeltjes dat er doorheen stroomt dwarsdoorsnede geleider per tijdseenheid. De tijdseenheid is één seconde. De formule voor elektrische lading wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-3-768x486..jpg 848w"sizes="(max-breedte: 600px) 100vw, 600px">
Formule voor het vinden van elektrische lading
De sterkte van elektrische stroom wordt aangegeven met de letter A (ampère). Ampère is een eenheid in de natuurkunde die de meting karakteriseert van de krachtarbeid die nodig is om ladingen langs een geleider te verplaatsen. In de kern, elektriciteit- dit is de geordende beweging van elektronen in een geleider onder invloed elektromagnetisch veld. Een geleider is een materiaal of gesmolten zout (elektrolyt) dat weinig weerstand heeft tegen de doorgang van elektronen. De sterkte van elektrische stroom wordt beïnvloed door twee fysieke grootheden: spanning en weerstand. Ze zullen hieronder worden besproken. De stroomsterkte is altijd recht evenredig met de spanning en omgekeerd evenredig met de weerstand.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-4-768x552..jpg 800w"sizes="(max-breedte: 600px) 100vw, 600px">
Formule voor het vinden van de huidige sterkte
Zoals hierboven vermeld, is elektrische stroom de geordende beweging van elektronen in een geleider. Maar er is één kanttekening: ze hebben een bepaalde impact nodig om te bewegen. Dit effect wordt gecreëerd door een potentiaalverschil te creëren. Elektrische lading kan positief of negatief zijn. Positieve ladingen neigen altijd naar negatieve ladingen. Dit is nodig voor de balans van het systeem. Het verschil tussen het aantal positief en negatief geladen deeltjes wordt elektrische spanning genoemd.
Gif?.gif 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-5-768x499.gif 768w"sizes="(max-breedte: 600px) 100vw, 600px">
Formule voor het vinden van spanning
Vermogen is de hoeveelheid energie die nodig is om één J (Joule) arbeid te verrichten in een tijdsbestek van één seconde. De meeteenheid in de natuurkunde wordt aangeduid als W (Watt), in het SI-systeem W (Watt). Omdat er rekening wordt gehouden met elektrisch vermogen, is dit hier de waarde van het verbruikte vermogen elektrische energie om binnen een bepaalde tijd een specifieke actie uit te voeren.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-6-120x74..jpg 750w"sizes="(max-breedte: 600px) 100vw, 600px">
Formule voor het vinden van elektrische stroom
Concluderend moet worden opgemerkt dat de meeteenheid van arbeid een scalaire grootheid is, een relatie heeft met alle takken van de natuurkunde en kan worden beschouwd vanuit het perspectief van niet alleen de elektrodynamica of thermische techniek, maar ook vanuit andere secties. In het artikel wordt kort ingegaan op de waarde die kenmerkend is voor de meeteenheid van de krachtarbeid.
Video
Om de energiekarakteristieken van beweging te kunnen karakteriseren, werd het concept van mechanische arbeid geïntroduceerd. En het artikel is eraan gewijd in zijn verschillende verschijningsvormen. Het onderwerp is zowel gemakkelijk als behoorlijk moeilijk te begrijpen. De auteur heeft oprecht geprobeerd het begrijpelijker en toegankelijker te maken voor begrip, en je kunt alleen maar hopen dat het doel is bereikt.
Hoe heet mechanisch werk?
Hoe heet het? Als er een kracht op een lichaam werkt en het lichaam als gevolg van zijn actie beweegt, wordt dit mechanisch werk genoemd. Wanneer benaderd vanuit het oogpunt van de wetenschappelijke filosofie, zijn er verschillende aanvullende aspecten, maar het artikel behandelt het onderwerp vanuit het oogpunt van de natuurkunde. Mechanisch werk is niet moeilijk als je goed nadenkt over de woorden die hier zijn geschreven. Maar het woord ‘mechanisch’ wordt meestal niet geschreven en alles wordt afgekort tot het woord ‘werk’. Maar niet elke klus is mechanisch. Hier zit een man en denkt na. Werkt het? Mentaal ja! Maar is dit mechanisch werk? Nee. Wat als iemand loopt? Als een lichaam beweegt onder invloed van kracht, dan is er sprake van mechanisch werk. Het is makkelijk. Met andere woorden: een kracht die op een lichaam inwerkt, verricht (mechanische) arbeid. En nog iets: het is werk dat het resultaat van de actie van een bepaalde kracht kan karakteriseren. Dus als een persoon loopt, voeren bepaalde krachten (wrijving, zwaartekracht, enz.) mechanisch werk uit op de persoon, en als gevolg van hun actie verandert de persoon van locatie, met andere woorden, beweegt.
