Trabajo útil de un físico de forma accesible y concisa. Trabajo mecánico. Fórmula. Declaración de la definición

Tenga en cuenta que el trabajo y la energía tienen las mismas unidades de medida. Esto significa que el trabajo se puede convertir en energía. Por ejemplo, para elevar un cuerpo a una cierta altura, entonces tendrá energía potencial, se necesita una fuerza que haga este trabajo. El trabajo realizado por la fuerza de elevación se convertirá en energía potencial.

La regla para determinar el trabajo según el gráfico de dependencia F(r): el trabajo es numéricamente igual al área de la figura debajo de la gráfica de fuerza versus desplazamiento.

Ángulo entre el vector de fuerza y ​​el desplazamiento.

1) Determinar correctamente la dirección de la fuerza que realiza el trabajo; 2) Representamos el vector de desplazamiento; 3) Transferimos los vectores a un punto y obtenemos el ángulo deseado.

En la figura, el cuerpo se ve afectado por la fuerza de gravedad (mg), la reacción del soporte (N), la fuerza de fricción (Ftr) y la fuerza de tensión de la cuerda F, bajo cuya influencia el cuerpo se mueve r.

Trabajo de gravedad

Trabajo de reacción terrestre.

Trabajo de la fuerza de fricción

Trabajo realizado por tensión de cuerda.

Trabajo realizado por la fuerza resultante

El trabajo realizado por la fuerza resultante se puede encontrar de dos maneras: 1er método: como la suma del trabajo (teniendo en cuenta los signos "+" o "-") de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, en nuestro ejemplo.
Método 2: primero que nada, encuentre la fuerza resultante, luego directamente su trabajo, vea la figura

Trabajo de fuerza elástica

Para encontrar el trabajo realizado por la fuerza elástica es necesario tener en cuenta que esta fuerza cambia porque depende del alargamiento del resorte. De la ley de Hooke se deduce que a medida que aumenta el alargamiento absoluto, aumenta la fuerza.

Para calcular el trabajo de la fuerza elástica durante la transición de un resorte (cuerpo) de un estado no deformado a uno deformado, utilice la fórmula

Fuerza

Una cantidad escalar que caracteriza la velocidad del trabajo (se puede establecer una analogía con la aceleración, que caracteriza la tasa de cambio de velocidad). Determinado por la fórmula

Eficiencia

La eficiencia es la relación entre el trabajo útil realizado por una máquina y todo el trabajo gastado (energía suministrada) durante el mismo tiempo.

Coeficiente acción útil expresado como porcentaje. Cuanto más cerca esté este número del 100%, mayor será el rendimiento de la máquina. No puede haber una eficiencia mayor a 100, ya que es imposible hacer más trabajo usando menos energía.

La eficiencia de un plano inclinado es la relación entre el trabajo realizado por la gravedad y el trabajo invertido al moverse a lo largo del plano inclinado.

Lo principal para recordar.

1) Fórmulas y unidades de medida;
2) El trabajo se realiza por la fuerza;
3) Ser capaz de determinar el ángulo entre los vectores fuerza y ​​desplazamiento.

Si el trabajo realizado por una fuerza al mover un cuerpo a lo largo de una trayectoria cerrada es cero, entonces dichas fuerzas se denominan conservador o potencial. El trabajo realizado por la fuerza de fricción al mover un cuerpo a lo largo de una trayectoria cerrada nunca es igual a cero. La fuerza de fricción, a diferencia de la fuerza de gravedad o la fuerza elástica, es ningún conservante o no potencial.

Hay condiciones bajo las cuales la fórmula no se puede utilizar.
Si la fuerza es variable, si la trayectoria del movimiento es una línea curva. En este caso, se divide el camino en pequeños tramos para los que se cumplen estas condiciones, y se calcula el trabajo elemental en cada uno de estos tramos. Trabajo completo en este caso es igual a la suma algebraica de obras elementales:

El valor del trabajo realizado por una determinada fuerza depende de la elección del sistema de referencia.

