mechaninis darbas

Fizinis

2022

Aiškiname, kas yra mechaninis darbas fizikoje, jo charakteristikos ir jo skaičiavimo formulė. Be to, kokie tipai egzistuoja ir pavyzdžiai.

Mechaninis darbas – tai energijos kiekis, kurį kūnui perduoda jėga.

Kas yra mechaninis darbas?

Į fizinis, o tiksliau – šaka iš mechanika, reiškia mechaninį darbą (arba tiesiog dirbo) į ieškinį a stiprumas ant ramybės būsenos kūno judėjimas, kad būtų pagaminta a poslinkis kūne proporcingas Energija investavo į jėgą, kuri jį judina. Kitaip tariant, mechaninis darbas yra energijos kiekis, kurį kūnui perduoda jį veikianti jėga.

Mechaninis darbas yra dydžio skaliarinis, kuris paprastai matuojamas Tarptautinė sistema (SI) per džaulius arba džaulius (J) ir žymimas raide W (iš anglų kalbos dirbti, „Suveikė“). Be to, dažnai kalbame apie teigiamą ar neigiamą darbą priklausomai nuo to, ar jėga perduoda energiją objektui (teigiamas darbas), ar ją atima (neigiamas darbas). Taigi, pavyzdžiui, kas meta kamuolį, daro teigiamą darbą, o kas sugauna – neigiamą darbą.

Mechaninio darbo charakteristikos

Mechaniniam darbui būdingi:

  • Tai skaliarinis dydis, matuojamas džauliais (ty kilogramai kvadratiniam metrui padalyti iš sekundės kvadrato) ir vaizduojamas raide W.
  • Tai tiesiogiai priklauso nuo ją sukeliančios jėgos, todėl, kad kūnas veiktų mechaniniu būdu, jam turi būti taikoma mechaninė jėga tam tikru keliu.
  • Dabartinėje kalboje terminas „darbas“ vartojamas norint apibrėžti tą mechaninę veiklą, kurios atlikimas sunaudoja tam tikrą energijos kiekį.
  • Perkėlimas karštis (kalorijų energijos) nėra laikomas darbo forma, nors jis susideda iš energijos perdavimo.

Mechaninio darbo formulė

Paprasčiausia jėgos judinamo kūno darbo apskaičiavimo formulė paprastai yra tokia:

W = F x d

kur W – atliktas darbas, F – kūną veikianti jėga, o D – kūno poslinkio atstumas.

Tačiau jėga ir atstumas dažniausiai laikomi vektoriniais dydžiais, kuriems reikia tam tikros orientacijos erdvėje. Taigi pirmiau pateiktą formulę galima suformuluoti taip, kad ji apimtų tokią orientaciją:

W = F x d x cos𝛂

kur alfa kosinusas (cos𝛂) nustato kampą tarp krypties, kuria veikia jėga, ir krypties, kuria objektas juda dėl to.

Mechaninių darbų rūšys

Neigiamas darbas atsiranda, kai naudojama jėga priešinasi judesiui, kurį sukėlė objektas.

Mechaninis darbas gali būti trijų tipų, priklausomai nuo to, ar jis prideda, atima ar palaiko energijos lygį judančiame kūne. Taigi, galime kalbėti apie:

  • Teigiamas darbas (W > 0). Tai atsitinka, kai jėga suteikia energijos atitinkamam objektui, sukeldama poslinkį ta pačia kryptimi, kuria buvo taikoma jėga. To pavyzdys galėtų būti golfo žaidėjas, kuris smūgiuoja į kamuoliuką lazda ir priverčia jį nuskristi kelis metrus, arba beisbolo žaidėjas, kuris muša kamuolį judėdamas, pakeisdamas savo turimą trajektoriją.
  • Nulis darbo (W = 0). Tai atsiranda, kai veikiama jėga nesukelia jokio objekto poslinkio, nors proceso metu ji sunaudoja energiją. To pavyzdys būtų žmogus, kuris stumia labai sunkų baldą, neverčiant jo pajudėti nė centimetro.
  • Neigiamas darbas (W < 0).Tai įvyksta, kai taikoma jėga atima energiją iš nagrinėjamo objekto, priešindamasi judesiui, kurį objektas jau atnešė, arba sumažindamas jo poslinkį. To pavyzdys būtų beisbolo žaidėjas, kuris sugauna kito mestą kamuolį, trukdydamas jam tęsti savo trajektoriją; arba žmogus, kuris stovi priešais nuo kalno krintantį objektą ir, nors ir negali jo visiškai sustabdyti, sugeba pristabdyti jo kritimą.

Mechaninio darbo pavyzdžiai

Kai kurie mechaninio darbo pavyzdžiai:

  • Futbolo rungtynėse teisėjas atlieka baudinį, o Lionelis Messi spyrė kamuolį link vartų 500 N jėga, todėl jis pajuda apie 15 metrų neliesdamas žemės. Kiek darbo įdėjote, kad įmuštumėte šį įvartį?

Atsakymas: taikydami formulę W = F x d, mes gauname, kad Messi atliko 500 N x 15 m darbą, tai yra, darbą, atitinkantį 7500 J.

  • Traukinys visu greičiu važiuoja į pietus, link ant bėgių įstrigusio automobilio. Superherojus, suvokęs pavojų, nusprendžia atsistoti priešais lokomotyvą ir sustabdyti jo progresą. Atsižvelgiant į tai, kad traukinys su savimi atsineša 20 000 N jėgą, kad superherojus yra nepažeidžiamas, o lokomotyvas yra už 700 metrų nuo įstrigusio vagono, kiek darbo turi nuveikti superherojus, kad jį sustabdytų?

Atsakymas: Kadangi stabdant lokomotyvą reikia ne mažiau kaip 20 000 N priešinga kryptimi, o superherojus norėtų palikti bent 2 metrų atstumą tarp lokomotyvo ir įstrigusio vagono, žinome, kad jis turi atlikti darbą, lygų 20 000 N x 698 m, tai yra neigiamas darbas 13 960 000 J.

!-- GDPR -->