Цены снижены! Бесплатная доставка контурной маркировки по всей России

Формула полезной работы в физике: Формула полезной работы в физике для КПД

Содержание

Формула полезной работы в физике. Определение механической работы

В нашем повседневном опыте слово «работа» встречается очень часто. Но следует различать работу физиологическую и работу с точки зрения науки физики. Когда вы приходите с уроков, вы говорите: «Ой, как я устал!». Это работа физиологическая. Или, к примеру, работа коллектива в народной сказке «Репка».

Рис 1. Работа в повседневном смысле слова

Мы же будем говорить здесь о работе с точки зрения физики.

Механическая работа совершается, если под действием силы происходит перемещение тела. Работа обозначается латинской буквой А. Более строго определение работы звучит так.

Работой силы называется физическая величина, равная произведению величины силы на расстояние, пройденное телом в направлении действия силы.

Рис 2. Работа — это физическая величина

Формула справедлива, когда на тело действует постоянная сила.

В международной системе единиц СИ работа измеряется в джоулях.

Это означает, что если под действием силы в 1 ньютон тело переместилось на 1 метр, то данной силой совершена работа 1 джоуль.

Единица работы названа в честь английского ученого Джеймса Прескотта Джоуля.

Рис 3. Джеймс Прескотт Джоуль (1818 — 1889)

Из формулы для вычисления работы следует, что возможны три случая, когда работа равна нулю.

Первый случай — когда на тело действует сила, но тело не перемещается. Например, на дом действует огромная сила тяжести. Но она не совершает работы, поскольку дом неподвижен.

Второй случай — когда тело перемещается по инерции, то есть на него не действуют никакие силы. Например, космический корабль движется в межгалактическом пространстве.

Третий случай — когда на тело действует сила, перпендикулярная направлению движения тела. В этом случае, хотя и тело перемещается, и сила на него действует, но нет перемещения тела

в направлении действия силы .

Рис 4. Три случая, когда работа равна нулю

Следует также сказать, что работа силы может быть отрицательной. Так будет, если перемещение тела происходит против направления действия силы . Например, когда подъемный кран с помощью троса поднимает груз над землей, работа силы тяжести отрицательна (а работа силы упругости троса, направленная вверх, наоборот, положительна).

Предположим, при выполнении строительных работ котлован необходимо засыпать песком. Экскаватору для этого понадобится несколько минут, а рабочему с помощью лопаты пришлось бы трудиться несколько часов. Но и экскаватор, и рабочий при этом выполнили бы

одну и ту же работу .

Рис 5. Одну и ту же работу можно выполнить за разное время

Чтобы охарактеризовать быстроту выполнения работы в физике используется величина, называемая мощностью.

Мощностью называется физическая величина, равная отношению работы ко времени ее выполнения.

Мощность обозначается латинской буквой N .

Единицей измерения мощности я системе СИ является ватт.

Один ватт — это мощность, при которой работа в один джоуль совершается за одну секунду.

Единица мощности названа в честь английского ученого, изобретателя паровой машины Джеймса Уатта.

Рис 6. Джеймс Уатт (1736 — 1819)

Объединим формулу для вычисления работы с формулой для вычисления мощности.

Вспомним теперь, что отношение пути, пройденного телом, S , ко времени движения t представляет собой скорость движения тела v .

Таким образом, мощность равна произведению численного значения силы на скорость движения тела в направлении действия силы .

Этой формулой удобно пользоваться при решении задач, в которых сила действует на тело, движущееся с известной скоростью.

Список литературы

  1. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике для 7-9 классов общеобразовательных учреждений. — 17-е изд. — М.: Просвещение, 2004.
  2. Перышкин А.В. Физика. 7 кл. — 14-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2010.
  3. Перышкин А.В. Сборник задач по физике, 7-9 кл.: 5-е изд., стереотип. — М: Издательство «Экзамен», 2010.
  1. Интернет-портал Physics.ru ().
  2. Интернет-портал Festival.1september.ru ().
  3. Интернет-портал Fizportal.ru ().
  4. Интернет-портал Elkin52.narod.ru ().

Домашнее задание

  1. В каких случаях работа равна нулю?
  2. Как находится работа на пути, пройденном в направлении действия силы? В противоположном направлении?
  3. Какую работу совершает сила трения, действующая на кирпич, при его перемещении на 0,4 м? Сила трения равна 5 Н.

В повседневной жизни часто приходится встречаться с таким понятием как работа. Что это слово означает в физике и как определить работу силы упругости? Ответы на эти вопросы вы узнаете в статье.

Механическая работа

Работа — это скалярная алгебраическая величина, которая характеризует связь между силой и перемещением. При совпадении направления этих двух переменных она вычисляется по следующей формуле:

  • F — модуль вектора силы, которая совершает работу;
  • S — модуль вектора перемещения.

Не всегда сила, которая действует на тело, совершает работу. Например, работа силы тяжести равна нулю, если ее направление перпендикулярно перемещению тела.

Если вектор силы образует отличный от нуля угол с вектором перемещения, то для определения работы следует воспользоваться другой формулой:

A=FScosα

α — угол между векторами силы и перемещения.

Значит, механическая работа — это произведение проекции силы на направление перемещения и модуля перемещения, или произведение проекции перемещения на направление силы и модуля этой силы.

Знак механической работы

В зависимости от направления силы относительно перемещения тела работа A может быть:

  • положительной (0°≤ α
  • отрицательной
    (90°
  • равной нулю (α=90°).

Если A>0, то скорость тела увеличивается. Пример — падение яблока с дерева на землю. При A

Единица измерения работы в СИ (Международной системе единиц) — Джоуль (1Н*1м=Дж). Джоуль — это работа силы, значение которой равно 1 Ньютону, при перемещении тела на 1 метр в направлении действия силы.

Работа силы упругости

Работу силы можно определить и графическим способом. Для этого вычисляется площадь криволинейной фигуры под графиком F s (x).

Так, по графику зависимости силы упругости от удлинения пружины, можно вывести формулу работы силы упругости.

Она равна:

A=kx 2 /2

  • k — жесткость;
  • x — абсолютное удлинение.

Что мы узнали?

Механическая работа совершается при действии на тело силы, которая приводит к перемещению тела. В зависимости от угла, который возникает между силой и перемещением, работа может быть равна нулю или иметь отрицательный или положительный знак. На примере силы упругости вы узнали о графическом способе определения работы.

«Физика — 10 класс»

Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы, позволяющий описывать большинство происходящих явлений.

Описание движения тел также возможно с помощью таких понятий динамики, как работа и энергия.

Вспомните, что такое работа и мощность в физике.

Совпадают ли эти понятия с бытовыми представлениями о них?

Все наши ежедневные действия сводятся к тому, что мы с помощью мышц либо приводим в движение окружающие тела и поддерживаем это движение, либо же останавливаем движущиеся тела.

Этими телами являются орудия труда (молоток, ручка, пила), в играх — мячи, шайбы, шахматные фигуры. На производстве и в сельском хозяйстве люди также приводят в движение орудия труда.

Применение машин во много раз увеличивает производительность труда благодаря использованию в них двигателей.

Назначение любого двигателя в том, чтобы приводить тела в движение и поддерживать это движение, несмотря на торможение как обычным трением, так и «рабочим» сопротивлением (резец должен не просто скользить по металлу, а, врезаясь в него, снимать стружку; плуг должен взрыхлять землю и т. д.). При этом на движущееся тело должна действовать со стороны двигателя сила.

Работа совершается в природе всегда, когда на какое-либо тело в направлении его движения или против него действует сила (или несколько сил) со стороны другого тела (других тел).

Сила тяготения совершает работу при падении капель дождя или камня с обрыва. Одновременно совершает работу и сила сопротивления, действующая на падающие капли или на камень со стороны воздуха. Совершает работу и сила упругости, когда распрямляется согнутое ветром дерево.

Определение работы.

Второй закон Ньютона в импульсной форме

Δ = Δt позволяет определить, как меняется скорость тела по модулю и направлению, если на него в течение времени Δt действует сила .

Воздействия на тела сил, приводящих к изменению модуля их скорости, характеризуются величиной, зависящей как от сил, так и от перемещений тел. Эту величину в механике и называют работой силы .

Изменение скорости по модулю возможно лишь в том случае, когда проекция силы F r на направление перемещения тела отлична от нуля. Именно эта проекция определяет действие силы, изменяющей скорость тела по модулю. Она совершает работу. Поэтому работу можно рассматривать как произведение проекции силы F r на модуль перемещения |Δ| (рис. 5.1):

А = F r |Δ| . (5.1)

Если угол между силой и перемещением обозначить через α, то F r = Fcosα .

Следовательно, работа равна:

А = |Δ|cosα . (5.2)

Наше бытовое представление о работе отличается от определения работы в физике. Вы держите тяжёлый чемодан, и вам кажется, что вы совершаете работу. Однако с точки зрения изики ваша работа равна нулю.

Работа постоянной силы равна произведению модулей силы и перемещения точки приложения силы и косинуса угла между ними.

В общем случае при движении твёрдого тела перемещения его разных точек различны, но при определении работы силы мы под Δ понимаем перемещение её точки приложения. При поступательном движении твёрдого тела перемещение всех его точек совпадает с перемещением точки приложения силы.

Работа, в отличие от силы и перемещения, является не векторной, а скалярной величиной. Она может быть положительной, отрицательной или равной нулю.

Знак работы определяется знаком косинуса угла между силой и перемещением. Если α 0, так как косинус острых углов положителен. При α > 90° работа отрицательна, так как косинус тупых углов отрицателен. При α = 90° (сила перпендикулярна перемещению) работа не совершается.

Если на тело действует несколько сил, то проекция равнодействующей силы на перемещение равна сумме проекций отдельных сил:

F r = F 1r + F 2r + … .

Поэтому для работы равнодействующей силы получаем

А = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + … = А 1 + А 2 + … . (5.3)

Если на тело действует несколько сил, то полная работа (алгебраическая сумма работ всех сил) равна работе равнодействующей силы.

Совершённую силой работу можно представить графически. Поясним это, изобразив на рисунке зависимость проекции силы от координаты тела при его движении по прямой.

Пусть тело движется вдоль оси ОХ (рис. 5.2), тогда

Fcosα = F x , |Δ| = Δ х .

Для работы силы получаем

А = F|Δ|cosα = F x Δx .

Очевидно, что площадь прямоугольника, заштрихованного на рисунке (5.3, а), численно равна работе при перемещении тела из точки с координатой х1 в точку с координатой х2.

Формула (5.1) справедлива в том случае, когда проекция силы на перемещение постоянна. В случае криволинейной траектории, постоянной или переменной силы мы разделяем траекторию на малые отрезки, которые можно считать прямолинейными, а проекцию силы на малом перемещении Δ — постоянной.

Тогда, вычисляя работу на каждом перемещении Δ а затем суммируя эти работы, мы определяем работу силы на конечном перемещении (рис. 5.3, б).

Единица работы.

Единицу работы можно установить с помощью основной формулы (5.2). Если при перемещении тела на единицу длины на него действует сила, модуль которой равен единице, и направление силы совпадает с направлением перемещения её точки приложения (α = 0), то и работа будет равна единице. В Международной системе (СИ) единицей работы является джоуль (обозначается Дж):

1 Дж = 1 Н 1 м = 1 Н м .

Джоуль — это работа, совершаемая силой 1 Н на перемещении 1 если направления силы и перемещения совпадают.

Часто используют кратные единицы работы — килоджоуль и мега джоуль:

1 кДж = 1000 Дж ,
1 МДж = 1000000 Дж .

Работа может быть совершена как за большой промежуток времени, так и за очень малый. На практике, однако, далеко не безразлично, быстро или медленно может быть совершена работа. Временем, в течение которого совершается работа, определяют производительность любого двигателя. Очень большую работу может совершить и крошечный электромоторчик, но для этого понадобится много времени. Потому наряду с работой вводят величину, характеризующую быстроту, с которой она производится, — мощность.

Мощность — это отношение работы А к интервалу времени Δt, за который эта работа совершена, т. е. мощность — это скорость совершения работы:

Подставляя в формулу (5.4) вместо работы А её выражение (5.2), получаем

Таким образом, если сила и скорость тела постоянны, то мощность равна произведению модуля вектора силы на модуль вектора скорости и на косинус угла между направлениями этих векторов. Если же эти величины переменные, то по формуле (5.4) можно определить среднюю мощность подобно определению средней скорости движения тела.

Понятие мощности вводится для оценки работы за единицу времени, совершаемой каким-либо механизмом (насосом, подъёмным краном, мотором машины и т. д.). Поэтому в формулах (5.4) и (5.5) под всегда подразумевается сила тяги.

В СИ мощность выражается в ваттах (Вт) .

Мощность равна 1 Вт, если работа, равная 1 Дж, совершается за 1 с.

Наряду с ваттом используются более крупные (кратные) единицы мощности:

1 кВт (киловатт) = 1000 Вт ,
1 МВт (мегаватт) = 1 000 000 Вт .

С механической работой (работой силы) вы уже знакомы из курса физики основной школы. Напомним приведенное там определение механической работы для следующих случаев.

Если сила направлена так же, как перемещение тела, то работа силы


В этом случае работа силы положительна.

Если сила направлена противоположно перемещению тела, то работа силы

В этом случае работа силы отрицательна.

Если сила f_vec направлена перпендикулярно перемещению s_vec тела, то работа силы равна нулю:

Работа – скалярная величина. Единицу работы называют джоуль (обозначают: Дж) в честь английского ученого Джеймса Джоуля, сыгравшего важную роль в открытии закона сохранения энергии. Из формулы (1) следует:

1 Дж = 1 Н * м.

1. Брусок массой 0,5 кг переместили по столу на 2 м, прикладывая к нему силу упругости, равную 4 Н (рис. 28.1). Коэффициент трения между бруском и столом равен 0,2. Чему равна работа действующей на брусок:
а) силы тяжести m?
б) силы нормальной реакции ?
в) силы упругости ?
г) силы трения скольжения тр?


Суммарную работу нескольких сил, действующих на тело, можно найти двумя способами:
1. Найти работу каждой силы и сложить эти работы с учетом знаков.
2. Найти равнодействующую всех приложенных к телу сил и вычислить работу равнодействующей.

Оба способа приводят к одному и тому же результату. Чтобы убедиться в этом, вернитесь к предыдущему заданию и ответьте на вопросы задания 2.

2. Чему равна:
а) сумма работ всех действующих на брусок сил?
б) равнодействующая всех действующих на брусок сил?
в) работа равнодействующей? В общем случае (когда сила f_vec направлена под произвольным углом к перемещению s_vec) определение работы силы таково.

Работа A постоянной силы равна произведению модуля силы F на модуль перемещения s и на косинус угла α между направлением силы и направлением перемещения:

A = Fs cos α (4)

3. Покажите, что из общего определения работы следуют к выводы, показанные на следующей схеме. Сформулируйте их словесно и запишите в тетрадь.


4. К находящемуся на столе бруску приложена сила, модуль которой 10 Н. Чему равен угол между этой силой и перемещением бруска, если при перемещении бруска по столу на 60 см эта сила совершила работу: а) 3 Дж; б) –3 Дж; в) –3 Дж; г) –6 Дж? Сделайте пояснительные чертежи.

2. Работа силы тяжести

Пусть тело массой m движется вертикально от начальной высоты h н до конечной высоты h к.

Если тело движется вниз (h н > h к, рис. 28.2, а), направление перемещения совпадает с направлением силы тяжести, поэтому работа силы тяжести положительна. Если же тело движется вверх (h н
В обоих случаях работа силы тяжести

A = mg(h н – h к). (5)

Найдем теперь работу силы тяжести при движении под углом к вертикали.

5. Небольшой брусок массой m соскользнул вдоль наклонной плоскости длиной s и высотой h (рис. 28.3). Наклонная плоскость составляет угол α с вертикалью.


а) Чему равен угол между направлением силы тяжести и направлением перемещения бруска? Сделайте пояснительный чертеж.
б) Выразите работу силы тяжести через m, g, s, α.
в) Выразите s через h и α.
г) Выразите работу силы тяжести через m, g, h.
д) Чему равна работа силы тяжести при движении бруска вдоль всей этой же плоскости вверх?

Выполнив это задание, вы убедились, что работа силы тяжести выражается формулой (5) и тогда, когда тело движется под углом к вертикали – как вниз, так и вверх.

Но тогда формула (5) для работы силы тяжести справедлива при движении тела по любой траектории, потому что любую траекторию (рис. 28.4, а) можно представить как совокупность малых «наклонных плоскостей» (рис. 28.4, б).

Таким образом,
работа силы тяжести при движении но любой траектории выражается формулой

A т = mg(h н – h к),

где h н – начальная высота тела, h к – его конечная высота.
Работа силы тяжести не зависит от формы траектории.

Например, работа силы тяжести при перемещении тела из точки A в точку B (рис. 28.5) по траектории 1, 2 или 3 одинакова. Отсюда, в частности, следует, что рибота силы тяжести при перемещении по замкнутой траектории (когда тело возвращается в исходную точку) равна нулю.

6. Шар массой m, висящий на нити длиной l, отклонили на 90º, держа нить натянутой, и отпустили без толчка.
а) Чему равна работа силы тяжести за время, в течение которого шар движется к положению равновесия (рис. 28.6)?
б) Чему равна работа силы упругости нити за то же время?
в) Чему равна работа равнодействующей сил, приложенных к шару, за то же время?