Contenido:

Se genera corriente eléctrica para luego utilizarla en ciertos propósitos, para hacer algo de trabajo. Gracias a la electricidad, todos los dispositivos, aparatos y equipos funcionan. El trabajo en sí representa un cierto esfuerzo aplicado para mover una carga eléctrica a lo largo de una distancia determinada. Convencionalmente, dicho trabajo dentro de una sección del circuito será igual al valor numérico del voltaje en esta sección.

Para realizar los cálculos necesarios, necesita saber cómo se mide el trabajo de la corriente. Todos los cálculos se llevan a cabo en base a los datos iniciales obtenidos utilizando instrumentos de medición. Cómo valor mayor carga, cuanto más esfuerzo se requiera para moverlo, más trabajo se realizará.

¿Cómo se llama el trabajo de la corriente?

La corriente eléctrica, como cantidad física, en sí misma no tiene significado práctico. Mayoría factor importante Es la acción de la corriente, caracterizada por el trabajo que realiza. El trabajo en sí representa determinadas acciones durante las cuales un tipo de energía se transforma en otro. Por ejemplo, la energía eléctrica se convierte en energía mecánica al girar el eje del motor. el trabajo en si corriente eléctrica Consiste en el movimiento de cargas en un conductor bajo la influencia. campo eléctrico. De hecho, todo el trabajo de mover partículas cargadas lo realiza el campo eléctrico.

Para realizar cálculos, se debe derivar una fórmula para el funcionamiento de la corriente eléctrica. Para compilar fórmulas, necesitará parámetros como la fuerza actual y. Dado que el trabajo realizado por una corriente eléctrica y el trabajo realizado por un campo eléctrico son el mismo, se expresará como el producto del voltaje y la carga que fluye en el conductor. Es decir: A = Uq. Esta fórmula se derivó de la relación que determina el voltaje en el conductor: U = A/q. De ello se deduce que el voltaje representa el trabajo realizado por el campo eléctrico A para transportar una partícula cargada q.

La partícula cargada o la carga en sí se muestra como el producto de la intensidad de la corriente y el tiempo empleado en mover esta carga a lo largo del conductor: q = It. En esta fórmula se utilizó la relación para la intensidad de corriente en el conductor: I = q/t. Es decir, es la relación entre la carga y el período de tiempo durante el cual la carga pasa por sección transversal conductor. En su forma final, la fórmula para el trabajo de la corriente eléctrica se verá como el producto de cantidades conocidas: A = UIt.

¿En qué unidades se mide el trabajo de la corriente eléctrica?

Antes de abordar directamente la cuestión de cómo se mide el trabajo de la corriente eléctrica, es necesario recopilar las unidades de medida de todas las cantidades físicas con las que se calcula este parámetro. En cualquier trabajo, por tanto, la unidad de medida de esta cantidad será 1 Julio (1 J). El voltaje se mide en voltios, la corriente en amperios y el tiempo en segundos. Esto significa que la unidad de medida se verá así: 1 J = 1V x 1A x 1s.

Con base en las unidades de medida obtenidas, el trabajo de la corriente eléctrica se determinará como el producto de la intensidad de la corriente en una sección del circuito, el voltaje en los extremos de la sección y el período de tiempo durante el cual la corriente fluye a través del conductor.

Las medidas se realizan mediante un voltímetro y un reloj. Estos dispositivos le permiten resolver eficazmente el problema de cómo encontrar el valor exacto de un parámetro determinado. Al conectar un amperímetro y un voltímetro a un circuito, es necesario controlar sus lecturas durante un período de tiempo específico. Los datos obtenidos se insertan en la fórmula, después de lo cual se muestra el resultado final.

Las funciones de los tres dispositivos se combinan en contadores eléctricos que tienen en cuenta la energía consumida y, de hecho, el trabajo realizado por la corriente eléctrica. Aquí se utiliza otra unidad: 1 kW x h, lo que también significa cuánto trabajo se realizó durante una unidad de tiempo.