Arbeid als fysieke grootheid is gelijk aan de kracht die op het lichaam inwerkt, vermenigvuldigd met de weg die het lichaam heeft afgelegd onder invloed van deze kracht en in de daardoor aangegeven richting. We kunnen zeggen dat er mechanisch werk werd verricht als er tegelijkertijd aan twee voorwaarden was voldaan: er werkte een kracht op het lichaam en deze bewoog in de richting van zijn actie. Maar het gebeurde niet of gebeurt niet als de kracht inwerkte en het lichaam zijn locatie in het coördinatensysteem niet veranderde. Hier zijn kleine voorbeelden waarbij er geen mechanische werkzaamheden worden uitgevoerd:
- Een persoon kan dus op een enorm rotsblok leunen om het te verplaatsen, maar er is niet genoeg kracht. De kracht werkt op de steen, maar deze beweegt niet en er vindt geen arbeid plaats.
- Het lichaam beweegt in het coördinatensysteem en de kracht is gelijk aan nul, of ze zijn allemaal gecompenseerd. Dit kan worden waargenomen tijdens het bewegen door traagheid.
- Wanneer de richting waarin een lichaam beweegt loodrecht staat op de werking van de kracht. Wanneer een trein langs een horizontale lijn beweegt, doet de zwaartekracht zijn werk niet.
Afhankelijk van bepaalde omstandigheden kunnen mechanische werkzaamheden negatief en positief zijn. Dus als de richtingen van zowel de krachten als de bewegingen van het lichaam hetzelfde zijn, vindt er positief werk plaats. Voorbeeld positief werk is het effect van de zwaartekracht op een vallende waterdruppel. Maar als de kracht en bewegingsrichting tegengesteld zijn, vindt er negatief mechanisch werk plaats. Een voorbeeld van zo'n optie is een opstijgende ballon en de zwaartekracht, die negatief werk doet. Wanneer een lichaam onderhevig is aan de invloed van verschillende krachten, wordt dergelijke arbeid ‘resultante krachtarbeid’ genoemd.
Kenmerken van praktische toepassing (kinetische energie)
Laten we van theorie naar praktijkgedeelte gaan. Afzonderlijk moeten we het hebben over mechanisch werk en het gebruik ervan in de natuurkunde. Zoals velen zich waarschijnlijk herinneren, is alle energie van het lichaam verdeeld in kinetisch en potentieel. Wanneer een object in evenwicht is en nergens heen beweegt, is zijn potentiële energie gelijk aan totale energie, en de kinetische is gelijk aan nul. Wanneer beweging begint, begint de potentiële energie af te nemen, de kinetische energie begint toe te nemen, maar in totaal zijn ze gelijk aan de totale energie van het object. Voor een materieel punt wordt kinetische energie gedefinieerd als de arbeid van een kracht die het punt versnelt van nul naar de waarde H, en in formulevorm is de kinetiek van een lichaam gelijk aan ½*M*N, waarbij M massa is. Om de kinetische energie te achterhalen van een object dat uit veel deeltjes bestaat, moet je de som van alle kinetische energie van de deeltjes vinden, en dit zal de kinetische energie van het lichaam zijn.
Kenmerken van praktische toepassing (potentiële energie)
In het geval dat alle krachten die op het lichaam inwerken conservatief zijn en de potentiële energie gelijk is aan het totaal, wordt er geen werk verricht. Dit postulaat staat bekend als de wet van behoud van mechanische energie. Mechanische energie in gesloten systeem is constant in het tijdsinterval. De behoudswet wordt veel gebruikt om problemen uit de klassieke mechanica op te lossen.
Kenmerken van praktische toepassing (thermodynamica)
In de thermodynamica wordt de arbeid die een gas tijdens expansie verricht, berekend door de integraal van druk maal volume. Deze aanpak is niet alleen van toepassing in gevallen waarin er sprake is van een exacte volumefunctie, maar ook voor alle processen die kunnen worden weergegeven in het druk-/volumevlak. Het past ook kennis van mechanisch werk toe, niet alleen op gassen, maar op alles dat druk kan uitoefenen.