3. Работа силы упругости

Когда пружина возвращается в недеформированное состояние, сила упругости совершает всегда положительную работу: ее направление совпадает с направлением перемещения (рис. 28.7).

Найдем работу силы упругости .
Модуль этой силы связан с модулем деформации x соотношением (см. § 15)

Работу такой силы можно найти графически.

Заметим сначала, что работа постоянной силы численно равна площади прямоугольника под графиком зависимости силы от перемещения (рис. 28.8).

На рисунке 28.9 изображен график зависимости F(x) для силы упругости. Разобьем мысленно все перемещение тела на столь малые промежутки, чтобы на каждом из них силу можно было считать постоянной.

Тогда работа на каждом из этих промежутков численно равна площади фигуры под соответствующим участком графика. Вся же работа равна сумме работ на этих участках.

Следовательно, и в этом случае работа численно равна площади фигуры под графиком зависимости F(x).

7. Используя рисунок 28.10, докажите, что

работа силы упругости при возвращении пружины в недеформированное состояние выражается формулой

A = (kx 2)/2. (7)


8. Используя график на рисунке 28.11, докажите, что при изменении деформации пружины от x н до x к работа силы упругости выражается формулой

Из формулы (8) мы видим, что работа силы упругости зависит только от начальной и конечной деформации пружины, Поэтому если тело сначала деформируют, а потом оно возвращается в начальное состояние, то работа силы упругости равна нулю. Напомним, что таким же свойством обладает и работа силы тяжести.

9. В начальный момент растяжение пружины жесткостью 400 Н/м равно 3 см. Пружину растянули еще на 2 см.
а) Чему равна конечная деформация пружины?
б) Чему равна работа силы упругости пружины?

10. В начальный момент пружина жесткостью 200 Н/м растянута на 2 см, а в конечный момент она сжата на 1 см. Чему равна работа силы упругости пружины?

4. Работа силы трения

Пусть тело скользит по неподвижной опоре. Действующая на тело сила трения скольжения направлена всегда противоположно перемещению и, следовательно, работа силы трения скольжения отрицательно при любом направлении перемещения (рис. 28.12).

Поэтому если сдвинуть брусок вправо, а пегом на такое же расстояние влево, то, хотя он и вернется в начальное положение, суммарная работа силы трения скольжения не будет равна нулю. В этом состоит важнейшее отличие работы силы трения скольжения от работы силы тяжести и силы упругости. Напомним, что работа этих сил при перемещении тела по замкнутой траектории равна нулю.

11. Брусок массой 1 кг передвигали по столу так, что его траекторией оказался квадрат со стороной 50 см.
а) Вернулся ли брусок в начальную точку?
б) Чему равна суммарная работа действовавшей на брусок силы трения? Коэффициент трения между бруском и столом равен 0,3.

5. Мощность

Часто важна не только совершаемая работа, но и скорость совершения работы. Она характеризуется мощностью.

Мощностью P называют отношение совершенной работы A к промежутку времени t, за который эта работа совершена:

(Иногда мощность в механике обозначают буквой N, а в электродинамике – буквой P. Мы считаем более удобным одинаковое обозначение мощности.)

Единица мощности – ватт (обозначают: Вт), названная в честь английского изобретателя Джеймса Уатта. Из формулы (9) следует, что

1 Вт = 1 Дж/c.

12. Какую мощность развивает человек, равномерно поднимая ведро воды массой 10 кг на высоту 1 м в течение 2 с?

Часто мощность удобно выражать не через работу и время, а через силу и скорость.

Рассмотрим случай, когда сила направлена вдоль перемещения. Тогда работа силы A = Fs. Подставляя это выражение в формулу (9) для мощности, получаем:

P = (Fs)/t = F(s/t) = Fv. (10)

13. Автомобиль едет по горизонтальной дороге со скоростью 72 км/ч. При этом его двигатель развивает мощность 20 кВт. Чему равна сила сопротивления движению автомобиля?

Подсказка. Когда автомобиль движется по горизонтальной дороге с постоянной скоростью, сила тяги равна по модулю силе сопротивления движению автомобиля.

14. Сколько времени потребуется для равномерного подъема бетонного блока массой 4 т на высоту 30 м, если мощность двигателя подъемного крана 20 кВт, а КПД электродвигателя подъемного крана равен 75%?

Подсказка. КПД электродвигателя равен отношению работы по подъему груза к работе двигателя.

Дополнительные вопросы и задания

15. Мяч массой 200 г бросили с балкона высотой 10 и под углом 45º к горизонту. Достигнув в полете максимальной высоты 15 м, мяч упал на землю.
а) Чему равна работа силы тяжести при подъеме мяча?
б) Чему равна работа силы тяжести при спуске мяча?
в) Чему равна работа силы тяжести за все время полета мяча?
г) Есть ли в условии лишние данные?

16. Шар массой 0,5 кг подвешен к пружине жесткостью 250 Н/м и находится в равновесии. Шар поднимают так, чтобы пружина стала недеформированной, и отпускают без толчка.
а) На какую высоту подняли шар?
б) Чему равна работа силы тяжести за время, в течение которого шар движется к положению равновесия?
в) Чему равна работа силы упругости за время, в течение которого шар движется к положению равновесия?
г) Чему равна работа равнодействующей всех приложенных к шару сил за время, в течение которого шар движется к положению равновесия?

17. Санки массой 10 кг съезжают без начальной скорости со снежной горы с углом наклона α = 30º и проезжают некоторое расстояние по горизонтальной поверхности (рис. 28.13). Коэффициент трения между санками и снегом 0,1. Длина основания горы l = 15 м.

а) Чему равен модуль силы трения при движении санок по горизонтальной поверхности?
б) Чему равна работа силы трения при движении санок по горизонтальной поверхности на пути 20 м?
в) Чему равен модуль силы трения при движении санок по горе?
г) Чему равна работа силы трения при спуске санок?
д) Чему равна работа силы тяжести при спуске санок?
е) Чему равна работа равнодействующей сил, действующих на санки, при их спуске с горы?

18. Автомобиль массой 1 т движется со скоростью 50 км/ч. Двигатель развивает мощность 10 кВт. Расход бензина составляет 8 л на 100 км. Плотность бензина 750 кг/м 3 , а его удельная теплота сгорания 45 МДж/кг. Чему равен КПД двигателя? Есть ли в условии лишние данные?
Подсказка. КПД теплового двигателя равен отношению совершенной двигателем работы к количеству теплоты, которое выделилось при сгорании топлива.

Одно из важнейших понятий механики – работа силы .

Работа силы

Все физические тела в окружающем нас мире приводятся в движение с помощью силы. Если на движущееся тело в попутном или противоположном направлении действует сила или несколько сил со стороны одного или нескольких тел, то говорят, что совершается работа .

То есть, механическая работу совершает действующая на тело сила. Так, сила тяги электровоза приводит в движение весь поезд, тем самым совершая механическую работу. Велосипед приводится в движение мускульной силой ног велосипедиста. Следовательно, эта сила также совершает механическую работу.

В физике работой силы называют физическую величину, равную произведению модуля силы, модуля перемещения точки приложения силы и косинуса угла между векторами силы и перемещения.

A = F · s · cos (F, s) ,

где F модульсилы,

s – модуль перемещения.

Работа совершается всегда, если угол между ветрами силы и перемещения не равен нулю. Если сила действует в направлении, противоположном направлению движения, величина работы имеет отрицательное значение.

Работа не совершается, если на тело не действуют силы, или если угол между приложенной силой и направлением движения равен 90 о (cos 90 o = 0).

Если лошадь тянет телегу, то мускульная сила лошади, или сила тяги, направленная по ходу движения телеги, совершает работу. А сила тяжести, с которой извозчик давит на телегу, работы не совершает, так как она направлена вниз, перпендикулярно направлению перемещения.

Работа силы – величина скалярная.

Единица работы в системе измерений СИ — джоуль. 1 джоуль – это работа, которую совершает сила величиной в 1 ньютон на расстоянии 1 м, если направления силы и перемещения совпадают.

Если на тело или материальную точку действуют несколько сил, то говорят о работе, совершаемой их равнодействующей силой.

В случае, если приложенная сила непостоянна, то её работа вычисляется как интеграл:

Мощность

Сила, приводящая в движение тело, совершает механическую работу. Но как совершается эта работа, быстро или медленно, иногда очень важно знать на практике. Ведь одна и та же работа может быть совершена за разное время. Работу, которую выполняет большой электромотор, может выполнить и маленький моторчик. Но ему для этого понадобится гораздо больше времени.

В механике существует величина, характеризующая быстроту выполнения работы. Эта величина называется мощностью .

Мощность – это отношение работы, выполненной за определённый промежуток времени, к величине этого промежутка.

N = A /∆ t

По определению А = F · s · cos α , а s/∆ t = v , следовательно

N = F · v · cos α = F · v ,

где F – сила, v скорость, α – угол между направлением силы и направление скорости.

То есть мощность – это скалярное произведение вектора силы на вектор скорости движения тела .

В международной системе СИ мощность измеряется в ваттах (Вт).

Мощность в 1 ватт – это работа в 1 джоуль (Дж), совершаемая за 1 секунду (с).

Мощность можно увеличить, если увеличить силу, совершающую работу, или скорость, с которой эта работа совершается.

Расчет работы физика. Полезная работа формула физика

А что это значит?

В физике «механической работой» называют работу какой-нибудь силы (силы тяжести, упругости, трения и т.д.) над телом, в результате действия которой тело перемещается.

Часто слово «механическая» просто не пишется.
Иногда можно встретить выражение » тело совершило работу», что в принципе означает «сила, действующая на тело, совершила работу».

Я думаю — я работаю.

Я иду — я тоже работаю.

Где же здесь механическая работа?

Если под действием силы тело перемещается, то совершается механическая работа.

Говорят, что тело совершает работу.
А точнее будет так: работу совершает сила, действующая на тело.

Работа характеризует результат действия силы.

Cилы, действующие на человека совершают над ним механическую работу, а в результате действия этих сил человек перемещается.

Работа — физическая величина, равная произведению силы, действующей на тело, на путь, совершенный телом под действием силы в направлении этой силы.

А — механическая работа,
F — сила,
S — пройденный путь.

Работа совершается , если соблюдаются одновременно 2 условия: на тело действует сила и оно
перемещается в направлении действия силы.

Работа не совершается (т.е. равна 0),если:
1. Сила действует, а тело не перемещается.

Например: мы действуем с силой на камень, но не можем его сдвинуть.

2. Тело перемещается, а сила равна нулю, или все силы скомпенсированы (т.е. равнодействующая этих сил равна 0).
Например: при движении по инерции работа не совершается.
3. Направление действия силы и направление движения тела взаимно перпендикулярны.

Например: при движении поезда по горизонтали сила тяжести работу не совершает.

Работа может быть положительной и отрицательной

1. Если направление силы и направление движения тела совпадают, совершается положительная работа.

Например: сила тяжести, действуя на падающую вниз каплю воды, совершает положительную работу.

2. Если направление силы и движения тела противоположны, совершается отрицательная работа.

Например: сила тяжести, действующая на поднимающийся воздушный шарик, совершает отрицательную работу.

Если на тело действует несколько сил, то полная работа всех сил равна работе результирующей силы.

Единицы работы

В честь английского ученого Д.Джоуля единица измерения работы получила название 1 Джоуль.

В международной системе единиц (СИ):
[А] = Дж = Н м
1Дж = 1Н 1м

Механическая работа равна 1 Дж, если под действием силы в 1 Н тело перемещается на 1 м в направлении действия этой силы.

При перелете с большого пальца руки человека на указательный
комар совершает работу — 0, 000 000 000 000 000 000 000 000 001 Дж.

Сердце человека за одно сокращение совершает приблизительно 1 Дж работы, что соответствует работе, совершенной при поднятии груза массой 10 кг на высоту 1 см.

ЗА РАБОТУ, ДРУЗЬЯ!

Основные теоретические сведения

Механическая работа

Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы . Работой, совершаемой постоянной силой F , называется физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла между векторами силы F и перемещения S :

Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительна (0° ≤ α α ≤ 180°). При α = 90° работа, совершаемая силой, равна нулю. В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж). Джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 ньютон на перемещении 1 метр в направлении действия силы.

Если же сила изменяется с течением времени, то для нахождения работы строят график зависимости силы от перемещения и находят площадь фигуры под графиком – это и есть работа:

Примером силы, модуль которой зависит от координаты (перемещения), может служить сила упругости пружины, подчиняющаяся закону Гука (F упр = kx ).

Мощность

Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью . Мощность P (иногда обозначают буквой N ) – физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t , в течение которого совершена эта работа:

По этой формуле рассчитывается средняя мощность , т.е. мощность обобщенно характеризующая процесс. Итак, работу можно выражать и через мощность: A = Pt (если конечно известна мощность и время совершения работы). Единица мощности называется ватт (Вт) или 1 джоуль за 1 секунду. Если движение равномерное, то:

По этой формуле мы можем рассчитать мгновенную мощность (мощность в данный момент времени), если вместо скорости подставим в формулу значение мгновенной скорости. Как узнать, какую мощность считать? Если в задаче спрашивают мощность в момент времени или в какой-то точке пространства, то считается мгновенная. Если спрашивают про мощность за какой-то промежуток времени или участок пути, то ищите среднюю мощность.

КПД – коэффициент полезного действия , равен отношению полезной работы к затраченной, либо же полезной мощности к затраченной:

Какая работа полезная, а какая затраченная определяется из условия конкретной задачи путем логического рассуждения. К примеру, если подъемный кран совершает работу по подъему груза на некоторую высоту, то полезной будет работа по поднятию груза (так как именно ради нее создан кран), а затраченной – работа, совершенная электродвигателем крана.

Итак, полезная и затраченная мощность не имеют строгого определения, и находятся логическим рассуждением. В каждой задаче мы сами должны определить, что в этой задаче было целью совершения работы (полезная работа или мощность), а что было механизмом или способом совершения всей работы (затраченная мощность или работа).

В общем случае КПД показывает, как эффективно механизм преобразует один вид энергии в другой. Если мощность со временем изменяется, то работу находят как площадь фигуры под графиком зависимости мощности от времени:

Кинетическая энергия

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела (энергией движения) :

То есть если автомобиль массой 2000 кг движется со скоростью 10 м/с, то он обладает кинетической энергией равной Е к = 100 кДж и способен совершить работу в 100 кДж. Эта энергия может превратиться в тепловую (при торможении автомобиля нагревается резина колес, дорога и тормозные диски) или может быть потрачена на деформацию автомобиля и тела, с которым автомобиль столкнулся (при аварии). При вычислении кинетической энергии не имеет значения куда движется автомобиль, так как энергия, как и работа, величина скалярная.

Тело обладает энергией, если способно совершить работу. Например, движущееся тело обладает кинетической энергией, т.е. энергией движения, и способно совершать работу по деформации тел или придания ускорения телам, с которыми произойдёт столкновение.

Физический смысл кинетической энергии: для того чтобы покоящееся тело массой m стало двигаться со скоростью v необходимо совершить работу равную полученному значению кинетической энергии. Если тело массой m движется со скоростью v , то для его остановки необходимо совершить работу равную его первоначальной кинетической энергии. При торможении кинетическая энергия в основном (кроме случаев соударения, когда энергия идет на деформации) «забирается» силой трения.

Теорема о кинетической энергии: работа равнодействующей силы равна изменению кинетической энергии тела:

Теорема о кинетической энергии справедлива и в общем случае, когда тело движется под действием изменяющейся силы, направление которой не совпадает с направлением перемещения. Применять данную теорему удобно в задачах на разгон и торможение тела.

Потенциальная энергия

Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятие потенциальной энергии или энергии взаимодействия тел .

Потенциальная энергия определяется взаимным положением тел (например, положением тела относительно поверхности Земли). Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения тела и определяется только начальным и конечным положениями (так называемые консервативные силы ). Работа таких сил на замкнутой траектории равна нулю. Таким свойством обладают сила тяжести и сила упругости. Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести Земли рассчитывается по формуле:

Физический смысл потенциальной энергии тела: потенциальная энергия равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень (h – расстояние от центра тяжести тела до нулевого уровня). Если тело обладает потенциальной энергией, значит оно способно совершить работу при падении этого тела с высоты h до нулевого уровня. Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии тела, взятому с противоположным знаком:

Часто в задачах на энергию приходится находить работу по поднятию (переворачиванию, доставанию из ямы) тела. Во всех этих случаях нужно рассматривать перемещение не самого тела, а только его центра тяжести.

Потенциальная энергия Ep зависит от выбора нулевого уровня, то есть от выбора начала координат оси OY. В каждой задаче нулевой уровень выбирается из соображения удобства. Физический смысл имеет не сама потенциальная энергия, а ее изменение при перемещении тела из одного положения в другое. Это изменение не зависит от выбора нулевого уровня.

Потенциальная энергия растянутой пружины рассчитывается по формуле:

где: k – жесткость пружины. Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Растяжение или сжатие х надо рассчитывать от недеформированного состояния тела.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией. Если в начальном состоянии пружина уже была деформирована, а ее удлинение было равно x 1 , тогда при переходе в новое состояние с удлинением x 2 сила упругости совершит работу, равную изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком (так как сила упругости всегда направлена против деформации тела):

Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Работа силы трения зависит от пройденного пути (такой вид сил, чья работа зависит от траектории и пройденного пути называется: диссипативные силы ). Понятие потенциальной энергии для силы трения вводить нельзя.

Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия (КПД) – характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Он определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой (формула уже приведена выше).

КПД можно рассчитывать как через работу, так и через мощность. Полезная и затраченная работа (мощность) всегда определяются путем простых логических рассуждений.

В электрических двигателях КПД – отношение совершаемой (полезной) механической работы к электрической энергии, получаемой от источника. В тепловых двигателях – отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты. В электрических трансформаторах – отношение электромагнитной энергии, получаемой во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой первичной обмоткой.

В силу своей общности понятие КПД позволяет сравнивать и оценивать с единой точки зрения такие различные системы, как атомные реакторы, электрические генераторы и двигатели, теплоэнергетические установки, полупроводниковые приборы, биологические объекты и т.д.

Из–за неизбежных потерь энергии на трение, на нагревание окружающих тел и т.п. КПД всегда меньше единицы. Соответственно этому КПД выражается в долях затрачиваемой энергии, то есть в виде правильной дроби или в процентах, и является безразмерной величиной. КПД характеризует как эффективно работает машина или механизм. КПД тепловых электростанций достигает 35–40%, двигателей внутреннего сгорания с наддувом и предварительным охлаждением – 40–50%, динамомашин и генераторов большой мощности – 95%, трансформаторов – 98%.

Задачу, в которой нужно найти КПД или он известен, надо начать с логического рассуждения – какая работа является полезной, а какая затраченной.

Закон сохранения механической энергии

Полной механической энергией называется сумма кинетической энергии (т.е. энергии движения) и потенциальной (т.е. энергии взаимодействия тел силами тяготения и упругости):

Если механическая энергия не переходит в другие формы, например, во внутреннюю (тепловую) энергию, то сумма кинетической и потенциальной энергии остаётся неизменной. Если же механическая энергия переходит в тепловую, то изменение механической энергии равно работе силы трения или потерям энергии, или количеству выделившегося тепла и так далее, другими словами изменение полной механической энергии равно работе внешних сил:

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему (т.е. такую в которой не действует внешних сил, и их работа соответственно равна нолю) и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной:

Это утверждение выражает закон сохранения энергии (ЗСЭ) в механических процессах . Он является следствием законов Ньютона. Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой силами упругости и тяготения. Во всех задачах на закон сохранения энергии всегда будет как минимум два состояния системы тел. Закон гласит, что суммарная энергия первого состояния будет равна суммарной энергии второго состояния.

Алгоритм решения задач на закон сохранения энергии:

  1. Найти точки начального и конечного положения тела.
  2. Записать какой или какими энергиями обладает тело в данных точках.
  3. Приравнять начальную и конечную энергию тела.
  4. Добавить другие необходимые уравнения из предыдущих тем по физике.
  5. Решить полученное уравнение или систему уравнений математическими методами.

Важно отметить, что закон сохранения механической энергии позволил получить связь между координатами и скоростями тела в двух разных точках траектории без анализа закона движения тела во всех промежуточных точках. Применение закона сохранения механической энергии может в значительной степени упростить решение многих задач.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими силами действуют силы трения или силы сопротивления среды. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание). Таким образом энергия в целом (т.е. не только механическая) в любом случае сохраняется.

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает. Она лишь превращается из одной формы в другую. Этот экспериментально установленный факт выражает фундаментальный закон природы – закон сохранения и превращения энергии .

Одним из следствий закона сохранения и превращения энергии является утверждение о невозможности создания «вечного двигателя» (perpetuum mobile) – машины, которая могла бы неопределенно долго совершать работу, не расходуя при этом энергии.

Разные задачи на работу

Если в задаче требуется найти механическую работу, то сначала выберите способ её нахождения:

  1. Работу можно найти по формуле: A = FS ∙cosα . Найдите силу, совершающую работу, и величину перемещения тела под действием этой силы в выбранной системе отсчёта. Обратите внимание, что угол должен быть выбран между векторами силы и перемещения.
  2. Работу внешней силы можно найти, как разность механической энергии в конечной и начальной ситуациях. Механическая энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергий тела.
  3. Работу по подъёму тела с постоянной скоростью можно найти по формуле: A = mgh , где h – высота, на которую поднимается центр тяжести тела .
  4. Работу можно найти как произведение мощности на время, т.е. по формуле: A = Pt .
  5. Работу можно найти, как площадь фигуры под графиком зависимости силы от перемещения или мощности от времени.

Закон сохранения энергии и динамика вращательного движения

Задачи этой темы являются достаточно сложными математически, но при знании подхода решаются по совершенно стандартному алгоритму. Во всех задачах Вам придется рассматривать вращение тела в вертикальной плоскости. Решение будет сводиться к следующей последовательности действий:

  1. Надо определить интересующую Вас точку (ту точку, в которой необходимо определить скорость тела, силу натяжения нити, вес и так далее).
  2. Записать в этой точке второй закон Ньютона, учитывая, что тело вращается, то есть у него есть центростремительное ускорение.
  3. Записать закон сохранения механической энергии так, чтобы в нем присутствовала скорость тела в той самой интересной точке, а также характеристики состояния тела в каком-нибудь состоянии про которое что-то известно.
  4. В зависимости от условия выразить скорость в квадрате из одного уравнения и подставить в другое.
  5. Провести остальные необходимые математические операции для получения окончательного результата.

При решении задач надо помнить, что:

  • Условие прохождения верхней точки при вращении на нити с минимальной скоростью – сила реакции опоры N в верхней точке равна 0. Такое же условие выполняется при прохождении верхней точки мертвой петли.
  • При вращении на стержне условие прохождения всей окружности: минимальная скорость в верхней точке равна 0.
  • Условие отрыва тела от поверхности сферы – сила реакции опоры в точке отрыва равна нулю.

Неупругие соударения

Закон сохранения механической энергии и закон сохранения импульса позволяют находить решения механических задач в тех случаях, когда неизвестны действующие силы. Примером такого рода задач является ударное взаимодействие тел.

Ударом (или столкновением) принято называть кратковременное взаимодействие тел, в результате которого их скорости испытывают значительные изменения. Во время столкновения тел между ними действуют кратковременные ударные силы, величина которых, как правило, неизвестна. Поэтому нельзя рассматривать ударное взаимодействие непосредственно с помощью законов Ньютона. Применение законов сохранения энергии и импульса во многих случаях позволяет исключить из рассмотрения сам процесс столкновения и получить связь между скоростями тел до и после столкновения, минуя все промежуточные значения этих величин.

С ударным взаимодействием тел нередко приходится иметь дело в обыденной жизни, в технике и в физике (особенно в физике атома и элементарных частиц). В механике часто используются две модели ударного взаимодействия – абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары .

Абсолютно неупругим ударом называют такое ударное взаимодействие, при котором тела соединяются (слипаются) друг с другом и движутся дальше как одно тело.

При абсолютно неупругом ударе механическая энергия не сохраняется. Она частично или полностью переходит во внутреннюю энергию тел (нагревание). Для описания любых ударов Вам нужно записать и закон сохранения импульса, и закон сохранения механической энергии с учетом выделяющейся теплоты (предварительно крайне желательно сделать рисунок).

Абсолютно упругий удар

Абсолютно упругим ударом называется столкновение, при котором сохраняется механическая энергия системы тел. Во многих случаях столкновения атомов, молекул и элементарных частиц подчиняются законам абсолютно упругого удара. При абсолютно упругом ударе наряду с законом сохранения импульса выполняется закон сохранения механической энергии. Простым примером абсолютно упругого столкновения может быть центральный удар двух бильярдных шаров, один из которых до столкновения находился в состоянии покоя.

Центральным ударом шаров называют соударение, при котором скорости шаров до и после удара направлены по линии центров. Таким образом, пользуясь законами сохранения механической энергии и импульса, можно определить скорости шаров после столкновения, если известны их скорости до столкновения. Центральный удар очень редко реализуется на практике, особенно если речь идет о столкновениях атомов или молекул. При нецентральном упругом соударении скорости частиц (шаров) до и после столкновения не направлены по одной прямой.

Частным случаем нецентрального упругого удара может служить соударения двух бильярдных шаров одинаковой массы, один из которых до соударения был неподвижен, а скорость второго была направлена не по линии центров шаров. В этом случае векторы скоростей шаров после упругого соударения всегда направлены перпендикулярно друг к другу.

Законы сохранения. Сложные задачи

Несколько тел

В некоторых задачах на закон сохранения энергии тросы с помощью которых перемещаются некие объекты могут иметь массу (т.е. не быть невесомыми, как Вы могли уже привыкнуть). В этом случае работу по перемещению таких тросов (а именно их центров тяжести) также нужно учитывать.

Если два тела, соединённые невесомым стержнем, вращаются в вертикальной плоскости, то:

  1. выбирают нулевой уровень для расчёта потенциальной энергии, например на уровне оси вращения или на уровне самой нижней точки нахождения одного из грузов и обязательно делают чертёж;
  2. записывают закон сохранения механической энергии, в котором в левой части записывают сумму кинетической и потенциальной энергии обоих тел в начальной ситуации, а в правой части записывают сумму кинетической и потенциальной энергии обоих тел в конечной ситуации;
  3. учитывают, что угловые скорости тел одинаковы, тогда линейные скорости тел пропорциональны радиусам вращения;
  4. при необходимости записывают второй закон Ньютона для каждого из тел в отдельности.
Разрыв снаряда

В случае разрыва снаряда выделяется энергия взрывчатых веществ. Чтобы найти эту энергию надо от суммы механических энергий осколков после взрыва отнять механическую энергию снаряда до взрыва. Также будем использовать закон сохранения импульса, записанный, в виде теоремы косинусов (векторный метод) или в виде проекций на выбранные оси.

Столкновения с тяжёлой плитой

Пусть навстречу тяжёлой плите, которая движется со скоростью v , движется лёгкий шарик массой m со скоростью u н. Так как импульс шарика много меньше импульса плиты, то после удара скорость плиты не изменится, и она будет продолжать движение с той же скоростью и в том же направлении. В результате упругого удара, шарик отлетит от плиты. Здесь важно понять, что не поменяется скорость шарика относительно плиты . В таком случае, для конечной скорости шарика получим:

Таким образом, скорость шарика после удара увеличивается на удвоенную скорость стены. Аналогичное рассуждение для случая, когда до удара шарик и плита двигались в одном направлении, приводит к результату согласно которому скорость шарика уменьшается на удвоенную скорость стены:

По физике и математике, среди прочего, необходимо выполнить три важнейших условия:

  1. Изучить все темы и выполнить все тесты и задания приведенные в учебных материалах на этом сайте. Для этого нужно всего ничего, а именно: посвящать подготовке к ЦТ по физике и математике, изучению теории и решению задач по три-четыре часа каждый день. Дело в том, что ЦТ это экзамен где мало просто знать физику или математику, нужно еще уметь быстро и без сбоев решать большое количество задач по разным темам и различной сложности. Последнему научиться можно только решив тысячи задач.
  2. Выучить все формулы и законы в физике, и формулы и методы в математике . На самом деле, выполнить это тоже очень просто, необходимых формул по физике всего около 200 штук, а по математике даже чуть меньше. В каждом из этих предметов есть около десятка стандартных методов решения задач базового уровня сложности, которые тоже вполне можно выучить, и таким образом, совершенно на автомате и без затруднений решить в нужный момент большую часть ЦТ. После этого Вам останется подумать только над самыми сложными задачами.
  3. Посетить все три этапа репетиционного тестирования по физике и математике. Каждый РТ можно посещать по два раза, чтобы прорешать оба варианта. Опять же на ЦТ, кроме умения быстро и качественно решать задачи, и знания формул и методов необходимо также уметь правильно спланировать время, распределить силы, а главное правильно заполнить бланк ответов, не перепутав ни номера ответов и задач, ни собственную фамилию. Также в ходе РТ важно привыкнуть к стилю постановки вопросов в задачах, который на ЦТ может показаться неподготовленному человеку очень непривычным.

Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того на что Вы способны.

Нашли ошибку?

Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на почту. Написать об ошибке можно также в социальной сети (). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка. Также опишите в чем заключается предположительная ошибка. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибка либо будет исправлена, либо Вам разъяснят почему это не ошибка.

Практически все, не задумываясь, ответят: во втором. И будут неправы. Дело обстоит как раз наоборот. В физике механическая работа описывается следующими определениями: механическая работа совершается тогда, когда на тело действует сила, и оно движется. Механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и пройденному пути.

Формула механической работы

Определяется механическая работа формулой:

где A – работа, F – сила, s – пройденный путь.

ПОТЕНЦИА́Л (потенциальная функция), понятие, характеризующее широкий класс физических силовыхполей (электрических, гравитационных и т. п.) и вообще поля физических величин, представляемыхвекторами (поле скоростей жидкости и т. п.). В общем случае потенциал векторного поля a(x ,y ,z ) — такаяскалярная функция u (x ,y ,z ), что a=grad

35. Проводники в электрическом поле. Электроемкость. Проводники в электрическом поле. Проводники — это вещества, характеризующиеся наличием в них боль­шого количества свободных носителей зарядов, способ­ных перемещаться под действием электрического поля. К проводникам относятся металлы, электролиты, уголь. В металлах носителями свободных зарядов являются электроны внешних оболочек атомов, которые при взаи­модействии атомов полностью утрачивают связи со «своими» атомами и становятся собственностью всего проводника в целом. Свободные электроны участвуют в тепловом движении подобно молекулам газа и могут перемещаться по металлу в любом направлении. Электри́ческая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд. В теории электрических цепей ёмкостью называют взаимную ёмкость между двумя проводниками; параметр ёмкостного элемента электрической схемы, представленного в виде двухполюсника. Такая ёмкость определяется как отношение величины электрического заряда к разности потенциалов между этими проводниками

36. Емкость плоского конденсатора.

Емкость плоского конденсатора.

Т.о. емкость плоского конденсатора зависит только от его размеров, формы и диэлектрической проницаемости. Для создания конденсатора большой емкости необходимо увеличить площадь пластин и уменьшить толщину слоя диэлектрика.

37. Магнитное взаимодействие токов в вакууме. Закон Ампера. Закон Ампера. В 1820 году Ампер (французский ученый (1775-1836)) установил экспериментально закон, по которому можно рассчитать силу, действующую на элемент проводника длины с током .

где – вектор магнитной индукции,– вектор элемента длины проводника, проведенного в направлении тока.

Модуль силы , где– угол между направлением тока в проводнике и направлением индукции магнитного поля.Для прямолинейного проводника длиной с токомв однородном поле

Направление действующей силы может быть определено с помощью правила левой руки :

Если ладонь левой руки расположить так, чтобы нормальная (к току) составляющая магнитного поля входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца направлены вдоль тока, то большой палец укажет направление, в котором действует сила Ампера.

38.Напряженность магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа Напряжённость магни́тного по́ля (стандартное обозначение Н ) — векторная физическая величина , равная разности вектора магнитной индукции B и вектора намагниченности J .

В Международной системе единиц (СИ) : где-магнитная постоянная .

Закон БСЛ. Закон, определяющий магнитное поле отдельного элемента тока

39. Приложения закона Био-Савара-Лапласа. Для поля прямого тока

Для кругового витка.

И для соленоида

40. Индукция магнитного поля Магнитное поле характеризуется векторной величиной, которая носит название индукции магнитного поля (векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в данной точке пространства). МИ. (В) это не сила, действующая на проводники, это величина, которая находится через данную силу по следующей формуле: B=F / (I*l) (Словестно: Модуль вектора МИ. (B) равен отношению модуля силы F, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к силе тока в проводнике I и длине проводника l . Магнитная индукция зависит только от магнитного поля. В связи с этим индукцию можно считать количественной характеристикой магнитного поля. Она определяет, с какой силой(Сила Лоренца) магнитное поле действует назаряд, движущийся со скоростью. Измеряется МИ в теслах (1 Тл). При этом 1 Тл=1 Н/(А*м) . МИ имеет направление. Графически ее можно зарисовывать в виде линий. В однородном магнитном полелинии МИ параллельны, и вектор МИ будет направлен так же во всех точках. В случае неоднородного магнитного поля, например, поля вокруг проводника с током, вектор магнитной индукции будет меняться в каждой точке пространства вокруг проводника, а касательные к этому вектору создадут концентрические окружности вокруг проводника.

41. Движение частицы в магнитном поле. Сила Лоренца. а) — Если частица влетает в область однородного магнитного поля, причем вектор V перпендикулярен вектору B, то она движется по окружности радиуса R=mV/qB, поскольку сила Лоренца Fл=mV^2/R играет роль центростремительной силы. Период обращения равен T=2пиR/V=2пиm/qB и он не зависит от скорости частицы (Это справедливо только при V

Сила Л. определяется соотношением: Fл = q·V·B·sina (q — величина движущегося заряда; V — модуль его скорости; B — модуль вектора индукции магнитного поля; aльфа — угол между вектором V и вектором В) Сила Лоренца перпендикулярна скорости и поэтому она не совершает работы, не изменяет модуль скорости заряда и его кинетической энергии. Но направление скорости изменяется непрерывно. Сила Лоренца перпендикулярна векторам В и v , и её направление определяется с помощью того же правила левой руки, что и направление силы Ампера: если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции В, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на заряд силы Лоренца F л.

В повседневной жизни часто приходится встречаться с таким понятием как работа. Что это слово означает в физике и как определить работу силы упругости? Ответы на эти вопросы вы узнаете в статье.