Para poder caracterizar las características energéticas del movimiento, se introdujo el concepto de trabajo mecánico. Y a ello está dedicado el artículo en sus diversas manifestaciones. El tema es fácil y bastante difícil de entender. El autor intentó sinceramente hacerlo más comprensible y accesible a la comprensión, y sólo cabe esperar que se haya logrado el objetivo.

¿Cómo se llama el trabajo mecánico?

¿Cómo se llama? Si alguna fuerza actúa sobre un cuerpo y, como resultado de su acción, el cuerpo se mueve, entonces se llama trabajo mecánico. Cuando se aborda desde el punto de vista filosofía científica Aquí se pueden destacar varios aspectos adicionales, pero el artículo cubrirá el tema desde el punto de vista de la física. El trabajo mecánico no es difícil si piensas detenidamente en las palabras escritas aquí. Pero la palabra "mecánico" generalmente no se escribe y todo se reduce a la palabra "trabajo". Pero no todos los trabajos son mecánicos. Aquí hay un hombre sentado y pensando. ¿Funciona? ¡Mentalmente sí! ¿Pero es esto un trabajo mecánico? No. ¿Qué pasa si una persona camina? Si un cuerpo se mueve bajo la influencia de una fuerza, entonces se trata de un trabajo mecánico. Es sencillo. En otras palabras, una fuerza que actúa sobre un cuerpo realiza un trabajo (mecánico). Y una cosa más: es un trabajo que puede caracterizar el resultado de la acción de una determinada fuerza. Entonces, si una persona camina, ciertas fuerzas (fricción, gravedad, etc.) realizan un trabajo mecánico sobre la persona y, como resultado de su acción, la persona cambia su punto de ubicación, en otras palabras, se mueve.

El trabajo como cantidad física es igual a la fuerza que actúa sobre el cuerpo, multiplicada por el camino que ha recorrido el cuerpo bajo la influencia de esta fuerza y ​​en la dirección que ésta indica. Podemos decir que el trabajo mecánico se realizó si se cumplieron simultáneamente 2 condiciones: una fuerza actuó sobre el cuerpo y este se movió en la dirección de su acción. Pero esto no ocurrió o no ocurre si la fuerza actuó y el cuerpo no cambió su ubicación en el sistema de coordenadas. A continuación se muestran pequeños ejemplos en los que no se realiza trabajo mecánico:

1. Entonces una persona puede apoyarse en una enorme roca para moverla, pero no tiene suficiente fuerza. La fuerza actúa sobre la piedra, pero ésta no se mueve y no se produce ningún trabajo.
2. El cuerpo se mueve en el sistema de coordenadas y la fuerza es igual a cero o todas han sido compensadas. Esto se puede observar mientras se mueve por inercia.
3. Cuando la dirección en que se mueve un cuerpo es perpendicular a la acción de la fuerza. Cuando un tren se mueve a lo largo de una línea horizontal, la gravedad no hace su trabajo.

Dependiendo de determinadas condiciones, el trabajo mecánico puede ser negativo y positivo. Entonces, si las direcciones tanto de las fuerzas como de los movimientos del cuerpo son las mismas, entonces se produce un trabajo positivo. Un ejemplo de trabajo positivo es el efecto de la gravedad sobre una gota de agua que cae. Pero si la fuerza y ​​la dirección del movimiento son opuestas, entonces se produce un trabajo mecánico negativo. Un ejemplo de esta opción está surgiendo globo y la gravedad, que realiza un trabajo negativo. Cuando un cuerpo está sujeto a la influencia de varias fuerzas, dicho trabajo se denomina "trabajo de fuerza resultante".

Características de aplicación práctica (energía cinética).

