İş hangi birimlerde ölçülür? Mekanikte korunum yasaları Momentumun korunumu yasası. Jet tahriki

Günlük yaşantımızda “iş” kelimesi çok sık karşımıza çıkar. Ancak fizik bilimi açısından fizyolojik çalışma ile çalışma arasında ayrım yapılmalıdır. Dersten eve geldiğinizde şöyle dersiniz: "Ah, çok yoruldum!" Bu fizyolojik bir çalışmadır. Veya örneğin bir ekibin çalışması Halk Hikayesi"Turp".

Şekil 1. Kelimenin günlük anlamında çalışmak

Burada fizik açısından çalışma hakkında konuşacağız.

Bir cismin bir kuvvetin etkisi altında hareket etmesi durumunda mekanik iş gerçekleştirilir. İş, Latin harfi A ile gösterilir. İşin daha katı bir tanımı buna benzer.

Kuvvet işine denir fiziksel miktar kuvvetin büyüklüğü ile cismin kuvvet yönünde kat ettiği mesafenin çarpımına eşittir.

Şekil 2. İş fiziksel bir niceliktir

Formül, vücuda sabit bir kuvvet etki ettiğinde geçerlidir.

İÇİNDE uluslararası sistem SI iş birimleri joule cinsinden ölçülür.

Bu, 1 newtonluk bir kuvvetin etkisi altındaki bir cismin 1 metre hareket etmesi durumunda bu kuvvet tarafından 1 joule'lük iş yapıldığı anlamına gelir.

İş birimi adını İngiliz bilim adamı James Prescott Joule'den almıştır.

Şekil 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

İş hesaplama formülünden işin sıfıra eşit olduğu üç olası durumun olduğu anlaşılmaktadır.

İlk durum, bir cismin üzerine bir kuvvetin etki ettiği ancak cismin hareket etmediği durumdur. Örneğin bir ev çok büyük bir yer çekimi kuvvetine maruz kalır. Ancak ev hareketsiz olduğu için herhangi bir iş yapmıyor.

İkinci durum ise cismin ataletle hareket etmesi, yani üzerine hiçbir kuvvetin etki etmemesidir. Örneğin, uzay gemisi galaksiler arası uzayda hareket eder.

Üçüncü durum ise cisme, cismin hareket yönüne dik bir kuvvetin etki etmesidir. Bu durumda cisim hareket etmesine ve üzerine bir kuvvet etki etmesine rağmen cisimde herhangi bir hareket yoktur. kuvvet yönünde.

Şekil 4. İşin sıfır olduğu üç durum

Ayrıca bir kuvvetin yaptığı işin negatif olabileceğini de söylemek gerekir. Vücut hareket ederse bu olur kuvvetin yönüne karşı. Örneğin, ne zaman vinç bir kablo yardımıyla yükü yerden yukarı kaldırır, yerçekimi işi negatiftir (ve yukarı doğru yönlendirilen kablonun elastik kuvvetinin işi tam tersine pozitiftir).

Diyelim ki, yürütülürken inşaat işiçukur kumla doldurulmalıdır. Bir ekskavatörün bunu yapması birkaç dakika sürer, ancak kürek kullanan bir işçinin birkaç saat çalışması gerekir. Ama hem kazıcı hem de işçi tamamlamış olacaktı aynı iş.

Şekil 5. Aynı işin farklı zamanlarda tamamlanabilmesi

Fizikte yapılan işin hızını karakterize etmek için güç adı verilen bir miktar kullanılır.

Güç, işin yapıldığı zamana oranına eşit fiziksel bir miktardır.

Güç Latin harfiyle gösterilir N.

SI güç birimi watt'tır.

Bir watt, bir saniyede bir joule'lük işin yapıldığı güçtür.

Güç ünitesi, adını buhar motorunun mucidi İngiliz bilim adamı James Watt'tan almıştır.

Şekil 6. James Watt (1736 - 1819)

İş hesaplama formülünü güç hesaplama formülüyle birleştirelim.