Механическая работа

Работа — это скалярная алгебраическая величина, которая характеризует связь между силой и перемещением. При совпадении направления этих двух переменных она вычисляется по следующей формуле:

  • F — модуль вектора силы, которая совершает работу;
  • S — модуль вектора перемещения.

Не всегда сила, которая действует на тело, совершает работу. Например, работа силы тяжести равна нулю, если ее направление перпендикулярно перемещению тела.

Если вектор силы образует отличный от нуля угол с вектором перемещения, то для определения работы следует воспользоваться другой формулой:

A=FScosα

α — угол между векторами силы и перемещения.

Значит, механическая работа — это произведение проекции силы на направление перемещения и модуля перемещения, или произведение проекции перемещения на направление силы и модуля этой силы.

Знак механической работы

В зависимости от направления силы относительно перемещения тела работа A может быть:

  • положительной (0°≤ α
  • отрицательной (90°
  • равной нулю (α=90°).

Если A>0, то скорость тела увеличивается. Пример — падение яблока с дерева на землю. При A

Единица измерения работы в СИ (Международной системе единиц) — Джоуль (1Н*1м=Дж). Джоуль — это работа силы, значение которой равно 1 Ньютону, при перемещении тела на 1 метр в направлении действия силы.

Работа силы упругости

Работу силы можно определить и графическим способом. Для этого вычисляется площадь криволинейной фигуры под графиком F s (x).

Так, по графику зависимости силы упругости от удлинения пружины, можно вывести формулу работы силы упругости.

Она равна:

A=kx 2 /2

  • k — жесткость;
  • x — абсолютное удлинение.

Что мы узнали?

Механическая работа совершается при действии на тело силы, которая приводит к перемещению тела. В зависимости от угла, который возникает между силой и перемещением, работа может быть равна нулю или иметь отрицательный или положительный знак. На примере силы упругости вы узнали о графическом способе определения работы.

Прежде чем раскрывать тему «В чём измеряется работа», необходимо сделать небольшое отступление. Всё в этом мире подчиняется законам физики. Каждый процесс или явление можно объяснить на основе тех или иных законов физики. Для каждой измеряемой величины существует единица, в которой её принято измерять. Единицы измерения являются неизменными и имеют единое значение во всём мире.

Причиной этого является следующее. В тысяча девятьсот шестидесятом году на одиннадцатой генеральной конференции по мерам и весам была принята система измерений, которая признана во всём мире. Эта система получила наименование Le Système International d’Unités, SI (СИ система интернационал). Эта система стала базовой для определений принятых во всём мире единиц измерения и их соотношения.

Физические термины и терминология

В физике единица измерения работы силы называется Дж (Джоуль), в честь английского учёного физика Джеймса Джоуля, сделавшего большой вклад в развитие раздела термодинамики в физике. Один Джоуль равен работе, совершаемой силой в один Н (Ньютон), при перемещении её приложения на один М (метр) в направлении действия силы. Один Н (Ньютон) равен силе, массой в один кг (килограмм), при ускорении в один м/с2 (метр в секунду) в направлении силы.

К сведению. В физике всё взаимосвязано, выполнение любой работы связано с выполнением дополнительных действий. В качестве примера можно взять бытовой вентилятор. При включении вентилятора в сеть лопасти вентилятора начинают вращаться. Вращающиеся лопасти воздействуют на поток воздуха, придавая ему направленное движение. Это является результатом работы. Но для выполнения работы необходимо воздействие других сторонних сил, без которых выполнение действия невозможно. К ним относятся сила электрического тока, мощность, напряжение и многие другие взаимосвязанные значения.

Электрический ток, по своей сути, – это упорядоченное движение электронов в проводнике в единицу времени. В основе электрического тока лежит положительно или отрицательно заряжённые частицы. Они носят название электрических зарядов. Обозначается буквами C, q, Кл (Кулон), названо в честь французского учёного и изобретателя Шарля Кулона. В системе СИ является единицей измерения количества заряженных электронов. 1 Кл равен объёму заряженных частиц, протекающих через поперечное сечение проводника в единицу времени. Под единицей времени подразумевается одна секунда. Формула электрического заряда представлена ниже на рисунке.

Сила электрического тока обозначается буквой А (ампер). Ампер – это единица в физике, характеризующая измерение работы силы, которая затрачивается для перемещения зарядов по проводнику. По своей сути, электрический ток – это упорядоченное движение электронов в проводнике под воздействием электромагнитного поля. Под проводником подразумевается материал или расплав солей (электролит), имеющий небольшую сопротивляемость прохождению электронов. На силу электрического тока влияют две физические величины: напряжение и сопротивление. Они будут рассмотрены ниже. Сила тока всегда прямо пропорциональна по напряжению и обратно пропорциональна по сопротивлению.

Как было сказано выше, электрический ток – это упорядоченное движение электронов в проводнике. Но есть один нюанс: для их движения нужно определённое воздействие. Это воздействие создаётся путём создания разности потенциалов. Электрический заряд может быть положительным или отрицательным. Положительные заряды всегда стремятся к отрицательным зарядам. Это необходимо для равновесия системы. Разница между количеством положительно и отрицательно заряжённых частиц называется электрическим напряжением.

Мощность – это количество энергии, затрачиваемое на выполнение работы в один Дж (Джоуль) за промежуток времени в одну секунду. Единицей измерения в физике обозначается как Вт (Ватт), в системе СИ W (Watt). Так как рассматривается мощность электрическая, то здесь она является значением затраченной электрической энергии на выполнение определённого действия в промежуток времени.

Проект урока по физике на тему «Коэффициент полезного действия». 7-й класс

3. Повторение. 1. Повторим известный вам материал.
  1. Два ученика вызываются к доске и готовятся отвечать по плану :
  2. Блок, виды блоков, определение, выигрыш в силе, выигрыш в работе, применение.
  3. Рычаг, определение, условия равновесия рычага, выигрыш в работе, применение.

2. Во время подготовки этих учеников, происходит работа со всем классом.

  1. Что такое простой механизм?
  2. Для чего применяют простые механизмы?

Подготовившиеся ребята, дают ответы по плану.

1. Приспособления, служащие для преобразования силы.

2. Чтобы получать выигрыш в силе.

1. Блок представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме. Подвижный и неподвижный блок. Выигрыша в работе блок не дает. Применяется для поднятия грузов, при этом подвижный блок дает выигрыш в силе.

2. Рычаг — это твердое тело, которое может вращатся вокруг неподвижной опоры.

Рычаг находится в равновесии, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил. Выигрыша в работе нет. Применяют рычаг в технике (педаль автомобиля, подъемный кран), быту (ножницы, весы), природе.

  5. Какая сила удерживает рычаг в равновесии?

А)

Учителем открывается правильный ответ и проверяется ответ ученика.

Б)

В) Расставьте на доске силы, действующие на рычаг, отметьте плечи и точку опоры.

Г) В тетради расставьте силы, действующие на рычаг, отметьте плечи и точку опоры.

Д) Найдите ошибку в рисунке.

Е) Запиши формулу в тетради

1. Работа

2. Мощность

3. Правило равновесия рычага

4. Момент силы

5. Выигрыш в силе подвижного блока.

После выполненного задания на доске появляются правильные ответы и команда учителя: “Проверь себя”. Ученики ставят себе за каждую формулу баллы.

Ж) Сделай правильное соединение. Один ученик на доске выпоняет. А все ученики у себя в тетрадях пишут для физисеской величины ей соответствующую единицу измерения.

Выполняющий у доски называет для данных физических величин единицы измерения, остальные ученики проверяют и оценивают себя.

 

 

 

 

Блок подвижный, поэтому F=P/2=10Н.

 

 

Ученик открывает ответ и дает объяснения.

 

 

F=P=250H. Два блока, подвижный дает выигрыш в силе в 2 раза, неподвижный не дает выигрыша в силе.

Ученик на интерактивной доске расставляет силы, действующие на рычаг, отмечает плечи и точку опоры.

 

 

 

 

 

 

Ученики выполняют в тетрадях, а на интерактивной доске открывается ответ и они проверяют.

 

 

 

 

Против длинного плеча должна лежать большая сила.

5. Целеполагание Понятие полезной и полной работы вы тоже не знаете, поэтому изучим сначала понятие полной и полезной работы.

Работу, совершенную телом при движении по наклонной плоскости мы вычисляли, но не учитывали, что часть работы совершается против сил трения в механизме и по перемещению его отдельных частей.

Рассмотрим наклонную плоскость и поднимем по ней тело.

Работа полезная заключается в том, чтобы поднять тело на высоту h.

Ребята, какая работа называется полезной?

 

1.плоскость

2.плечо

3.Джоуль

 

Коэффициент полезного действия.

6. Новая тема Рассмотрим интерактивные слайды:

(приложение 2, слайды 18-21)

Или http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b526a-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/5_12.swf

— Идеальный КПД

— Наклонная плоскость

— Рычаг

— Блок

Из чего состоит полная работа?

Ребята, какая работа больше — полная или полезная?

Рассмотрите и по картинке назовите в чем заключается полезная и полная работа при подъеме мальчиком раычага?

Итак, еще раз, что такое КПД?

Переходим ко второму пункту плана.

Как обозначается КПД?

 

 

 

Отношение полезной работы к полной работе называется КПД механизма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Физкультминутка

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Закрепление нового материала

 

 

 

 

 

 

8.Индивидуальная работа

 

 

 

9. Итог урока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Рефлексия

 

 

 

 

 

11. Оценки.

 

 

 

12. Домашняя работа.

Эта буква называется “этта”- буква греческого алфавита.

Третий пункт плана. Назовите формулу для определения КПД.

Четвертый пункт плана. Единица измерения КПД? КПД определяется в процентах.

= 40%. КПД машины= 40%. Что это означает?

Пятый пункт плана. Определим КПД наклонной плоскости при поднятии груза. На партах у каждого из вас лежат листочки с лабораторной работой. Выполните её. (Приложение 3)

Оцените себя и поставьте балл, если вы получили КПД при выполнении лабораторной работы.

Вы устали, отдохнем. Все встаньте.

Изобразите рычаг на своем теле так, чтобы центром являлась голова.

Изобразите наклонную плоскость так, что верхняя точка будет палец правой руки, а нижняя – носочек левой ноги.

Изобразите блок, силы которого приложены к правой и левой руке.

Назовите новые физические термины, с которыми вы познакомились сегодня.

КПД= 70%. Что это значит?

Рычагом мальчик поднимает груз. Назовите полезную и затраченную работу.

Ученики выполняют тестовое задание. (Приложение 4)

В результате выполненного теста ученики отмечают у себя в тетрадях набранный балл (от 1 до 3 баллов).

Достигли ли цели урока?

Посмотрим на план урока и ответим на каждый пункт?

1. Что такое КПД?

2. Как обозначается?

3. Формула.

4. Единицы измерения.

5. Как определить КПД простого мехаизма?

Ученики отвечают на каждый пункт плана, который ставили в начале урока.

Ребята выполним еще один небольшой мини-тест:

Твой КПД сегодня на уроке

1. 100%

2.больше 100%

3. меньше 100%

4. 0%

Поднимите руки, кто поставил 100 % ? Почему?

У кого КПД <100%

Подсчитаем количество баллов за урок.

17-18 баллов—оценка “5”

15-16————оценка “4”

Меньше 15—-оценка “3”

Параграф 61, карточка (приложенние5) (3 механизма — всем, все механизмы — дополнительно).

Спасибо за работу, активность и внимание, старание, терпение, а так же понимание!

Урок окончен.До свидания.

 

 

Полезная работа — работа, совершенная по подъему грузов или преодолению какого-либо сопротивления.

 

 

 

 

Полная работа — работа, приложенная, совершенной силой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отношение полезной работы к полной работе называется КПД механизма.

 

 

 

 

Что машина совершает 40% полезной работы от всех 100%.

 

 

 

 

 

КПД, Аполезная, Азатраченная.

Это значит, что 70% работы является полезной, а 30% бесполезной.

 

 

 

После каждого отмеченного ответа у себя в тетрадях ученики проверяют правильный ответ интерактивно вышедший на доске.

Урок физики по теме «КПД простых механизмов» для 7 классов

КПД простых механизмов.

Цель: УСВОИТЬ ПОНЯТИЕ КПД И НАУЧИТЬСЯ ЕГО ВЫЧИСЛЯТЬ.

Задачи: ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД, ФОРМУЛА КПД, ОБОЗНАЧЕНИЕ КПД, ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ КПД

Ход урока

  1. Проверка домашнего задания

  1. Твердое тело, способное вращаться вокруг своей неподвижной опоры:

  2. А. рычаг ; Б. плечо рычага ; В. наклонная плоскость; Г. момент силы;

  3. 2. Произведение модуля силы, вращающей тело, на её плечо называется:

  4. А. Работа ; Б. плечо рычага ; В. момент силы; Г. блок

  5. 3. Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется:

  6. А. путь; Б. рычаг ; В. подвижный блок; Г. плечо силы;

  7. 4. Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него:

  8. А. прямо пропорциональны плечам этих сил ; Б. обратно пропорциональны плечам этих сил; В. равны плечам этих сил; Г. нет верного ответа.

  9. 5. За единицу измерения работы в СИ называют:

  10. А. Ньютон; Б. Ватт; В. Джоуль; Г. килограмм

  1. КПД ПРОСТОГО МЕХАНИЗМА

На практике совершенная с помощью механизма полная работа всегда несколько больше полезной работы из-за существования трения, веса самого механизма АПЗ.

Отношение полезной работы к полной работе называется коэффициентом полезного действия

  1. Лабораторная работа № 7 — «Определение КПД при подъеме тела по наклонной плоскости» Стр. 200-201 учебника «Физика 7»

1. Соберите установку.

2. Определите с помощью динамометра вес бруска

3. Положите брусок на доску, прикрепив к нему динамометр.

4. Перемещайте брусок с постоянной скоростью вверх по наклонной

6. Измерьте с помощью линейки путь S,который проделал брусок, и высоту h

7. Измерьте силу тяги F

Сделайте вычисления

1. Вычислите полезную работу по формуле Апh, а затраченную – по формуле Аз=FS.

2. Определите КПД наклонной плоскости по формуле:

3. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

F,H

Р, Н

Аз, Дж

Аз =Fs

S, м

h,м

Ап, Дж

Ап=Ph

h= Ап/ Аз×100%

  1. Итог урока

  1. Задание на дом — § 73, стр. 198, задачу разобрать и записать в тетрадь

Что такое совершенная работа в физике. Механическая работа

Каждое тело, совершающее движение, можно охарактеризовать работой. Иными словами, она характеризует действие сил.

Работа определяется как:
Произведение модуля силы и пути пройденного телом, умноженное на косинус угла между направлением силы и движения.

Работа измеряется в Джоулях:
1 [Дж] = = [кг* м2/c2]

К примеру, тело A под действием силы в 5 Н, прошло 10 м. Определить работу совершенную телом.

Так как направление движения и действия силы совпадают, то угол между вектором силы и вектором перемещения будет равен 0°. Формула упроститься, потому что косинус угла в 0° равен 1.

Подставляя исходные параметры в формулу, находим:
A= 15 Дж.

Рассмотрим другой пример, тело массой 2 кг, двигаясь с ускорением 6 м/ с2, прошло 10 м. Определить работу проделанную телом, если оно двигалось по наклоненной плоскости вверх под углом 60°.

Для начала, вычислим какую силу нужно приложить, что бы сообщить телу ускорение 6 м/ с2.

F = 2 кг * 6 м/ с2 = 12 H.
Под действием силы 12H, тело прошло 10 м. Работу можно вычислить по уже известной формуле:

Где, а равно 30°. Подставляя исходные данные в формулу получаем:
A= 103, 2 Дж.

Мощность

Множество машин механизмов выполняют одну и ту же работу за различный промежуток времени. Для их сравнения вводится понятие мощности.
Мощность – это величина, показывающая объем работы выполненный за единицу времени.

Мощность измеряется в Ватт, в честь Шотландского инженера Джеймса Ватта.
1 [Ватт] = 1 [Дж/c].

К примеру, большой кран поднял груз весом 10 т на высоту 30 м за 1 мин. Маленький кран на эту же высоту за 1 мин поднял 2 т кирпича. Сравнить мощности кранов.
Определим работу выполняемую кранами. Груз поднимается на 30м, при этом преодолевая силу тяжести, поэтому сила, затрачиваемая на поднятие груза, будет равна силе взаимодействия Земли и груза(F = m * g). А работа – произведению сил на расстояние пройденное грузами, то есть на высоту.

Для большого крана A1 = 10 000 кг * 30 м * 10 м / с2 = 3 000 000 Дж, а для маленького A2 = 2 000 кг * 30 м * 10 м / с2 = 600 000 Дж.
Мощность можно вычислить, разделив работу на время. Оба крана подняли груз за 1 мин (60 сек).

Отсюда:
N1 = 3 000 000 Дж/60 c = 50 000 Вт = 50 кВт.
N2 = 600 000 Дж/ 60 c = 10 000 Вт = 10 к Вт.
Из выше приведенных данных наглядно видно, что первый кран в 5 раз мощнее второго.

Практически все, не задумываясь, ответят: во втором. И будут неправы. Дело обстоит как раз наоборот. В физике механическая работа описывается следующими определениями: механическая работа совершается тогда, когда на тело действует сила, и оно движется. Механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и пройденному пути.

Формула механической работы

Определяется механическая работа формулой:

где A – работа, F – сила, s – пройденный путь.