Kenmerken van praktische toepassing in de praktijk (theoretische mechanica)
In de theoretische mechanica worden alle hierboven beschreven eigenschappen en formules gedetailleerder beschouwd, in het bijzonder projecties. Het geeft ook zijn definitie voor verschillende formules van mechanisch werk (een voorbeeld van een definitie voor de Rimmer-integraal): de limiet waarnaar de som van alle krachten van elementair werk neigt, wanneer de fijnheid van de partitie naar nul neigt, wordt de krachtarbeid langs de curve. Waarschijnlijk moeilijk? Maar niets, alles is in orde met de theoretische mechanica. Ja, al het mechanische werk, de natuurkunde en andere moeilijkheden zijn al voorbij. Verder zullen er alleen voorbeelden en een conclusie zijn.
Meeteenheden van mechanisch werk
De SI gebruikt joules om werk te meten, terwijl de GHS erg gebruikt:
- 1 J = 1 kg m²/s² = 1 N·m
- 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 dyne cm
- 1 erg = 10 −7 J
Voorbeelden van mechanisch werk
Om zo'n concept als mechanisch werk eindelijk te begrijpen, zou je verschillende individuele voorbeelden moeten bestuderen waarmee je het van vele, maar niet alle, kanten kunt bekijken:
- Wanneer een persoon een steen met zijn handen optilt, vindt mechanisch werk plaats met behulp van de spierkracht van zijn handen;
- Wanneer een trein over de rails rijdt, wordt deze getrokken door de trekkracht van de tractor (elektrische locomotief, diesellocomotief, enz.);
- Als je een pistool pakt en ermee schiet, wordt er dankzij de drukkracht die door de poedergassen wordt gecreëerd, gewerkt: de kogel wordt langs de loop van het geweer bewogen terwijl de snelheid van de kogel zelf toeneemt;
- Er bestaat ook mechanische arbeid wanneer de wrijvingskracht op een lichaam inwerkt, waardoor het wordt gedwongen de snelheid van zijn beweging te verminderen;
- Het bovenstaande voorbeeld met ballen, wanneer ze omhoog komen de andere kant ten opzichte van de richting van de zwaartekracht, is ook een voorbeeld van mechanisch werk, maar naast de zwaartekracht werkt de kracht van Archimedes ook als alles wat lichter is dan lucht naar boven stijgt.
Wat is macht?
Tot slot wil ik nog even ingaan op het onderwerp macht. De arbeid die een kracht in één tijdseenheid verricht, wordt kracht genoemd. In feite is macht een fysieke grootheid die een weerspiegeling is van de verhouding tussen werk en een bepaalde tijdsperiode waarin dit werk werd gedaan: M=P/B, waarbij M macht is, P werk en B tijd. De SI-eenheid van vermogen is 1 W. Een watt is gelijk aan het vermogen dat één joule in één seconde verricht: 1 W=1J\1s.
IN Alledaagse leven Vaak komen we zo'n concept tegen als werk. Wat betekent dit woord in de natuurkunde en hoe kan het werk van de elastische kracht worden bepaald? De antwoorden op deze vragen vindt u in het artikel.
Mechanisch werk
Arbeid is een scalaire algebraïsche grootheid die de relatie tussen kracht en verplaatsing karakteriseert. Als de richting van deze twee variabelen samenvalt, wordt deze berekend met behulp van de volgende formule:
- F- module van de krachtvector die het werk doet;
- S- verplaatsingsvectormodule.
Een kracht die op een lichaam inwerkt, verricht niet altijd arbeid. De arbeid die door de zwaartekracht wordt verricht, is bijvoorbeeld nul als de richting ervan loodrecht staat op de beweging van het lichaam.
Als de krachtvector een hoek vormt die niet nul is met de verplaatsingsvector, moet een andere formule worden gebruikt om de arbeid te bepalen:
A=FScosα
α - de hoek tussen de kracht- en verplaatsingsvectoren.
Middelen, mechanisch werk is het product van de projectie van de kracht op de richting van de verplaatsing en de module van de verplaatsing, of het product van de projectie van de verplaatsing op de richting van de kracht en de module van deze kracht.
Mechanisch werkteken
Afhankelijk van de richting van de kracht ten opzichte van de beweging van het lichaam, kan de arbeid A zijn:
- positief (0°≤ α<90°);
- negatief (90°<α≤180°);
- gelijk aan nul (α=90°).
Als A>0, neemt de snelheid van het lichaam toe. Een voorbeeld is een appel die uit een boom op de grond valt. Bij A<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.