Şimdi vücudun kat ettiği yolun oranının olduğunu hatırlayalım. S, hareket anında T Vücudun hareket hızını temsil eder v.

Böylece, güç, kuvvetin sayısal değerinin ve vücudun kuvvet yönündeki hızının çarpımına eşittir.

Bu formülün, bilinen bir hızla hareket eden bir cisme bir kuvvetin etki ettiği problemleri çözerken kullanılması uygundur.

Kaynakça

1. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Genel eğitim kurumlarının 7-9. sınıfları için fizik problemlerinin toplanması. - 17. baskı. - M.: Eğitim, 2004.
2. Peryshkin A.V. Fizik. 7. sınıf - 14. baskı, stereotip. - M.: Bustard, 2010.
3. Peryshkin A.V. Fizikte problemlerin toplanması, 7-9. Sınıflar: 5. baskı, stereotip. - M: Yayınevi “Sınav”, 2010.

1. İnternet portalı Physics.ru ().
2. İnternet portalı Festival.1september.ru ().
3. İnternet portalı Fizportal.ru ().
4. İnternet portalı Elkin52.narod.ru ().

Ev ödevi

1. Hangi durumlarda iş sıfıra eşittir?
2. Kuvvet yönünde gidilen yol boyunca yapılan iş nasıldır? Ters yönde mi?
3. Tuğla 0,4 m hareket ettiğinde ona etki eden sürtünme kuvveti ne kadar iş yapar? Sürtünme kuvveti 5 N'dir.

Bir cisme bir kuvvet etki ediyorsa, bu kuvvet cismi hareket ettirmek için iş yapar. Maddi bir noktanın eğrisel hareketi sırasında işi tanımlamadan önce özel durumları ele alalım:

Bu durumda mekanik iş A eşittir:

A= F sco'lar=
,

veya A = Fcos× s = F S × S,

NeredeF S - projeksiyon kuvvet taşımak. Bu durumda F S = yapı, Ve geometrik anlamı iş A koordinatlarda oluşturulan dikdörtgenin alanıdır F S , , S.

Kuvvetin hareket yönüne izdüşümünü çizelim F S yer değiştirme s'nin bir fonksiyonu olarak. Toplam yer değiştirmeyi n küçük yer değiştirmenin toplamı olarak temsil edelim.
. Küçük için Ben -inci hareket
iş eşittir

veya şekildeki gölgeli yamuğun alanı.

Tam dolu mekanik iş bir noktadan hareket ederek 1 Kesinlikle 2 şuna eşit olacaktır:

.

İntegralin altındaki değer sonsuz küçük yer değiştirmenin temel işini temsil edecektir.
:

- temel çalışma.

Maddi bir noktanın yörüngesini sonsuz küçük hareketlere böleriz ve kuvvet işi maddi bir noktayı bir noktadan hareket ettirerek 1 Kesinlikle 2 eğrisel bir integral olarak tanımlanır:

–kavisli hareketle çalışın.

Örnek 1: Yer çekimi işi
maddi bir noktanın eğrisel hareketi sırasında.

.

Daha öte sabit bir değer olarak integral işaretinden çıkarılabilir ve integral şekle göre tam yer değiştirmeyi temsil edecektir . .

Bir noktanın yüksekliğini belirtirsek 1 Dünyanın yüzeyinden geçerek ve noktanın yüksekliği 2 başından sonuna kadar , O

Bu durumda işin, maddi noktanın zamanın ilk ve son anlarındaki konumuna göre belirlendiğini ve yörüngenin veya yolun şekline bağlı olmadığını görüyoruz. Yer çekiminin kapalı bir yol boyunca yaptığı iş sıfırdır:
.

Kapalı bir yolda işi sıfır olan kuvvetlere denir.tutucu .

Örnek 2 : Sürtünme kuvvetinin yaptığı iş.