Pasemos de la teoría a la parte práctica. Por separado, deberíamos hablar del trabajo mecánico y su aplicación en física. Como probablemente muchos recuerden, toda la energía del cuerpo se divide en cinética y potencial. Cuando un objeto está en equilibrio y no se mueve a ninguna parte, su energía potencial es igual a su energía total y su energía cinética es igual a cero. Cuando comienza el movimiento, la energía potencial comienza a disminuir, la energía cinética comienza a aumentar, pero en total son iguales a la energía total del objeto. Para un punto material, la energía cinética se define como el trabajo de una fuerza que acelera el punto desde cero hasta el valor H, y en forma de fórmula la cinética de un cuerpo es igual a ½*M*N, donde M es la masa. Para saber la energía cinética de un objeto que consta de muchas partículas, es necesario encontrar la suma de toda la energía cinética de las partículas, y esta será la energía cinética del cuerpo.

Características de la aplicación práctica (energía potencial).

En el caso de que todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo sean conservativas y la energía potencial sea igual al total, entonces no se realiza ningún trabajo. Este postulado se conoce como ley de conservación de la energía mecánica. energía mecánica en sistema cerrado es constante en el intervalo de tiempo. La ley de conservación es ampliamente utilizada para resolver problemas de la mecánica clásica.

Características de la aplicación práctica (termodinámica).

En termodinámica, el trabajo realizado por un gas durante la expansión se calcula mediante la integral de presión por volumen. Este enfoque es aplicable no sólo en los casos en los que existe una función de volumen exacta, sino también a todos los procesos que se pueden representar en el plano presión/volumen. También aplica los conocimientos del trabajo mecánico no sólo a los gases, sino a cualquier cosa que pueda ejercer presión.

Características de la aplicación práctica en la práctica (mecánica teórica).

EN mecanica teorica Todas las propiedades y fórmulas descritas anteriormente se consideran con más detalle, en particular las proyecciones. También da su definición para varias fórmulas de trabajo mecánico (un ejemplo de definición para la integral de Rimmer): el límite al que tiende la suma de todas las fuerzas del trabajo elemental, cuando la finura de la partición tiende a cero, se llama trabajo de fuerza a lo largo de la curva. ¿Probablemente difícil? Pero nada, s mecanica teorica Todo. Sí, se acabaron todos los trabajos mecánicos, físicos y otras dificultades. Además, solo habrá ejemplos y una conclusión.

Unidades de medida del trabajo mecánico.

El SI usa julios para medir el trabajo, mientras que el GHS usa ergios:

1. 1 J = 1 kg m²/s² = 1 N·m
2. 1 ergio = 1 g cm²/s² = 1 dina cm
3. 1 ergio = 10 −7 J

Ejemplos de trabajo mecánico.

Para comprender finalmente un concepto como el trabajo mecánico, conviene estudiar varios ejemplos individuales que le permitirán considerarlo desde muchos lados, pero no desde todos:

1. Cuando una persona levanta una piedra con las manos, el trabajo mecánico se produce con la ayuda de la fuerza muscular de sus manos;
2. Cuando un tren avanza sobre los rieles, es arrastrado por la fuerza de tracción del tractor (locomotora eléctrica, locomotora diésel, etc.);
3. Si tomas un arma y disparas con ella, gracias a la fuerza de presión creada por los gases de la pólvora, se realizará el trabajo: la bala se mueve a lo largo del cañón del arma al mismo tiempo que aumenta la velocidad de la bala;
4. El trabajo mecánico también existe cuando la fuerza de fricción actúa sobre un cuerpo, obligándolo a reducir la velocidad de su movimiento;
5. El ejemplo anterior con bolas, cuando se elevan en dirección opuesta a la dirección de la gravedad, también es un ejemplo de trabajo mecánico, pero además de la gravedad, también actúa la fuerza de Arquímedes, cuando todo lo que es más ligero que el aire se eleva.

¿Qué es el poder?

Por último, me gustaría tocar el tema del poder. El trabajo realizado por una fuerza en una unidad de tiempo se llama potencia. De hecho, la potencia es una cantidad física que refleja la relación del trabajo con un cierto período de tiempo durante el cual se realizó este trabajo: M=P/B, donde M es potencia, P es trabajo, B es tiempo. La unidad de potencia del SI es 1 W. Un vatio es igual a la potencia que realiza un julio de trabajo en un segundo: 1 W=1J\1s.