ПОТЕНЦИА́Л (потенциальная функция), понятие, характеризующее широкий класс физических силовыхполей (электрических, гравитационных и т. п.) и вообще поля физических величин, представляемыхвекторами (поле скоростей жидкости и т. п.). В общем случае потенциал векторного поля a(x ,y ,z ) — такаяскалярная функция u (x ,y ,z ), что a=grad

35. Проводники в электрическом поле. Электроемкость. Проводники в электрическом поле. Проводники — это вещества, характеризующиеся наличием в них боль­шого количества свободных носителей зарядов, способ­ных перемещаться под действием электрического поля. К проводникам относятся металлы, электролиты, уголь. В металлах носителями свободных зарядов являются электроны внешних оболочек атомов, которые при взаи­модействии атомов полностью утрачивают связи со «своими» атомами и становятся собственностью всего проводника в целом. Свободные электроны участвуют в тепловом движении подобно молекулам газа и могут перемещаться по металлу в любом направлении. Электри́ческая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд. В теории электрических цепей ёмкостью называют взаимную ёмкость между двумя проводниками; параметр ёмкостного элемента электрической схемы, представленного в виде двухполюсника. Такая ёмкость определяется как отношение величины электрического заряда к разности потенциалов между этими проводниками

36. Емкость плоского конденсатора.

Емкость плоского конденсатора.

Т.о. емкость плоского конденсатора зависит только от его размеров, формы и диэлектрической проницаемости. Для создания конденсатора большой емкости необходимо увеличить площадь пластин и уменьшить толщину слоя диэлектрика.

37. Магнитное взаимодействие токов в вакууме. Закон Ампера. Закон Ампера. В 1820 году Ампер (французский ученый (1775-1836)) установил экспериментально закон, по которому можно рассчитать силу, действующую на элемент проводника длины с током .

где – вектор магнитной индукции,– вектор элемента длины проводника, проведенного в направлении тока.

Модуль силы , где– угол между направлением тока в проводнике и направлением индукции магнитного поля.Для прямолинейного проводника длиной с токомв однородном поле

Направление действующей силы может быть определено с помощью правила левой руки :

Если ладонь левой руки расположить так, чтобы нормальная (к току) составляющая магнитного поля входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца направлены вдоль тока, то большой палец укажет направление, в котором действует сила Ампера.

38.Напряженность магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа Напряжённость магни́тного по́ля (стандартное обозначение Н ) — векторная физическая величина , равная разности вектора магнитной индукции B и вектора намагниченности J .

В Международной системе единиц (СИ) : где-магнитная постоянная .

Закон БСЛ. Закон, определяющий магнитное поле отдельного элемента тока

39. Приложения закона Био-Савара-Лапласа. Для поля прямого тока

Для кругового витка.

И для соленоида

40. Индукция магнитного поля Магнитное поле характеризуется векторной величиной, которая носит название индукции магнитного поля (векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в данной точке пространства). МИ. (В) это не сила, действующая на проводники, это величина, которая находится через данную силу по следующей формуле: B=F / (I*l) (Словестно: Модуль вектора МИ. (B) равен отношению модуля силы F, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к силе тока в проводнике I и длине проводника l . Магнитная индукция зависит только от магнитного поля. В связи с этим индукцию можно считать количественной характеристикой магнитного поля. Она определяет, с какой силой(Сила Лоренца) магнитное поле действует назаряд, движущийся со скоростью.2/R играет роль центростремительной силы. Период обращения равен T=2пиR/V=2пиm/qB и он не зависит от скорости частицы (Это справедливо только при V

Сила Л. определяется соотношением: Fл = q·V·B·sina (q — величина движущегося заряда; V — модуль его скорости; B — модуль вектора индукции магнитного поля; aльфа — угол между вектором V и вектором В) Сила Лоренца перпендикулярна скорости и поэтому она не совершает работы, не изменяет модуль скорости заряда и его кинетической энергии. Но направление скорости изменяется непрерывно. Сила Лоренца перпендикулярна векторам В и v , и её направление определяется с помощью того же правила левой руки, что и направление силы Ампера: если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции В, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на заряд силы Лоренца F л.

Обратите внимание, что у работы и энергии одинаковые единицы измерения. Это означает, что работа может переходить в энергию. Например, для того, чтобы тело поднять на некоторую высоту, тогда оно будет обладать потенциальной энергией , необходима сила, которая совершит эту работу. Работа силы по поднятию перейдет в потенциальную энергию.

Правило определения работы по графику зависимости F(r): работа численно равна площади фигуры под графиком зависимости силы от перемещения.


Угол между вектором силы и перемещением

1) Верно определяем направление силы, которая выполняет работу; 2) Изображаем вектор перемещения; 3) Переносим вектора в одну точку, получаем искомый угол.


На рисунке на тело действуют сила тяжести (mg), реакция опоры (N), сила трения (Fтр) и сила натяжения веревки F, под воздействием которой тело совершает перемещение r.

Работа силы тяжести


Работа реакции опоры


Работа силы трения


Работа силы натяжения веревки



Работа равнодействующей силы

Работу равнодействующей силы можно найти двумя способами: 1 способ — как сумму работ (с учетом знаков «+» или «-«) всех действующих на тело сил, в нашем примере
2 способ — в первую очередь найти равнодействующую силу, затем непосредственно ее работу, см. рисунок


Работа силы упругости

Для нахождения работы, совершенной силой упругости, необходимо учесть, что эта сила изменяется, так как зависит от удлинения пружины. Из закона Гука следует, что при увеличении абсолютного удлинения, сила увеличивается.

Для расчета работы силы упругости при переходе пружины (тела) из недеформированного состояния в деформированное используют формулу

Мощность

Скалярная величина, которая характеризует быстроту выполнения работы (можно провести аналогию с ускорением , которое характеризует быстроту изменения скорости). Определяется по формуле

Коэффициент полезного действия

КПД — это отношение полезной работы, совершенной машиной, ко всей затраченной работе (подведенной энергии) за то же время

Коэффициент полезного действия выражается в процентах. Чем ближе это число к 100%, тем выше производительность машины. Не может быть КПД больше 100, так как невозможно выполнить больше работы, затратив меньше энергии.

КПД наклонной плоскости — это отношение работы силы тяжести, к затраченной работе по перемещению вдоль наклонной плоскости.

Главное запомнить

1) Формулы и единицы измерения;
2) Работу выполняет сила;
3) Уметь определять угол между векторами силы и перемещения

Если работа силы при перемещении тела по замкнутому пути равна нулю, то такие силы называют консервативными или потенциальными . Работа силы трения при перемещении тела по замкнутому пути никогда не равна нулю. Сила трения в отличие от силы тяжести или силы упругости является неконсервативной или непотенциальной .

Есть условия, при которых нельзя использовать формулу
Если сила является переменной, если траектория движения является кривой линией. В этом случае путь разбивается на малые участки, для которых эти условия выполняются, и подсчитать элементарные работы на каждом из этих участков. Полная работа в этом случае равна алгебраической сумме элементарных работ:

Значение работы некоторой силы зависит от выбора системы отсчета.

Коэффициент полезного действия показывает отношение полезной работы, которая выполняется механизмом или устройством, к затраченной. Часто за затраченную работу принимают количество энергии, которое потребляет устройство для того, чтобы выполнить работу.

Вам понадобится

  1. — автомобиль;
  2. — термометр;
  3. — калькулятор.

Инструкция

  1. Для того чтобы рассчитать коэффициент полезного действия (КПД) поделите полезную работу Ап на работу затраченную Аз, а результат умножьте на 100% (КПД=Ап/Аз∙100%). Результат получите в процентах.
  2. При расчете КПД теплового двигателя, полезной работой считайте механическую работу, выполненную механизмом. За затраченную работу берите количество теплоты, выделяемое сгоревшим топливом, которое является источником энергии для двигателя.
  3. Пример. Средняя сила тяги двигателя автомобиля составляет 882 Н. На 100 км пути он потребляет 7 кг бензина. Определите КПД его двигателя.6∙7)∙100%=30%.
  4. В общем случае чтобы найти КПД, любой тепловой машины (двигателя внутреннего сгорания, парового двигателя, турбины и т.д.), где работа выполняется газом, имеет коэффициент полезного действия равный разности теплоты отданной нагревателем Q1 и полученной холодильником Q2, найдите разность теплоты нагревателя и холодильника, и поделите на теплоту нагревателя КПД= (Q1-Q2)/Q1. Здесь КПД измеряется в дольных единицах от 0 до 1, чтобы перевести результат в проценты, умножьте его на 100.
  5. Чтобы получить КПД идеальной тепловой машины (машины Карно), найдите отношение разности температур нагревателя Т1 и холодильника Т2 к температуре нагревателя КПД=(Т1-Т2)/Т1. Это предельно возможный КПД для конкретного типа тепловой машины с заданными температурами нагревателя и холодильника.
  6. Для электродвигателя найдите затраченную работу как произведение мощности на время ее выполнения. Например, если электродвигатель крана мощностью 3,2 кВт поднимает груз массой 800 кг на высоту 3,6 м за 10 с, то его КПД равен отношению полезной работы Ап=m∙g∙h, где m – масса груза, g≈10 м/с² ускорение свободного падения, h – высота на которую подняли груз, и затраченной работы Аз=Р∙t, где Р – мощность двигателя, t – время его работы. Получите формулу для определения КПД=Ап/Аз∙100%=(m∙g∙h)/(Р∙t) ∙100%=%=(800∙10∙3,6)/(3200∙10) ∙100%=90%.

Какая формула у полезной работы?

Используя тот или иной механизм, мы совершаем работу, всегда превышающую ту, которая необходима для достижения поставленной цели. В соответствии с этим различают полную или затраченную работу Аз и полезную работу Ап. Если, например, наша цель-поднять груз массой m на высоту Н, то полезная работа — это та, которая обусловлена лишь преодолением силы тяжести, действующей на груз. При равномерном подъеме груза, когда прикладываемая нами сила равна силе тяжести груза, эта работа может быть найдена следующим образом:
Ап =FH= mgH

Что такое работа в физике определение формула. нн

Виктор Чернобровин

В физике «механической работой» называют работу какой-нибудь силы (силы тяжести, упругости, трения и т. д.) над телом, в результате действия которой тело перемещается. Иногда можно встретить выражение » тело совершило работу», что в принципе означает «сила, действующая на тело, совершила работу».

Евгений Макаров

Работа есть физическая величина, численно равная произведению силы на перемещение в направлении действия этой силы и ей же вызванное.
Соответственно формула A = F*s. Если перемещение по направлению не совпадает с направлением действия силы, то появляется косинус угла.

Aysha Allakulova

роман воробьев

Работа — это процесс, требующий приложения умственных или физических усилий, который целью своей ставит получение определенного результата. Именно работа, как правило, определяет социальный статус человека. И является, по сути, главным двигателем прогресса в обществе. Работа, как явление, присуще только живым организмам и прежде всего человеку.

Механик

Механическая работа — это физическая величина, являющаяся скалярной количественной мерой действия силы или сил на тело или систему, зависящая от численной величины, направления силы (сил) и от перемещения точки (точек), тела или системы .

Помогите понять формулу!!

Сёма

в каждом конкретном случае мы рассматриваем разную полезную энергию, но обычно это работа или теплота, которая нас интересовала (например, работа газа по перемещению поршня) , а затраченная энергия — энергия, которую мы предали, чтобы наше всё заработало (например, энергия, выделившаяся при сгорании дров под цилиндром с поршнем, внутри которого газ, который, расширяясь совершил работу, которую мы рассмотрели как полезную)
ну как-то так должно быть

Возьмем для примера паровоз.
Чтобы паровоз прошел x км нужно затратить y тонн угля. При сгорании угля выделится всего Q1 теплоты, но не вся теплота преобразуется в полезную работу (по законам термодинамики это невозможно) . Полезная работа в данном случае — движение паровоза.
Пусть при движении на паровоз действует сила сопротивления F (она возникает вследствие трения в механизмах и из-за др. факторов) .
Так, пройдя x км, паровоз совершит работу Q2 = x*F
Таким образом,
Q1 — затраченная энергия
Q2 — полезная работа

ДельтаQ = (Q1 — Q2) — энергия, затраченная на преодоление трения, на нагревание окружающего воздуха и т. д.

Техническая Поддержка

КПД — полезная РАБОТА к затраченной.
Например, кпд=60%, на нагревание идет 60 джоулей от сгорания вещества. Это полезная работа.
Нас интересует затраченная, т. е сколько всего тепла выделилось, если на нагревание пошло 60 дж.
Распишем.

КПД=Апол/Азатр
0.6=60/Азатр
Азатр=60/0.6=100дж

Как видим, если сгорает при таком КПД вещество и при сгорании выделяется 100 ДЖ (затраченная работа) , то на нагревание пошло только 60%, то есть 60Дж (полезная работа) . Остальное тепло рассеялось.

Прохоров Антон

Надо понимать в прямом смысле: Если речь идет о тепловой энергии, то затраченной считаем ту энергию, которую дает топливо, а полезной считаем ту энергию, которую сумели использовать для достижения своей цели, например, какую энергию получила кастрюля с водой.
Полезная энергия всегда меньше затраченной!

Futynehf

КПД коэффициент полезного действия вырожается в процентах, характеризует процент который пошел на полезную работу от всего затраченного. Проще затраченная энергия это энергия полезная + энергия потерь тепла в системе (если речь идет о тепле и т д) трения. тепло с выхлопными газами если имеется в виду автомобиль

Формула кпд? работа полезная и полная?

Орбитальная группировка

Коэффициент полезного действия
Коэффициент полезного действия
(кпд) , характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии; определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно h = Wполная/Wcyммарная.
В электрических двигателях кпд — отношение совершаемой (полезной) механической работы к электрической энергии, получаемой от источника; в тепловых двигателях — отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты; в электрических трансформаторах — отношение электромагнитной энергии, получаемой во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой первичной обмоткой. Для вычисления кпд разные виды энергии и механическая работа выражаются в одинаковых единицах на основе механического эквивалента теплоты, и др. аналогичных соотношений. В силу своей общности понятие кпд позволяет сравнивать и оценивать с единой точки зрения такие различные системы, как атомные реакторы, электрические генераторы и двигатели, теплоэнергетические установки, полупроводниковые приборы, биологические объекты и т. д.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Работа_силы
Поле́зная нагру́зка — термин, который применяется в очень многих областях науки и техники.
Часто вводится параметр «эффективности» , как отношение «веса» полезной нагрузки к полному «весу» системы. При этом «вес» может измеряться как в килограммах/тоннах, так и битах (при передаче пакетов по сети) , или минутах/часах (при расчёте эффективности процессорного времени) , или в других единицах.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Полезная_нагрузка

Что такое полезная работа,а что такое затраченная?

Bладимир Попов

Используя тот или иной механизм, мы совершаем работу, всегда превышающую ту, которая необходима для достижения поставленной цели. В соответствии с этим различают полную илизатраченную работу Аз и полезную работу Ап. Если, например, наша цель-поднять груз массой ш на высоту Н, то полезная работа — это та, которая обусловлена лишь преодолением силы тяжести, действующей на груз. При равномерном подъеме груза, когда прикладываемая нами сила равна силе тяжести груза, эта работа может быть найдена следующим образом:

Если же мы применяем для подъема груза блок или какой- либо другой механизм, то, кроме силы тяжести груза, нам приходится преодолевать еще и силу тяжести частей механизма, а также действующую в механизме силу трения. Например, используя подвижный блок, мы вынуждены будем совершать дополнительную работу по подъему самого блока с тросом и по преодолению силы трения в оси блока. Кроме того, выигрывая в силе, мы всегда проигрываем в пути (об этом подробнее будет рассказано ниже) , что также влияет на работу. Все это приводит к тому, что затраченная нами работа оказывается больше полезной:
Аз > Ап.
Полезная работа всегда составляет лишь некоторую часть полной работы, которую совершает человек, используя механизм.
Физическая величина, показывающая, какую долю составляет полезная работа от всей затраченной работы, называется коэффициентом полезного действия механизма.

Великолепная

Кпд (коэффициент полезного действия) показывает какую долю от всей затраченной работы составляет полезная работа.
Чтобы найти кпд, надо найти отношение полезной работы к затраченной:

Прежде чем раскрывать тему «В чём измеряется работа», необходимо сделать небольшое отступление. Всё в этом мире подчиняется законам физики. Каждый процесс или явление можно объяснить на основе тех или иных законов физики. Для каждой измеряемой величины существует единица, в которой её принято измерять. Единицы измерения являются неизменными и имеют единое значение во всём мире.

Причиной этого является следующее. В тысяча девятьсот шестидесятом году на одиннадцатой генеральной конференции по мерам и весам была принята система измерений, которая признана во всём мире. Эта система получила наименование Le Système International d’Unités, SI (СИ система интернационал). Эта система стала базовой для определений принятых во всём мире единиц измерения и их соотношения.

Физические термины и терминология

В физике единица измерения работы силы называется Дж (Джоуль), в честь английского учёного физика Джеймса Джоуля, сделавшего большой вклад в развитие раздела термодинамики в физике. Один Джоуль равен работе, совершаемой силой в один Н (Ньютон), при перемещении её приложения на один М (метр) в направлении действия силы. Один Н (Ньютон) равен силе, массой в один кг (килограмм), при ускорении в один м/с2 (метр в секунду) в направлении силы.