Bu korunumlu olmayan kuvvete bir örnektir. Bunu göstermek için sürtünme kuvvetinin temel işini düşünmek yeterlidir:

,

onlar. Sürtünme kuvvetinin yaptığı iş her zaman negatif bir niceliktir ve kapalı bir yolda sıfıra eşit olamaz. Birim zamanda yapılan işe denir güç. Eğer zaman içinde
iş yapılıyor
, o zaman güç eşittir

–Mekanik Güç.

Alma
gibi

,

güç ifadesini elde ederiz:

.

SI iş birimi joule'dür:
= 1 J = 1 N 1 m ve güç birimi watt'tır: 1 W = 1 J/s.

Mekanik enerji.

Enerji, her tür maddenin etkileşim hareketinin genel niceliksel ölçüsüdür. Enerji yok olmaz ve yoktan var olmaz; yalnızca bir formdan diğerine geçebilir. Enerji kavramı doğadaki tüm olayları birbirine bağlar. Maddenin çeşitli hareket biçimlerine uygun olarak, farklı enerji türleri dikkate alınır - mekanik, iç, elektromanyetik, nükleer vb.

Enerji ve iş kavramları birbiriyle yakından ilişkilidir. Enerji rezervi nedeniyle iş yapıldığı ve bunun tersine iş yaparak herhangi bir cihazdaki enerji rezervini artırabileceğiniz bilinmektedir. Başka bir deyişle iş, enerji değişiminin niceliksel bir ölçüsüdür:

.

Enerji, iş gibi, jul cinsinden SI cinsinden ölçülür: [ e]=1 J.

Mekanik enerji iki türdür - kinetik ve potansiyel.

Kinetik enerji (veya hareket enerjisi), söz konusu cisimlerin kütleleri ve hızları tarafından belirlenir. Bir kuvvetin etkisi altında hareket eden maddi bir noktayı düşünün . Bu kuvvetin yaptığı iş, maddi bir noktanın kinetik enerjisini arttırır.
. Bu durumda kinetik enerjinin küçük artışını (diferansiyelini) hesaplayalım:

Hesaplarken
Newton'un ikinci yasası kullanıldı
, Ve
- maddi noktanın hızının modülü. Daha sonra
şu şekilde temsil edilebilir:

-

- Hareketli bir maddi noktanın kinetik enerjisi.

Bu ifadeyi çarpmak ve bölmek
ve buna göre
, alıyoruz

-

- Hareketli bir maddi noktanın momentumu ile kinetik enerjisi arasındaki bağlantı.

Potansiyel enerji ( veya cisimlerin konumunun enerjisi), muhafazakar kuvvetlerin vücut üzerindeki etkisi ile belirlenir ve yalnızca vücudun konumuna bağlıdır. .

Yer çekiminin yaptığı işi gördük
maddi bir noktanın eğrisel hareketi ile
fonksiyon değerlerindeki fark olarak temsil edilebilir
, noktada alınan 1 ve bu noktada 2 :

.

Kuvvetler muhafazakar olduğunda, bu kuvvetlerin yol üzerindeki işi ortaya çıkıyor. 1
2 şu şekilde temsil edilebilir:

.

İşlev , Sadece cismin konumuna bağlı olan enerjiye potansiyel enerji denir.

Sonra temel işler için alıyoruz

–iş potansiyel enerji kaybına eşittir.

Aksi takdirde potansiyel enerji rezervinden dolayı iş yapıldığını söyleyebiliriz.

Boyut Parçacığın kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamına eşit olan cismin toplam mekanik enerjisi denir:

–vücudun toplam mekanik enerjisi.

Sonuç olarak, Newton'un ikinci yasasını kullanarak şunu not ediyoruz:
kinetik enerji farkı
şu şekilde temsil edilebilir:

.

Potansiyel enerji farkı
yukarıda belirtildiği gibi şuna eşittir:

.

Böylece eğer kuvvet – korunumlu kuvvet ve başka dış kuvvetlerin bulunmadığı durumda, o zaman yani bu durumda cismin toplam mekanik enerjisi korunur.