Las características energéticas del movimiento se introducen a partir del concepto de trabajo mecánico o trabajo de fuerza.

Definición 1

El trabajo A realizado por una fuerza constante F → es una cantidad física igual al producto de los módulos de fuerza y ​​desplazamiento multiplicado por el coseno del ángulo α , ubicado entre los vectores de fuerza F → y el desplazamiento s →.

Esta definición discutido en la Figura 1. 18 . 1 .

La fórmula de trabajo se escribe como,

A = Fs cos α .

El trabajo es una cantidad escalar. Esto hace posible que sea positivo en (0° ≤ α< 90 °) , отрицательной при (90 ° < α ≤ 180 °) . Когда задается прямой угол α , тогда совершаемая сила равняется нулю. Единицы измерения работы по системе СИ - джоули (Д ж) .

Un julio es igual al trabajo realizado por una fuerza de 1 N para moverse 1 m en la dirección de la fuerza.

Foto 1 . 18 . 1 . Trabajo de fuerza F →: A = F s cos α = F s s

Al proyectar F s → fuerza F → en la dirección del movimiento s → la fuerza no permanece constante, y el cálculo del trabajo para movimientos pequeños Δ s i se resume y se produce según la fórmula:

A = ∑ ∆ A yo = ∑ F s yo ∆ s yo .

Esta cantidad de trabajo se calcula a partir del límite (Δ s i → 0) y luego pasa a la integral.

La representación gráfica de la obra se determina a partir del área de la figura curvilínea ubicada debajo de la gráfica F s (x) de la Figura 1. 18 . 2.

Foto 1 . 18 . 2. Definición gráfica del trabajo Δ A i = F s i Δ s i .

Un ejemplo de fuerza que depende de la coordenada es la fuerza elástica de un resorte, que obedece la ley de Hooke. Para estirar un resorte, es necesario aplicar una fuerza F →, cuyo módulo es proporcional al alargamiento del resorte. Esto se puede ver en la Figura 1. 18 . 3.

Foto 1 . 18 . 3. Resorte estirado. La dirección de la fuerza externa F → coincide con la dirección del movimiento s →. F s = k x , donde k denota la rigidez del resorte.

F → y p r = - F →

La dependencia del módulo de fuerza externa de las coordenadas x se puede trazar usando una línea recta.

Foto 1 . 18 . 4 . Dependencia del módulo de fuerza externa de la coordenada cuando se estira el resorte.

De la figura anterior, es posible encontrar el trabajo realizado sobre la fuerza externa del extremo libre derecho del resorte, usando el área del triángulo. La fórmula tomará la forma

Esta fórmula es aplicable para expresar el trabajo realizado por una fuerza externa al comprimir un resorte. Ambos casos muestran que la fuerza elástica F → y p es igual al trabajo de la fuerza externa F → , pero con signo opuesto.

Definición 2

Si sobre un cuerpo actúan varias fuerzas, entonces la fórmula del trabajo total será la suma de todo el trabajo realizado sobre él. Cuando un cuerpo se mueve traslacionalmente, los puntos de aplicación de fuerzas se mueven por igual, es decir, el trabajo total de todas las fuerzas será igual al trabajo de la resultante de las fuerzas aplicadas.

Foto 1 . 18 . 5 . Modelo de trabajo mecánico.

Determinación de poder

Definición 3

Fuerza Se llama trabajo realizado por una fuerza por unidad de tiempo.

Registro cantidad física La potencia, denotada por N, toma la forma de la relación entre el trabajo A y el período de tiempo t del trabajo realizado, es decir:

Definición 4

El sistema SI utiliza el vatio (W t) como unidad de potencia, igual a la potencia de la fuerza que realiza 1 J de trabajo en 1 s.

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