К сведению. В физике всё взаимосвязано, выполнение любой работы связано с выполнением дополнительных действий. В качестве примера можно взять бытовой вентилятор. При включении вентилятора в сеть лопасти вентилятора начинают вращаться. Вращающиеся лопасти воздействуют на поток воздуха, придавая ему направленное движение. Это является результатом работы. Но для выполнения работы необходимо воздействие других сторонних сил, без которых выполнение действия невозможно. К ним относятся сила электрического тока, мощность, напряжение и многие другие взаимосвязанные значения.

Электрический ток, по своей сути, – это упорядоченное движение электронов в проводнике в единицу времени. В основе электрического тока лежит положительно или отрицательно заряжённые частицы. Они носят название электрических зарядов. Обозначается буквами C, q, Кл (Кулон), названо в честь французского учёного и изобретателя Шарля Кулона. В системе СИ является единицей измерения количества заряженных электронов. 1 Кл равен объёму заряженных частиц, протекающих через поперечное сечение проводника в единицу времени. Под единицей времени подразумевается одна секунда. Формула электрического заряда представлена ниже на рисунке.

Сила электрического тока обозначается буквой А (ампер). Ампер – это единица в физике, характеризующая измерение работы силы, которая затрачивается для перемещения зарядов по проводнику. По своей сути, электрический ток – это упорядоченное движение электронов в проводнике под воздействием электромагнитного поля. Под проводником подразумевается материал или расплав солей (электролит), имеющий небольшую сопротивляемость прохождению электронов. На силу электрического тока влияют две физические величины: напряжение и сопротивление. Они будут рассмотрены ниже. Сила тока всегда прямо пропорциональна по напряжению и обратно пропорциональна по сопротивлению.

Как было сказано выше, электрический ток – это упорядоченное движение электронов в проводнике. Но есть один нюанс: для их движения нужно определённое воздействие. Это воздействие создаётся путём создания разности потенциалов. Электрический заряд может быть положительным или отрицательным. Положительные заряды всегда стремятся к отрицательным зарядам. Это необходимо для равновесия системы. Разница между количеством положительно и отрицательно заряжённых частиц называется электрическим напряжением.

Мощность – это количество энергии, затрачиваемое на выполнение работы в один Дж (Джоуль) за промежуток времени в одну секунду. Единицей измерения в физике обозначается как Вт (Ватт), в системе СИ W (Watt). Так как рассматривается мощность электрическая, то здесь она является значением затраченной электрической энергии на выполнение определённого действия в промежуток времени.

Поделитесь статьей с друзьями:

Похожие статьи

| Олимпиада по физике с решениями

8 класс

1. При помощи подвижного блока груз массой 20 кг был поднят на высоту 5 м. Определите КПД механизма, если к концу троса было приложено усилие 200 Н.

Решение

Для определения КПД необходимо найти полезную и совершенную работы. Полезная работа, необходимая для подъема груза, равна , где. Тогда . Совершенная работа определяется по формуле , где s – перемещение веревки. Так как используется подвижный блок, то согласно «золотому правилу механики» . Тогда . КПД найдем по формуле . Рассчитаем:

Критерий оценивания (по 1 баллу)

1)  Определение силы тяжести груза.

2)  Определение полезной работы, необходимой для подъема груза.

3)  Определение перемещения веревки.

4)  Определение совершенной работы.

5)  Записана формула для КПД.

6)  Расчет КПД.

2.  Дайте физическое обоснование пословице: «Коси коса пока роса, роса долой и мы домой».

Решение

Роса увеличивает массу стебля. Поэтому при ударе косой он в меньшей степени изгибается, и коса сразу срезает его.

Роса создает смазку и уменьшает силу трения, когда при обратном движении косы она скользит по траве.

Критерий оценивания (по 1 баллу)

1)  Установлена зависимость изменения скорости частей стебля от их массы.

2)  Установлена зависимость деформации стебля от изменения скорости его частей.

3)  Установлена зависимость результата действия силы от деформации стебля.

4)  Установлена зависимость силы трения от смазки.

5)  Установлено возникновение трения при обратном движении косы.

6)  Установлено скольжение косы по траве.

3.  Во льдах Арктики в центре небольшой плоской льдины стоит белый медведь массой m = 700 кг. Какой массы должна быть льдина, чтобы медведь не замочил своих лап?

Решение

Чтобы медведь не замочил лап, льдина должна быть на плаву, погрузившись полностью в воду. При этом сила тяжести, действующая на льдину с медведем, равна выталкивающей силе, действующей на льдину, т. е. FT1+FT2=FA, где . Объем льдины V можно определить по формуле .где mл и ρл – масса и плотность льдины. Сила тяжести, действующая на льдину с медведем равна . Применяя условие плавания тела, получим: . После алгебраических преобразований найдем массу льдины: . Расчеты дают:.

Критерий оценивания (по 1 баллу)

1)  Записано условие плавания тел.

2)  Записана формула для определения силы Архимеда.

3)  Определен объем круга.

4)  Записана формула для определения общей силы тяжести, действующей на круг с человеком.

5)  Получена расчетная формула для определения массы круга.

6)  Произведен расчет массы круга.

4.  Школьники побывали в музее-имении Л. Н. Толстого «Ясная поляна» и возвращались в Рязань на автобусах, которые ехали со скоростью v1 = 70 км/ч. Пошел дождь, и водители снизили скорость до v2 = 60 км/ч. Когда дождь кончился, до Рязани оставалось проехать S = 40 км. Автобусы поехали со скоростью v3 = 75 км/ч и въехали в Рязань в точно запланированное время. Сколько времени шел дождь? Чему равна средняя скорость автобуса? Для упрощения считайте, что автобусы в пути не останавливались.

Решение

Средняя скорость автобуса – это отношение пройденного пути к затраченному времени. Так как расстояние от «Ясной поляны» до Рязани из-за дождя не изменилось, и время, проведенное школьниками в автобусе, также не изменилось (потому что автобусы въехали в Рязань в точно запланированное время), то средняя скорость совпадает с начальной скоростью vср = 70 км/ч.

Пусть дождь шел в течение времени t. Тогда путь, пройденный за это время, составил v2·t. Время, за которое после дождя автобусы проехали оставшееся расстояние, равно S/v3. Ясно, что время, затраченное автобусами с момента начала дождя до прибытия в Рязань, должно равняться времени, которое потребовалось бы для преодоления того же расстояния с начальной скоростью v1:

.

Отсюда находим время, в течение которого шел дождь:

Критерий оценивания (по 1 баллу)

1)  Определена средняя скорость.

2)  Выражено время прохождения отдельных участков пути.

3)  Установлено равенство времени движения с момента начала дождя до прибытия в Рязань и времени, которое потребовалось бы для преодоления того же расстояния с начальной скоростью v1. (2 балла).

4)  Получена формула для расчета времени, в течение которого шел дождь.

5)  Расчет времени, в течение которого шел дождь.

9 класс

1.Найдите отношение масс спирта и бензина в смеси, удельная теплота сгорания которой q0=41 МДж/кг. Удельная теплота сгорания бензина, q1=44 МДж/кг, а удельная теплота сгорания спирта q2=26 МДж/кг.

Решение

Количество теплоты, выделяемое при сгорании смеси равно количеству теплоты, выделяемому при сгорании спирта и бензина, содержащихся в смеси, т. е. Q0=Q1+Q2. Смесь, сгорая, выделяет , бензин — , спирт . Тогда . Разделим обе части уравнения на m1 и получим . Расчет дают .

Критерий оценивания (по 1 баллу)

1.  Установлена связь между количествами теплоты, выделяемыми смесью, и компонентами её частей.

2.  Определена масса смеси как сумма масс её компонентов.

3.  Записаны формулы для количеств теплоты, выделенных при сгорании топлива.

4.  Выражена масса спирта или разделено уравнение на массу бензина.

5.  Получена формула отношения масс.

6.  Произведен расчет.

2.Сварочный аппарат присоединяют в сеть напряжением 380В медными проводами длиной 100 м и площадью поперечного сечения 50 мм2. Определите мощность сварочного аппарата, если сила тока в нем 125 А.

Удельное сопротивление меди равно 0,017 Ом мм2/м.

Решение.

Сопротивление проводов определяется по формуле . Напряжение на проводах равно Uп=IR. Тогда напряжение на сварочном аппарате Uc= U-Uп, и его мощность P=IUс, или

Произведенный расчет дает значение

Критерии оценивания (по 1 баллу)

1.  Определено сопротивление проводов

2.  Определено напряжение на проводах

3.  Определено напряжение на сварочном аппарате

4.  Определена мощность сварочного аппарата

5.  Получена расчетная формула

6.  Произведен расчет по формуле или по действиям.

3.Во льдах Арктики в центре небольшой плоской льдины площадью S = 70 м2 стоит белый медведь массой m = 700 кг. При этом надводная часть льдины выступает над поверхностью воды на высоту h = 10 см. На какой глубине под водой находится нижняя поверхность льдины? Плотность воды rв = 1000 кг/м3, плотность льда rл = 900 кг/м3.

Решение

Обозначим через x искомую глубину. Тогда масса льдины равна m=ρЛ∙V, где V=S(h+x). Сила тяжести, действующая на льдину с медведем, равна:

Fт =g[m + rлS(h + x)]. Она должна равняться силе давления воды на нижнюю поверхность льдины, находящуюся на глубине x (силе Архимеда): FА =rвgVп, где Vп=xS, поскольку льдина находится в состоянии равновесия. Отсюда получаем: . Произведенный расчет дает значение .

Критерии оценивания (по 1 баллу)

1.  Определена масса льдины

2.  Определена общая сила тяжести

3.  Определена сила Архимеда

4.  Применено условие плавания тел

5.  Получена расчетная формула

6.  Произведен расчет по формуле.

4. В калориметр с водой при температуре 20°С опустили тело массой 152 г при температуре 100°С. Температура поднялась до 30°С. Не вынимая тело, в сосуд налили 100 г воды при 100°С, при этом температура поднялась до 60°С. Определите удельную теплоемкость тела. Теплоемкостью калориметра не пренебрегать. Удельная теплоемкость воды 4200.

Решение

Калориметр с водой получают количество теплоты, равное , где С – теплоемкость калориметра, c, m – удельная теплоемкость и масса воды, находящейся в калориметре. Тело, опущенное в воду, отдает количество теплоты, равное , где c1, m1, t1 — удельная теплоемкость, масса и начальная температура тела. Запишем уравнение теплового баланса для первого процесса Q1+Q2=0, т. е.

(C+cm)(t-t0) = c1 m1 (t-t1). Отсюда можно выразить C+cm= (1).

После доливания горячей воды, которая отдаст количество теплоты, равное, где m2, t2 — масса и начальная температура горячей воды, а tk – конечная температура, содержимое калориметра получит количество теплоты, равное. Запишем уравнение теплового баланса для второго процесса Q3+Q4=0, т. е. (2).

Подставив первое выражение во второе, получим расчетную формулу:

. При расчете получим:

Критерии оценивания (по 1 баллу).

1.  Записаны уравнения количеств теплоты, которые получат калориметр с водой, и отдаст тело, опущенное в воду.

2.  Записано уравнение количества теплоты, которое отдаст после доливания горячая вода.

3.  Записано уравнение количества теплоты, которое получит после доливания горячей воды содержимое калориметра.

4.  Записано уравнение теплового баланса для первого и второго процессов.

5.  Получена расчетная формула.

6.  Произведен расчет по формуле.

10 класс

1. Мотоциклист, начав движение из состояния покоя, едет с постоянным ускорением 0,8 м/с2. Какой путь он пройдет за десятую секунду своего движения.

Решение

I способ

За десятую секунду мотоциклист прошел путь, равный разности путей, пройденных за десять и девять секунд, т. е. S =S10 – S9. Поскольку V0 = 0, ; , где t10 = 10 c, а t9 = 9 с. Тогда При расчете получим: S = 9,5∙0,8 = 7,6 (м).

II способ

Путь, пройденный мотоциклистом за десятую секунду, можно определить так: S = Vср∙t, где t=1 с, а Vср = , так как движение равноускореное.

V = at10 – скорость, приобретенная к концу десятой секунды,

V0 = at9 — скорость, приобретенная к концу девятой секунды, поскольку V0=0. Тогда . При расчете получим: S = 9,5∙0,8 = 7,6 (м).

Критерии оценивания (по 1 баллу).

I способ

1.  Выражение пути, пройденного мотоциклистом за 10-ю секунду через пути, пройденные за десять и девять секунд. (2 балла)

2.  Определение пути, пройденного за 10 с.

3.  Определение пути, пройденного за 9 с.

4.  Получение расчетной формулы.

5.  Произведен расчет по формуле или по действиям.

II способ (по 1 баллу)

1.  Выражение пути, пройденном мотоциклистом за 10-ю секунду через среднюю скорость.

2.  Определение средней скорости равноускоренного движения.

3.  Определение начальной скорости на последней секунде.

4.  Определение конечной скорости на последней секунде.

5.  Получена расчетная формула

6.  Произведен расчет по формуле или по действиям.

2. Найдите отношение масс спирта и бензина в смеси, удельная теплота сгорания которой q0=41 МДж/кг. Удельная теплота сгорания бензина, q1=44 МДж/кг, а удельная теплота сгорания спирта q2=26 МДж/кг.

Решение

Количество теплоты, выделяемое при сгорании смеси равно количеству теплоты, выделяемому при сгорании спирта и бензина, содержащихся в смеси, т. е. Q0=Q1+Q2. Смесь, сгорая, выделяет , бензин — , спирт . Тогда . Разделим обе части уравнения на m1 и получим . Расчет дают .

Критерий оценивания

1.  Установлена связь между количествами теплоты, выделяемыми смесью, и компонентами её частей.

2.  Определена масса смеси как сумма масс её компонентов.

3.  Записаны формулы для количеств теплоты, выделенных при сгорании топлива.

4.  Выражена масса спирта или разделено уравнение на массу бензина.

5.  Получена формула отношения масс.

6.  Произведен расчет.

3. Моток проволоки имеет сопротивление 1000 Ом. Максимальный ток, который выдерживает данная проволока, равен . Какой максимальной тепловой мощности нагреватель можно изготовить из данной проволоки, если он будет включаться в розетку с напряжение 220В.

Решение

Максимальная тепловая мощность нагревателя опреднляется по формуле: , Минимальное сопротивление нагреватель будет иметь, если проводники, из которых он состоит соединить параллельно, т. е. , где R1 – сопротивление каждого из n кусков проволоки, которые соединены параллельно. Если моток разрезали на n частей, то сопротивление одной проволоки равно Тогда Т. к. извесен максимальный ток, который выдерживает данная проволока, то сила тока в нагревателе будет равна и , тогда .

т. е моток проволоки нужно разрезать на части.

Тогда .

Критерии оценивания (по 1 баллу).

1.  Записана формула площади с анализом max значения.

2.  Выяснение условий минимальности R. (2 балла).

3.  Учёт max значения тока в проволоке.

4.  Определения числа кусков, соединённых параллельно.

5.  Расчёт max мощности.

4.  В калориметр с водой при температуре 20°С опустили тело массой 152 г при температуре 100°С. Температура поднялась до 30°С. Не вынимая тело, в сосуд налили 100 г воды при 100°С, при этом температура поднялась до 60°С. Определите удельную теплоемкость тела. Теплоемкостью калориметра не пренебрегать. Удельная теплоемкость воды 4200.

Решение

Калориметр с водой получают количество теплоты, равное , где С – теплоемкость калориметра, c, m – удельная теплоемкость и масса воды, находящейся в калориметре. Тело, опущенное в воду, отдает количество теплоты, равное , где c1, m1, t1 — удельная теплоемкость, масса и начальная температура тела. Запишем уравнение теплового баланса для первого процесса Q1+Q2=0, т. е.

(C+cm)(t-t0) = c1 m1 (t-t1). Отсюда можно выразить C+cm= (1).

После доливания горячей воды, которая отдаст количество теплоты, равное, где m2, t2 — масса и начальная температура горячей воды, а tk – конечная температура, содержимое калориметра получит количество теплоты, равное. Запишем уравнение теплового баланса для второго процесса Q3+Q4=0, т. е. (2).

Подставив первое выражение во второе, получим расчетную формулу:

. При расчете получим:

Критерии оценивания (по 1 баллу).

1.  Записаны уравнения количеств теплоты, которые получат калориметр с водой, и отдаст тело, опущенное в воду.

2.  Записано уравнение количества теплоты, которое отдаст после доливания горячая вода.

3.  Записано уравнение количества теплоты, которое получит после доливания горячей воды содержимое калориметра.

4.  Записано уравнение теплового баланса для первого и второго процессов.

5.  Получена расчетная формула.

6.  Произведен расчет по формуле.

11 класс

1.  Груз массой m лежит на клине с углом наклона . С каким ускорением необходимо перемещать клин по горизонтальной поверхности, чтобы груз начал скользить по клину вверх? Коэффициент трения между грузом и поверхностью клина равен 0,1.

Решение

До скольжения сила трения покоя направлена вверх вдоль наклонной плоскости и не превышает максимального значения силы трения покоя, т. е.

Найдем значение ускорения а0. при котором груз еще не скользит по клину вверх при перемещении клина с ускорением по горизонтальной поверхности, По второму закону Ньютона:

.

Перейдя к проекциям на координатные оси и дописав уравнение для силы трения, получим:

Решая полученную систему уравнений, найдем а0:

Скольжение начнется при , т. е.

При расчете получим:

Критерии оценивания (по 1 баллу).

1.  Представлен чертеж с указанием сил и выбором системы отсчета.