Günlük yaşantımızda “iş” kelimesi çok sık karşımıza çıkar. Ancak fizik bilimi açısından fizyolojik çalışma ile çalışma arasında ayrım yapılmalıdır. Dersten eve geldiğinizde şöyle dersiniz: "Ah, çok yoruldum!" Bu fizyolojik bir çalışmadır. Veya örneğin "Şalgam" halk masalındaki ekibin çalışması.

Şekil 1. Kelimenin günlük anlamında çalışmak

Burada fizik açısından çalışma hakkında konuşacağız.

Bir cismin bir kuvvetin etkisi altında hareket etmesi durumunda mekanik iş gerçekleştirilir. İş, Latin harfi A ile gösterilir. İşin daha katı bir tanımı buna benzer.

Bir kuvvetin işi, kuvvetin büyüklüğü ile cismin kuvvet doğrultusunda kat ettiği mesafenin çarpımına eşit olan fiziksel bir niceliktir.

Şekil 2. İş fiziksel bir niceliktir

Formül, vücuda sabit bir kuvvet etki ettiğinde geçerlidir.

Uluslararası SI birimleri sisteminde iş joule cinsinden ölçülür.

Bu, 1 newtonluk bir kuvvetin etkisi altındaki bir cismin 1 metre hareket etmesi durumunda bu kuvvet tarafından 1 joule'lük iş yapıldığı anlamına gelir.

İş birimi adını İngiliz bilim adamı James Prescott Joule'den almıştır.

Şekil 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

İş hesaplama formülünden işin sıfıra eşit olduğu üç olası durumun olduğu anlaşılmaktadır.

İlk durum, bir cismin üzerine bir kuvvetin etki ettiği ancak cismin hareket etmediği durumdur. Örneğin bir ev çok büyük bir yer çekimi kuvvetine maruz kalır. Ancak ev hareketsiz olduğu için herhangi bir iş yapmıyor.

İkinci durum ise cismin ataletle hareket etmesi, yani üzerine hiçbir kuvvetin etki etmemesidir. Örneğin, bir uzay gemisi galaksiler arası uzayda hareket ediyor.

Üçüncü durum ise cisme, cismin hareket yönüne dik bir kuvvetin etki etmesidir. Bu durumda cisim hareket etmesine ve üzerine bir kuvvet etki etmesine rağmen cisimde herhangi bir hareket yoktur. kuvvet yönünde.

Şekil 4. İşin sıfır olduğu üç durum

Ayrıca bir kuvvetin yaptığı işin negatif olabileceğini de söylemek gerekir. Vücut hareket ederse bu olur kuvvetin yönüne karşı. Örneğin, bir vinç bir kabloyu kullanarak yerden bir yükü kaldırdığında, yerçekimi kuvvetinin yaptığı iş negatiftir (ve yukarı doğru yönlendirilen kablonun elastik kuvvetinin yaptığı iş ise tam tersine pozitiftir).

İnşaat işi yaparken çukurun kumla doldurulması gerektiğini varsayalım. Bir ekskavatörün bunu yapması birkaç dakika sürer, ancak kürek kullanan bir işçinin birkaç saat çalışması gerekir. Ama hem kazıcı hem de işçi tamamlamış olacaktı aynı iş.

Şekil 5. Aynı işin farklı zamanlarda tamamlanabilmesi

Fizikte yapılan işin hızını karakterize etmek için güç adı verilen bir miktar kullanılır.

Güç, işin yapıldığı zamana oranına eşit fiziksel bir miktardır.

Güç Latin harfiyle gösterilir N.

SI güç birimi watt'tır.

Bir watt, bir saniyede bir joule'lük işin yapıldığı güçtür.

Güç ünitesi, adını buhar motorunun mucidi İngiliz bilim adamı James Watt'tan almıştır.

Şekil 6. James Watt (1736 - 1819)

İş hesaplama formülünü güç hesaplama formülüyle birleştirelim.

Şimdi vücudun kat ettiği yolun oranının olduğunu hatırlayalım. S, hareket anında T Vücudun hareket hızını temsil eder v.

Böylece, güç, kuvvetin sayısal değerinin ve vücudun kuvvet yönündeki hızının çarpımına eşittir.