De SI-werkeenheid (International System of Units) is Joule (1N*1m=J). Een joule is de arbeid die wordt verricht door een kracht, waarvan de waarde 1 Newton is, wanneer een lichaam 1 meter in de richting van de kracht beweegt.
Werk van elastische kracht
De krachtarbeid kan ook grafisch worden bepaald. Bereken hiervoor het gebied van de kromlijnige figuur onder de grafiek F s (x).
Zo kan men uit de grafiek van de afhankelijkheid van de elastische kracht van de verlenging van de veer de formule voor de arbeid van de elastische kracht afleiden.
Het is gelijk aan:
A=kx2/2
- k- stijfheid;
- X- absolute verlenging.
Wat hebben we geleerd?
Mechanisch werk wordt uitgevoerd wanneer er een kracht op een lichaam wordt uitgeoefend, wat leidt tot beweging van het lichaam. Afhankelijk van de hoek die ontstaat tussen de kracht en de verplaatsing kan de arbeid nul zijn of een negatief of positief teken hebben. Aan de hand van het voorbeeld van elastische kracht leerde je over een grafische methode om de arbeid te bepalen.
Het paard trekt de kar met enige kracht, laten we het aangeven F tractie. Grootvader, zittend op de kar, drukt er met enige kracht op. Laten we het aanduiden F druk De kar beweegt in de richting van de trekkracht van het paard (naar rechts), maar in de richting van de drukkracht van de grootvader (naar beneden) beweegt de kar niet. Daarom zeggen ze dat in de natuurkunde F tractie werkt op de kar, en F de druk werkt niet op de kar.
Dus, krachtarbeid op het lichaam of mechanisch werk– een fysieke grootheid waarvan de modulus gelijk is aan het product van de kracht en het pad dat het lichaam aflegt in de richting van de werking van deze kracht S:
Ter ere van de Engelse wetenschapper D. Joule werd de eenheid van mechanisch werk genoemd 1 joule(volgens de formule, 1 J = 1 N m).
Als er een bepaalde kracht op het lichaam in kwestie inwerkt, dan werkt er een lichaam op. Daarom het werk van kracht op het lichaam en het werk van het lichaam op het lichaam zijn volledige synoniemen. Het werk van het eerste lichaam op het tweede en het werk van het tweede lichaam op het eerste zijn echter gedeeltelijke synoniemen, aangezien de moduli van deze werken altijd gelijk zijn en hun tekens altijd tegengesteld zijn. Daarom staat er een “±” teken in de formule. Laten we de tekenen van werk in meer detail bespreken.
Numerieke waarden van kracht en pad zijn altijd niet-negatieve grootheden. Mechanisch werk kan daarentegen zowel positieve als negatieve signalen hebben. Als de richting van de kracht samenvalt met de bewegingsrichting van het lichaam, dan het werk dat door de kracht wordt verricht, wordt als positief beschouwd. Als de krachtrichting tegengesteld is aan de bewegingsrichting van het lichaam, de arbeid die door een kracht wordt verricht, wordt als negatief beschouwd(neem “–” uit de “±” formule). Als de bewegingsrichting van het lichaam loodrecht staat op de richting van de kracht, dan zo'n kracht doet geen enkele arbeid, dat wil zeggen: A = 0.
Beschouw drie illustraties van drie aspecten van mechanisch werk.
Werken onder dwang kan er vanuit het perspectief van verschillende waarnemers anders uitzien. Laten we een voorbeeld bekijken: een meisje rijdt een lift in. Voert het mechanische werkzaamheden uit? Een meisje kan alleen werken aan die lichamen waarop met geweld wordt ingewerkt. Er is maar één zo'n lichaam: de liftcabine, omdat het meisje met haar gewicht op de vloer drukt. Nu moeten we uitzoeken of de cabine een bepaalde kant op gaat. Laten we twee opties overwegen: met een stilstaande en een bewegende waarnemer.
Laat de waarnemerjongen eerst op de grond zitten. In verhouding daarmee beweegt de liftkooi naar boven en passeert een bepaalde afstand. Het gewicht van het meisje is in de tegenovergestelde richting gericht - naar beneden, daarom voert het meisje negatief mechanisch werk uit aan de cabine: A ontwikkelaar< 0. Вообразим, что мальчик-наблюдатель пересел внутрь кабины движущегося лифта. Как и ранее, вес девочки действует на пол кабины. Но теперь по отношению к такому наблюдателю кабина лифта не движется. Поэтому с точки зрения наблюдателя в кабине лифта девочка не совершает механическую работу: A ontwikkelaar = 0.