2.  Определены условия скольжения и покоя, значение силы трения.

3.  Записан второй закон Ньютона в векторной форме.

4.  Записан второй закон Ньютона в проекциях на координатные оси.

5.  Решение полученной системы уравнений и неравенств.

6.  Произведен расчет по формуле.

2. С одноатомным газом совершен цикл, изображенный на рисунке 2.

Определите КПД цикла,

P

5p0 2 3

p0 1

0 V0 2V0 V

Рис. 2

Решение

КПД цикла определяется по формуле: .

Работа, совершенная газом, численно равна площади треугольника: .

Найдём, в каких процессах газ получает тепло:

1-2: , т. е. .

Температура возрастает, следовательно, Q поглощается.

2-3: pconst, V3>V2T3>T2Q поглощается.

3-1: Vconst, p3>p1 T3>T1Q выделяется.

Таким образом, тепло полученное газом, равно: .

Из первого закона термодинамики

и .

Найдем изменение внутренней энергии одноатомного газа в процессе 1 — 2 — 3: , т. к. по закону Менделеева-Клапейрона .

Работа, совершенная газом на участке 1 — 2, численно равна площади трапеции

,

а на участке 2-3 равна площади прямоугольника ,

Тогда и

.

Критерии оценивания (по 1 баллу).

1.  Анализ процессов с указанием направления теплопередачи.

2.  Применение 1-го закона термодинамики для нахождения Q12 и Q23.

3.  Нахождение изменения внутренней энергии в этих процессах.

4.  Нахождение работы газа , .

5.  Определение работы, совершённой газом в циклическом процессе.

6.  Нахождения количества теплоты, полученной газом и расчёт КПД цикла.

3. Для зарядки конденсатора собрали электрическую цепь по следующей схеме (рис.3) и замкнули ключ. После зарядки энергия, запасенная конденсатором, оказалась равной 5 Дж. Сколько энергии выделилось в виде тепла в цепи?

E

R K

C

Рис. 3

Решение

После зарядки напряжение на конденсаторе равно U=E., а заряд q=cU=cE. Тогда энергия, запасенная конденсатором, будет равной .

Источник тока совершил работу по перемещению заряда .

С другой стороны, по закону сохранения энергии энергии, выделившаяся в виде тепла в цепи. Подставляя соответствующие значения в формулу, получим .

Таким образом .

Критерии оценивания (по 1 баллу).

1.  Формула энергии конденсатора.

2.  Определение соотношения между напряжением на конденсаторе после окончания зарядки и E источника тока.

3.  Применение закона сохранения энергии в виде A=Q+Wc.

4.  Определение полной работы источника тока при зарядке.

5.  Определение заряда конденсатора.

6.  Определение количества теплоты, выделенной в цепи.

4. Моток проволоки имеет сопротивление 1000 Ом. Максимальный ток, который выдерживает данная проволока, равен . Какой максимальной тепловой мощности нагреватель можно изготовить из данной проволоки, если он будет включаться в розетку с напряжение 220В.

Решение

Максимальная тепловая мощность нагревателя опреднляется по формуле: , Минимальное сопротивление нагреватель будет иметь, если проводники, из которых он состоит соединить параллельно, т. е. , где R1 – сопротивление каждого из n кусков проволоки, которые соединены параллельно. Если моток разрезали на n частей, то сопротивление одной проволоки равно Тогда Т. к. извесен максимальный ток, который выдерживает данная проволока, то сила тока в нагревателе будет равна и , тогда .

т. е моток проволоки нужно разрезать на части.

Тогда .

Критерии оценивания (по 1 баллу).

1. Записана формула площади с анализом max значения.

2. Выяснение условий минимальности R. (2 балла).

3. Учёт max значения тока в проволоке.

4. Определения числа кусков, соединённых параллельно.

5. Расчёт max мощности.

Подъемный кран поднимает груз массой 8 т на высоту 15 м. Определить время

Условие задачи:

Подъемный кран поднимает груз массой 8 т на высоту 15 м. Определить время подъема груза, если мощность двигателя крана 10 кВт, коэффициент полезного действия крана 80%.

Задача №2.8.22 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

\(m=8\) т, \(h=15\) м, \(N=10\) кВт, \(\eta=80\)%, \(t-?\)

Решение задачи:

Задачи, где идет речь о коэффициенте полезного действия (КПД) некоторого механизма, начинают решать с того, что записывают формулу-определение КПД:

\[\eta  = \frac{{{A_п}}}{{{A_з}}}\;\;\;\;(1)\]

В этой формуле \(A_п\) – полезная работа механизма, а \(A_з\) – затраченная работа.3}}} = 150\; с = 2,5\; мин\]

Ответ: 2,5 мин.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Смотрите также задачи:

2.8.21 Чему равна работа по подъему лежащей цепи массой 50 кг и длиной 2 м, если
2.8.23 Мяч бросили под углом к горизонту со скоростью 20 м/с. Найти скорость мяча
2.8.24 Какую минимальную работу необходимо совершить, чтобы лежащий на столе груз

Работа: Научное определение | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните, как объект должен быть смещен, чтобы сила, действующая на него, совершила работу.
  • Объясните, как относительные направления силы и перемещения определяют, будет ли совершенная работа положительной, отрицательной или равной нулю.

Что значит работать

Научное определение труда несколько отличается от его повседневного значения.Некоторые вещи, которые мы считаем тяжелой работой, например, написание экзамена или переноска тяжелого груза по ровной поверхности, не являются работой в том смысле, в каком ее определяют ученые. Научное определение работы раскрывает ее связь с энергией: всякий раз, когда работа выполняется, энергия передается.

Чтобы работа в научном смысле была совершена, должна быть приложена сила и должно быть движение или смещение в направлении силы.

Формально работа , совершаемая над системой постоянной силой, определяется как произведение составляющей силы в направлении движения, умноженной на расстояние, на котором действует сила .Для одностороннего движения в одном измерении это выражается в форме уравнения как W = | Ф | (cos θ ) | d |, где W — работа, d — перемещение системы, а θ — угол между вектором силы F и вектором смещения d , как на рис. 1. также можно записать как W = Fd cos θ .

Чтобы найти работу, совершаемую над системой, совершающей движение не в одном направлении или в двух или трех измерениях, мы делим движение на односторонние одномерные сегменты и суммируем работу, выполненную на каждом сегменте.

Что такое работа?

Работа, совершаемая над системой постоянной силой, равна произведению составляющей силы, направленной в направлении движения, на расстояние, на котором действует сила . Для одностороннего движения в одном измерении это выражается в виде уравнения как W = Fd cos θ , где W — работа, F — величина силы, действующей на систему, d — величина смещения системы, а θ — угол между вектором силы F и вектором смещения d .

Рисунок 1. Примеры работы. (a) Работа, совершаемая силой F на этой газонокосилке, равна Fd cos θ . Обратите внимание, что F cos θ  – это составляющая силы в направлении движения. (b) Человек, держащий портфель, не работает над ним, потому что нет движения. Никакая энергия не передается в портфель или из него. в) Человек, перемещающий портфель горизонтально с постоянной скоростью, не совершает над ним работы и не передает ему никакой энергии.(d) Над портфелем совершается работа, когда его поднимают по лестнице с постоянной скоростью, потому что обязательно присутствует составляющая силы F в направлении движения. Энергия передается в портфель и, в свою очередь, может быть использована для выполнения работы. (e) Когда портфель опускается, энергия передается из портфеля в электрический генератор. Здесь работа, производимая над портфелем генератором, отрицательна, удаляя энергию из портфеля, потому что F и d направлены в противоположные стороны.

Чтобы понять, что означает определение работы, давайте рассмотрим другие ситуации, показанные на рисунке 1. Например, человек, держащий портфель на рисунке 1b, не работает. Здесь d = 0, поэтому W = 0. Почему вы устаёте просто держать груз? Ответ заключается в том, что ваши мышцы совершают работу друг против друга, , но они не совершают никакой работы в интересующей нас системе («система чемодан-Земля» — подробности см. в разделе «Потенциальная энергия гравитации»).Для совершения работы должно быть движение, и должна быть составляющая силы в направлении движения. Например, человек, несущий портфель на ровной поверхности на рис. 1с, не работает над ним, потому что сила перпендикулярна движению. То есть cos 90º = 0, поэтому Вт = 0,

.

Напротив, когда сила, действующая на систему, имеет составляющую в направлении движения, как на рис. 1d, работа выполняется — энергия передается портфелю.Наконец, на рисунке 1e энергия передается от портфеля к генератору. Есть два хороших способа интерпретировать эту передачу энергии. Одна интерпретация состоит в том, что вес портфеля действует на генератор, давая ему энергию. Другая интерпретация состоит в том, что генератор совершает отрицательную работу над портфелем, тем самым удаляя из него энергию. На чертеже показан последний с усилием генератора вверх на портфеле и смещением вниз. Получается, что θ = 180º, а cos 180º = −1; следовательно, W отрицательно.

Расчетная работа

Работа и энергия имеют одни и те же единицы измерения. Из определения работы мы видим, что эти единицы равны силе, умноженной на расстояние. Таким образом, в единицах СИ работа и энергия измеряются в ньютон-метрах . Ньютон-метр получает специальное название джоуль (Дж), и 1Дж = 1Н · м = 1 кг · м 2 2 . Один джоуль — это небольшое количество энергии; он поднимет небольшое 100-граммовое яблоко на расстояние около 1 метра.

Пример 1.Расчет работы, которую необходимо выполнить, чтобы толкнуть газонокосилку по большой лужайке

Какую работу совершает на газонокосилке человек на рисунке 1а, если он прикладывает постоянную силу 75,0 Н под углом 35º ниже горизонтали и толкает косилку на 25,0 м по ровной поверхности? Преобразуйте количество работы из джоулей в килокалории и сравните его со средним ежедневным потреблением этим человеком 10 000 кДж (около 2400 ккал) пищевой энергии. Одна калорий (1 кал) тепла — это количество, необходимое для нагревания 1 г воды на 1°C, и эквивалентно 4.184 Дж, а одна пищевых калорий (1 ккал) эквивалентна 4184 Дж.

Стратегия

Мы можем решить эту задачу, подставив данные значения в определение работы, выполненной системой, выраженной в уравнении W = Fd cos θ . Сила, угол и перемещение известны, так что неизвестна только работа W .

Решение

Уравнение для работы: W = Fd cos θ .{-4}\\[/латекс]

Обсуждение

Это соотношение составляет ничтожную долю того, что потребляет человек, но оно типично. Очень небольшая часть энергии, высвобождаемой при потреблении пищи, используется для выполнения работы. Даже когда мы «работаем» весь день, менее 10% энергии, потребляемой с пищей, используется для выполнения работы, а более 90% преобразуется в тепловую энергию или запасается в виде химической энергии в жире.

Резюме раздела

Работа — это передача энергии силой, действующей на объект при его перемещении.

Работа W , которую сила F совершает над объектом, является произведением величины F силы, умноженной на величину d  смещения, умноженной на косинус угла θ между ними. . В символах W = Fd cos θ .

Единицей СИ для работы и энергии является джоуль (Дж), где 1 Дж = 1 Н ⋅ м = 1 кг ⋅ м 2 2 .

Работа, совершаемая силой, равна нулю, если перемещение либо равно нулю, либо перпендикулярно силе.

Совершенная работа положительна, если сила и перемещение имеют одинаковое направление, и отрицательна, если они имеют противоположное направление.

Концептуальные вопросы

  1. Приведите пример того, что мы считаем работой в повседневных обстоятельствах, но не работой в научном смысле. Энергия передается или изменяется в форме в вашем примере? Если да, объясните, как это достигается без выполнения работы.
  2. Приведите пример ситуации, в которой есть сила и перемещение, но сила не действует.Объясните, почему не работает.
  3. Опишите ситуацию, в которой сила приложена в течение длительного времени, но не работает. Объяснять.

Задачи и упражнения

  1. Какую работу совершает кассир супермаркета над банкой супа, которую он толкает по горизонтали на 0,600 м с силой 5,00 Н? Выразите ответ в джоулях и килокалориях.
  2. Человек массой 75,0 кг поднимается по лестнице, набирая высоту 2,50 метра. Найдите работу, затраченную на выполнение этой задачи.
  3. (а) Рассчитайте работу, которую кабина лифта массой 1500 кг совершает за счет троса, чтобы поднять ее 40.0 м при постоянной скорости, полагая, что среднее трение равно 100 Н. (b) Какова работа, совершаемая силой тяжести при подъеме груза в этом процессе? в) Какова полная работа, совершенная лифтом?
  4. Предположим, что автомобиль проезжает 108 км со скоростью 30,0 м/с и расходует 2,0 галлона бензина. Только 30% бензина совершает полезную работу за счет силы, которая поддерживает движение автомобиля с постоянной скоростью, несмотря на трение. (В галлоне бензина содержится 1,2 × 10 8 Дж.) (a) Какова величина силы, приложенной для того, чтобы автомобиль двигался с постоянной скоростью? (b) Если необходимая сила прямо пропорциональна скорости, сколько галлонов потребуется, чтобы проехать 108 км со скоростью 28.0 м/с?
  5. Вычислите работу, совершаемую человеком массой 85,0 кг, который толкает ящик на высоту 4,00 м по пандусу, составляющему угол 20,0° с горизонтом. (См. рис. 2.) Он прикладывает силу 500 Н к ящику, параллельному пандусу, и движется с постоянной скоростью. Не забудьте включить работу, которую он выполняет над ящиком и над своим телом, чтобы подняться по пандусу.

    Рис. 2. Мужчина толкает ящик по пандусу.

  6. Какую работу совершает мальчик, тянущий свою сестру на расстояние 30 м в тележке, как показано на рис. 3? Предположим, что на вагон не действует трение.

    Рис. 3. Мальчик работает над системой тележки и ребенка, когда тянет их, как показано на рисунке.

  7. Покупатель толкает продуктовую тележку на 20,0 м с постоянной скоростью по ровной поверхности, преодолевая силу трения 35,0 Н. Он толкает в направлении на 25,0º ниже горизонтали. а) Какую работу совершает трение над тележкой? б) Какую работу совершает сила тяжести над тележкой? в) Какую работу совершает покупатель над тележкой? (d) Найдите силу, которую прикладывает покупатель, исходя из энергетических соображений.д) Какую работу совершила тележка?
  8. Предположим, что лыжный патруль опускает спасательные сани и пострадавшего общей массой 90,0 кг вниз по склону 60,0º с постоянной скоростью, как показано на рисунке 4. Коэффициент трения между санями и снегом равен 0,100. а) Какую работу совершает трение при движении саней по горке на 30 м? б) Какую работу совершает веревка на санях на этом расстоянии? в) Какова работа силы тяжести над салазками? г) Какова полная работа?

    Рис. 4.Спасательные сани и пострадавший спускают вниз по крутому склону.

Глоссарий

энергия:  способность выполнять работу

работа:  передача энергии силой, вызывающей перемещение объекта; произведение составляющей силы в направлении перемещения на величину перемещения

джоуль: единица СИ работы и энергии, равная одному ньютон-метру

Избранные решения задач и упражнений

1.3,00 Дж = 7,17 × 10 −4 ккал

3. (а) 5,92 × 10 5 Дж; (б) -5,88 × 10 5 Дж; в) Суммарная сила равна нулю.

5. 3,14 × 10 3 J

7. (а) -700 Дж; (б) 0; (в) 700 Дж; (г) 38,6 Н; (д) 0

Выполненная работа – определение, формула, примеры и важные часто задаваемые вопросы

В повседневной жизни мы наблюдаем различные виды работы, начиная от пробуждения и заканчивая толканием газонного катка и так далее. Вы замечаете что-то во всей работе, которую делаете ежедневно? Кроме того, есть ли что-то, что нам нужно сделать для выполнения какой-либо работы? Что ж, нужна сила.Чтобы определить, если мы толкаем коробку на некоторое расстояние «d», применяя силу «F», мы совершаем некоторую работу, и умножение Силы на «d» — это проделанная работа.

Следовательно, для каждой работы, которую мы делаем, нам нужна сила или работа выполняется, когда сила что-то двигает.

Работа по физике

Когда мы толкаем брусок с некоторой силой F, тело движется с некоторым ускорением или, кроме того, его скорость возрастает или падает в зависимости от направления силы. По мере увеличения или уменьшения скорости кинетическая энергия системы изменяется.Мы знаем, что энергия не может быть ни сформирована, ни разрушена, поэтому энергия должна быть преобразована в какую-то другую форму. В этой позиции это называется выполненной работой. Энергия уменьшается, когда завершается отрицательная энергия, и энергия увеличивается, когда завершается положительная работа. Теперь мы поймем, как определить выполненную работу.

Определение выполненной работы

Произведенная работа определяется таким образом, что она включает в себя как силы, действующие на тело, так и полное перемещение тела.

Этому блоку предшествует постоянная сила F.Цель этой силы состоит в том, чтобы переместить тело на определенное расстояние d по прямой траектории в направлении действия силы.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Теперь давайте проделаем работу по выводу.

Какая работа совершается для движения блока?

Рассмотрим блок, расположенный на горизонтальной поверхности без трения. На этот брусок действует постоянная сила F. Цель этой силы состоит в том, чтобы переместить тело на определенное расстояние по прямой траектории в направлении действия силы.