Bu formülün, bilinen bir hızla hareket eden bir cisme bir kuvvetin etki ettiği problemleri çözerken kullanılması uygundur.

Kaynakça

1. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Genel eğitim kurumlarının 7-9. sınıfları için fizik problemlerinin toplanması. - 17. baskı. - M.: Eğitim, 2004.
2. Peryshkin A.V. Fizik. 7. sınıf - 14. baskı, stereotip. - M.: Bustard, 2010.
3. Peryshkin A.V. Fizikte problemlerin toplanması, 7-9. Sınıflar: 5. baskı, stereotip. - M: Yayınevi “Sınav”, 2010.

1. İnternet portalı Physics.ru ().
2. İnternet portalı Festival.1september.ru ().
3. İnternet portalı Fizportal.ru ().
4. İnternet portalı Elkin52.narod.ru ().

Ev ödevi

1. Hangi durumlarda iş sıfıra eşittir?
2. Kuvvet yönünde gidilen yol boyunca yapılan iş nasıldır? Ters yönde mi?
3. Tuğla 0,4 m hareket ettiğinde ona etki eden sürtünme kuvveti ne kadar iş yapar? Sürtünme kuvveti 5 N'dir.

İÇİNDE Gündelik YaşamÇoğu zaman iş diye bir kavramla karşılaşıyoruz. Bu kelimenin fizikte anlamı nedir ve elastik kuvvetin işi nasıl belirlenir? Bu soruların cevaplarını makalede bulacaksınız.

Mekanik iş

İş, kuvvet ve yer değiştirme arasındaki ilişkiyi karakterize eden skaler cebirsel bir niceliktir. Bu iki değişkenin yönü çakışıyorsa aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

• F- işi yapan kuvvet vektörünün modülü;
• S- yer değiştirme vektör modülü.

Bir cisme etki eden kuvvet her zaman iş yapmaz. Örneğin yerçekiminin yaptığı iş, eğer yönü cismin hareketine dik ise sıfırdır.

Kuvvet vektörü yer değiştirme vektörüyle sıfır olmayan bir açı oluşturuyorsa işi belirlemek için başka bir formül kullanılmalıdır:

A=FScosα

α - kuvvet ve yer değiştirme vektörleri arasındaki açı.

Araç, mekanik iş kuvvetin yer değiştirme yönündeki izdüşümünün ve yer değiştirme modülünün ürünüdür veya yer değiştirmenin kuvvet yönündeki izdüşümünün ve bu kuvvetin modülünün ürünüdür.

Mekanik çalışma işareti

Kuvvetin cismin hareketine göre yönüne bağlı olarak A işi şöyle olabilir:

• pozitif (0°≤ α<90°);
• olumsuz (90°<α≤180°);
• sıfıra eşit (α=90°).

A>0 ise cismin hızı artar. Bir örnek, ağaçtan yere düşen bir elmadır. A'da<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

SI (Uluslararası Birim Sistemi) iş birimi Joule'dür (1N*1m=J). Bir joule, değeri 1 Newton olan bir kuvvetin, bir cisim kuvvet yönünde 1 metre hareket ettiğinde yaptığı iştir.

Elastik kuvvetin işi

Kuvvet işi grafiksel olarak da belirlenebilir. Bunu yapmak için, F s (x) grafiğinin altındaki eğrisel şeklin alanını hesaplayın.

Böylece elastik kuvvetin yayın uzamasına bağımlılığının grafiğinden elastik kuvvetin çalışmasına ilişkin formül elde edilebilir.

Şuna eşittir:

A=kx 2/2

• k- sertlik;
• X- mutlak uzama.

Ne öğrendik?

Mekanik iş, bir cismin hareketine yol açan bir kuvvet uygulandığında gerçekleştirilir. Kuvvet ile yer değiştirme arasında oluşan açıya bağlı olarak iş sıfır olabilir veya negatif veya pozitif işarete sahip olabilir. Elastik kuvvet örneğini kullanarak işi belirlemek için grafiksel bir yöntem öğrendiniz.

Hareketin enerji özellikleri mekanik iş veya kuvvet işi kavramı temelinde tanıtılmaktadır.

Tanım 1

Sabit bir F kuvveti tarafından gerçekleştirilen A işi → kuvvet ve yer değiştirme modüllerinin çarpımının açının kosinüsüne eşit fiziksel bir niceliktir α , kuvvet vektörleri F → ile yer değiştirme s → arasında yer alır.

Bu tanım Şekil 1'de tartışılmaktadır. 18. 1.

İş formülü şu şekilde yazılır:

A = F s çünkü α .

İş skaler bir büyüklüktür. Bu, (0° ≤ α) noktasında pozitif olmayı mümkün kılar< 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) .

Bir joule, 1 N'lik bir kuvvetin, kuvvet yönünde 1 m hareket etmek için yaptığı işe eşittir.

Resim 1. 18. 1. Kuvvet işi F →: A = F s cos α = F s s

F s → kuvvet F → hareket yönü s üzerine yansıtıldığında → kuvvet sabit kalmaz ve küçük hareketler için iş hesaplaması Δ s i aşağıdaki formüle göre toplanır ve üretilir:

bir = ∑ ∆ Bir ben = ∑ F s ben ∆ s ben .

Bu iş miktarı (Δ s i → 0) limitinden hesaplanır ve daha sonra integrale girer.

Çalışmanın grafiksel gösterimi, Şekil 1'deki F s (x) grafiğinin altında yer alan eğrisel şeklin alanından belirlenir. 18. 2.

Resim 1. 18. 2. İşin grafik tanımı Δ A ben = F s ben Δ s ben .

Koordinata bağlı kuvvete bir örnek, Hooke yasasına uyan bir yayın elastik kuvvetidir. Bir yayı germek için modülü yayın uzamasıyla orantılı olan bir F → kuvvetinin uygulanması gerekir. Bu, Şekil 1'de görülebilir. 18. 3.

Resim 1. 18. 3. Gerilmiş yay. Dış kuvvetin yönü F → hareket yönü s → ile çakışmaktadır. F s = k x , burada k yay sertliğini belirtir.

F → y p = - F →

Dış kuvvet modülünün x koordinatlarına bağımlılığı düz bir çizgi kullanılarak çizilebilir.

Resim 1. 18. 4. Yay gerildiğinde dış kuvvet modülünün koordinata bağımlılığı.

Yukarıdaki şekilden üçgenin alanını kullanarak yayın sağ serbest ucuna uygulanan dış kuvvete uygulanan işi bulmak mümkündür. Formül şu şekli alacak

Bu formül, bir yayı sıkıştırırken dış kuvvetin yaptığı işi ifade etmek için uygulanabilir. Her iki durum da elastik kuvvet F → y p'nin dış kuvvet F →'nin işine eşit olduğunu ancak ters işaretli olduğunu göstermektedir.

Tanım 2

Bir cisme birden fazla kuvvet etki ediyorsa, toplam işin formülü, cismin üzerinde yapılan tüm işlerin toplamı gibi görünecektir. Bir cisim öteleme hareketi yaptığında, kuvvetlerin uygulama noktaları eşit şekilde hareket eder, yani tüm kuvvetlerin toplam işi, uygulanan kuvvetlerin bileşkesinin işine eşit olacaktır.

Resim 1. 18. 5. Mekanik iş modeli.

Güç belirleme

Tanım 3

Güç kuvvetin birim zamanda yaptığı işe denir.

N ile gösterilen fiziksel güç miktarının kaydedilmesi, A işinin, gerçekleştirilen işin zaman periyodu t'ye oranı biçimini alır; yani:

Tanım 4

SI sistemi, güç birimi olarak 1 saniyede 1 J iş yapan kuvvetin gücüne eşit olan watt'ı (W t) kullanır.

Metinde bir hata fark ederseniz, lütfen onu vurgulayın ve Ctrl+Enter tuşlarına basın.