Теперь полная работа, выполненная этой силой, равна произведению величины приложенной силы на расстояние, пройденное телом. С научной точки зрения формула выполненной работы будет выглядеть так:

W = F * d

В этом случае сила, действующая на блок, постоянна, но направление силы и направление смещения под действием этой силы различны. Здесь сила F реагирует под углом θ на перемещение d.

Вт = (|F| cosθ) |d|

Мы знаем, что выполненная работа определяется как произведение величины смещения d и составляющей силы, направленной в направлении смещения.{2})\] ……..(1)

Мы знаем, что согласно третьему уравнению движения: v2 — u2= 2as …..(2)

Подставляя уравнение (2) в (1), получаем:

\[W=\frac{1}{2}m(2as)\]

\[W=m\times a \times s\]

Из уравнения второго закона Ньютона мы знаем, что F = ma (подставляя теперь о Ф).

\[W=F.s\]

Так как К.Е. это работа, совершаемая силой F, поэтому W = F.s 

Работа, совершаемая системой

При описании работы мы подчеркиваем, что система не воздействует на свое окружение.

Таким образом, мы выражаем работу как положительную, когда система прилагает какое-либо усилие к окружающей среде (т. е. энергия покидает систему). Работа отрицательна, если над системой совершается работа (т. е. энергия, добавленная к системе).

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Виды выполненной работы

  • Положительная работа: Если сила перемещает объект в его направлении, то выполненная работа является положительной. Примером выполненной работы такого типа является движение мяча, падающего на землю, где смещение мяча происходит в направлении силы тяжести.

Например, когда мяч брошен вверх, смещение будет направлено вверх; однако сила гравитации земли будет направлена ​​вниз.

 

Например, когда мы сильно упираемся в стену, сила, которую мы прикладываем к стене, не работает, потому что в этом случае смещение стены равно d = 0.

 

Выполненная работа и энергия Отношение

Чтобы переместить объект, ему нужно передать энергию.Передача энергии может осуществляться методом силы. Это количество энергии, переданное силой для перемещения объекта, называется выполненной работой. Следовательно, отношение между Работой и Энергией связано напрямую.

(Изображение скоро будет загружено)

Мы пришли к выводу, что работа и энергия прямо пропорциональны друг другу. Работа, совершаемая объектом, может быть научно выражена следующим образом:

                    W  = \[\frac{1}{2}\]mvf2   —  \[\frac{1}{2}\]mui2

Где

m = масса объекта измеряется в килограммах.

Вт = работа, выполненная объектом, измеряемая в джоулях.

vf = конечная скорость объекта, измеренная в м/с.

vi = начальная скорость объекта, измеренная в м/с.

Следовательно, принцип работы-энергии утверждает, что:

Суммарная работа всех сил, действующих на частицу, или работа равнодействующей силы F (в нижнем индексе равнодействующая) эквивалентна изменению кинетической энергии частицы .

Работа силы

Совершенная работа (энергия, переданная механической обработкой)

Энергетика и теплофизика

Работа, совершаемая силой

Учебное руководство для 14-16

Работа совершается всякий раз, когда сила перемещает что-то на расстояние.Вы можете рассчитать переданную энергию или выполненную работу, умножив силу на расстояние, пройденное в направлении действия силы.

Передаваемая энергия = выполненная работа = сила x расстояние, пройденное в направлении действия силы

Когда энергия передается от энергии, запасенной химическим путем в мышцах, к энергии поднятого груза или к энергии, запасенной упруго в растянутой пружине, передаваемая энергия является мерой выполненной работы.

Передаваемая энергия = мг∆ч

Это второе уравнение иллюстрируется подъемом килограммов на полки разной высоты.Вы можете показать, что уравнение является хорошим обобщением того, что происходит. Он учитывает массу, поднятую высоту и то, поднят ли килограмм на Земле или на Луне.

Полезная вещь, которую вы получаете от топлива, сжигая его, — это передача энергии, так что груз может быть поднят или объект ускорен.

Однако не вся доступная энергия выполняет полезную работу. Если вы поднимете много кирпичей, вам может стать слишком жарко. Помимо передачи энергии поднятым кирпичам, часть энергии ваших мышц согревает вас.Передача энергии не на 100% эффективна, и не вся передаваемая энергия представлена ​​ м г ч . Вы также не знаете, сколько общей энергии хранится в гравитации. Вы можете рассчитать только переданную энергию.

Разработка концепций с паровыми двигателями

Сначала люди приручили животных для выполнения полезной работы, а позже нашли другие способы использования энергии из природных источников, таких как падающая вода и ветер. Но абстрактная идея «двигателя» действительно развивалась вместе с паровыми двигателями.

К 1820-м годам концепция «работы» как механического эффекта была введена в дискуссии о том, что сейчас называется энергетическими технологиями. Раньше паровые двигатели в основном использовались для откачки воды из шахт. Такие производители, как Boulton & Watt, убедили владельцев шахт в Корнуолле купить паровой двигатель вместо своих пит-пони, сравнив объем работы, который каждый из них мог выполнить.

Ватт пошел еще дальше, разработав понятие скорости работы, или мощности, с его паровыми двигателями, описанными в «лошадиных силах».Паровые двигатели позволили увеличить производительность многих рудников Корнуолла в четыре раза.

Аналогия для использования при обучении передаче энергии

Рассмотрим два банковских счета. Если я переведу чек на 1 фунт стерлингов со своего счета на ваш, мой счет уменьшится на 1 фунт стерлингов, а ваш увеличится на 1 фунт стерлингов. Но чек не является наличными. Это указание моему банку перевести 1 фунт стерлингов на ваш счет. Мы должны платить банкам за то, что они делают за нас работу, и поэтому, хотя мой счет упадет на 1 фунт стерлингов, ваш может заработать только 95 пенсов, потому что вы должны платить банковские сборы.В этой транзакции также невозможно узнать, сколько хранится на каждой учетной записи.

Доведение этой аналогии до предела помогает показать, что, хотя в банке можно хранить реальные деньги (например, энергию, хранящуюся в топливно-кислородной смеси), чек, который проходит между счетами, представляет собой нечто иное. Чек — это средство передачи денежной стоимости (работы, проделанной, например, при поднятии кирпича). Работа — это передача энергии.

Работа – Энергетика Образование

Работа – передача механической энергии от одного объекта к другому.Поскольку работа есть движение энергии, она измеряется в тех же единицах, что и энергия: в джоулях (Дж). Определение работы в контексте физики сильно отличается от того, как оно используется в повседневной жизни человека, и выглядит следующим образом: [1]

Работа совершается при приложении силы к объекту на расстоянии.

Это означает, что когда сила прикладывается к объекту на расстоянии, это влияет на общую энергию объекта. Объект либо ускорится, либо замедлится, что приведет к изменению его кинетической энергии (см. рис. 1), либо у него будет изменена потенциальная энергия, если, например, его подняли на определенную высоту под действием силы тяжести. [1]

Рисунок 1. Питчер работает над бейсбольным мячом, чтобы увеличить его кинетическую энергию. Его рука отводится назад, насколько это возможно, а затем вперед, насколько это возможно, чтобы максимизировать расстояние, на которое была применена сила. [2]

Работа также выходит за рамки того, что человек может физически увидеть. Это также может повлиять на микроскопические свойства системы, такие как температура. В 1843 году эту идею начали исследовать ученые, [3] , и ее результаты привели к формулировке того, что сейчас известно как термодинамика.Выполнение работы над системой может повлиять на ее внутреннюю энергию точно так же, как добавление тепла. Однако эти два процесса принципиально различаются, и их можно изучить на странице «Тепло против работы».

Все описанные до сих пор случаи влияния работы на систему можно суммировать в одном уравнении: [1]

[math]W=\Delta K + \Delta U + \Delta E_{th}[/math]

Это уравнение говорит о том, что работа ([math]W[/math]) может изменить ([math]\Delta[/math]) кинетическую энергию системы ([math]K[/math]), потенциальную энергию ([math] U[/math]), тепловая энергия ([math]E_{th}[/math]) или любая их комбинация.

Фактическую проделанную работу можно рассчитать по следующей формуле: [4]

[математика]W = \vec{F} \cdot \vec{d}[/math]

Где

  • [math]W[/math] работа или изменение механической энергии, измеряемое в джоулях (Дж)
  • [math]F[/math] — сила, измеряемая в ньютонах (Н)
  • [math]d[/math] — смещение объекта

Стрелки над силой и смещением указывают, что они являются векторами. Это означает, что у них есть связанное с ними направление, которое имеет важные последствия для того, сколько работы выполняется с объектом.Если оба направления одинаковы, как на рисунке 1, энергия системы увеличится, что означает совершение положительной работы. Если направления противоположны, например, сила трения и сопротивление воздуха движущейся машине, энергия системы уменьшится, что приведет к отрицательной работе.

В физическом смысле работа никогда не является чем-то, что есть у объекта. Это всего лишь то, что один объект делает с другим. Работа изменяет количество механической и внутренней энергии, которой обладают объекты.Когда работа совершается над системой или объектом, к нему добавляется энергия. Когда работа выполняется на системой или объектом, она отдает часть своей энергии чему-то другому.

Бросание мяча означает, что рука прикладывает силу, когда рука качается вперед. Прикладывая силу к мячу на этом расстоянии, рука совершает работу над мячом, и мяч приобретает кинетическую энергию. Это то, что дает ему скорость.

Математические отношения между полной работой и полной энергией описываются теоремой работы-энергии и сохранением энергии.Простые машины могут изменить величину силы, необходимой для перемещения объекта, но сила должна быть приложена на большее расстояние; они не меняют объем проделанной работы.

Ссылки

  1. 1.0 1.1 1.2 Р. Д. Найт, «Работа и кинетическая энергия» в Физика для ученых и инженеров: стратегический подход, 3-е изд. Сан-Франциско, США: Pearson Addison-Wesley, 2008 г., глава 11, разделы 2 и 3, стр. 278–301.
  2. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/25/Baseball_pitching_motion_2004.jpg
  3. ↑ Гиперфизика, Механическая эквивалентность тепла [Онлайн], Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heat.html#c3
  4. ↑ Р. Неф. (2015, 21 июня) Работа Онлайн. Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/wcon.html

Работа и энергия

Понятия работы и энергии тесно связаны с понятием силы, потому что приложенная сила может совершать работу над объектом и вызывать изменение энергии. Энергия определяется как способность выполнять работу.

Работа

Понятие работы в физике имеет гораздо более узкое определение, чем обычное употребление этого слова. Работа выполняется над объектом, когда приложенная сила перемещает его на расстояние. На нашем повседневном языке работа связана с затратой мускульных усилий, но на языке физики это , а не . Человек, который держит тяжелый предмет, не совершает физической работы, потому что сила не перемещает предмет на расстояние.Работа, согласно определению физики, совершается при подъеме тяжелого предмета, а не при неподвижном предмете. Другим примером отсутствия работы является масса на конце струны, вращающаяся по горизонтальному кругу на поверхности без трения. Центростремительная сила направлена ​​к центру окружности и, следовательно, не перемещает объект на расстояние; то есть сила не в направлении движения объекта. (Однако была проделана работа, чтобы привести массу в движение.) Математически работа равна Вт = F · x, где F — приложенная сила, а х — пройденное расстояние, то есть перемещение. Работа является скаляром. Единицей СИ для работы является джоуль (Дж), который равен ньютон-метру или кг м/с 2 .

Если работа совершается переменной силой, приведенное выше уравнение использовать нельзя. На рисунке показан график зависимости силы от смещения для объекта, на который действуют три различные последовательные силы. В I сегменте сила увеличивается, во II сегменте постоянна, а в III сегменте уменьшается.Работа, совершаемая над объектом каждой силой, представляет собой площадь между кривой и осью x . Общая проделанная работа — это общая площадь между кривой и осью x . Например, в этом случае работа трех последовательных сил показана на рисунке 1.

Рисунок 1

Изменение действующей силы в зависимости от положения.

В этом примере общая выполненная работа равна (1/2)(15)(3) + (15)(2) + (1/2)(15)(2) = 22,5 + 30 + 15; работа = 67.5 Дж. Для постепенно меняющейся силы работа выражается в интегральной форме, Вт = ∫ F · д х.

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия — это энергия движущегося объекта. Выражение для кинетической энергии может быть получено из определения работы и из кинематических соотношений. Рассмотрим силу, приложенную параллельно поверхности, которая перемещает тело с постоянным ускорением.

из определения работы, от второго закона Ньютона движения, а из кинематики, W = FX = MAX и V F F 2 = V O 2 + 2 AX , или A = ( V F F 2 — V O 2 7 2 ) / 2 x .Замените последнее выражение для ускорения в экспрессию для работы для получения W = м ( V 5 F F

2 — V O

2 ) или W = (1/2) mv f 2 − (1/2) mv o 2 . Правая часть последнего уравнения дает определение кинетической энергии: K . Е . = (1/2) мв 2 Кинетическая энергия является скалярной величиной с теми же единицами измерения, что и работа, джоулями (Дж). Например, масса 2 кг, движущаяся со скоростью 3 м/с, имеет кинетическую энергию 9 Дж.

Приведенный выше вывод показывает, что чистая работа равна изменению кинетической энергии. Это соотношение называется теоремой работы-энергии: Вт нетто = К . Е . ж К . Е . или , где К . Е . f это конечная кинетическая энергия и K . Е . o — исходная кинетическая энергия.

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия, также называемая запасенной энергией, представляет собой способность системы выполнять работу благодаря ее положению или внутренней структуре. Примерами являются энергия, запасенная в сваебойном станке в верхней части пути, или энергия, запасенная в спиральной пружине.Потенциальная энергия измеряется в джоулях.

Гравитационная потенциальная энергия – энергия положения. Во-первых, рассмотрим гравитационную потенциальную энергию вблизи поверхности земли, где ускорение свободного падения (g) приблизительно постоянно. В этом случае гравитационная потенциальная энергия объекта относительно некоторого уровня отсчета равна PE . = mgh , где h — вертикальное расстояние над уровнем отсчета.Чтобы поднять объект медленно, сила, равная его весу (мг) , приложена через высоту (h) . Совершаемая работа равна изменению потенциальной энергии: Вт = Р . Е . ф Р . Е . O 8 = MGH F MgH MgH o , где подписка (F и o) (F и o) см. Окончательные и оригинальные высоты тела.

Запуск ракеты в космос требует работы по разделению массы земли и ракеты для преодоления гравитационной силы. Для больших расстояний от центра Земли приведенное выше уравнение неадекватно, потому что g непостоянно. Общая форма гравитационной потенциальной энергии равна P.E . = − GMm/r , где M и m относятся к массам двух разделяемых тел, а r — расстояние между центрами масс.Знак минус является результатом выбора нулевой точки при r равной бесконечности, то есть при очень большом разносе .

Упругая потенциальная энергия — это энергия, запасенная в пружине. Величина силы, необходимой для растяжения пружины, определяется как F = − kx , где x — расстояние растяжения (или сжатия) пружины от ненагруженного положения, а k — это пружинная постоянная. Постоянная пружины является мерой жесткости пружины, причем более жесткие пружины имеют большие значения k .Потенциальная энергия, запасенная в пружине, определяется как P . Е . = (1/2) kx 2 .

Изменение потенциальной энергии равно работе. Гравитационная сила и сила растяжения пружины являются различными силами; следовательно, уравнения потенциальной энергии, приведенные выше для этих двух случаев, также могут быть получены из интегральной формы работы, Δ P . Е . = Вт = ∫ F · д х.

Мощность

Мощность — скорость выполнения работы, средняя P = Вт/т , где t — интервал времени, за который совершается работа (Вт) .Другая форма мощности находится из Вт = F Δ x и подстановки средней скорости объекта за время t вместо Δ x / t : среднее F = x / Δ t = F (среднее против ).

Сохранение энергии

Принцип сохранения энергии является одним из самых далеко идущих общих законов физики. В нем говорится, что энергия не создается и не уничтожается, а может быть преобразована из одной формы в другую только в изолированной системе.

Поскольку полная энергия системы всегда остается постоянной, закон сохранения энергии является полезным инструментом для анализа физической ситуации, когда энергия меняет форму. Представьте себе качающийся маятник с пренебрежимо малыми силами трения. В верхней точке подъема вся энергия представляет собой гравитационную потенциальную энергию из-за высоты над стационарным положением. В нижней части качелей вся энергия была преобразована в кинетическую энергию движения. Полная энергия представляет собой сумму кинетической и потенциальной энергий.Оно сохраняет одно и то же значение на протяжении всего движения качания вперед и назад (см. рис. 2).

Рисунок 2

Маятник подчиняется закону сохранения энергии.

В точке C потенциальная энергия зависит от высоты, а остальная часть полной энергии представляет собой кинетическую энергию.

Хотя полная энергия сохраняется, кинетическая энергия не обязательно должна сохраняться. Столкновение двух тел с сохранением кинетической энергии называется упругим столкновением . Сталкивающиеся объекты, взаимодействующие с потерями кинетической энергии из-за потерь на трение или деформации объекта, называются неупругими столкновениями. В макроскопическом мире большинство столкновений неупругие; однако потерями кинетической энергии можно пренебречь при почти упругих столкновениях между атомными частицами и субатомными частицами. Для этих случаев закон сохранения импульса и закон сохранения кинетической энергии дают полезные уравнения.

Рассмотрим простой упругий лобовой удар, при котором одна масса ( м 1 ) с заданной скоростью ( v 1 ) сталкивается со второй массой ( м 2 ), которая изначально находится в состоянии покоя.Примените законы сохранения импульса и сохранения кинетической энергии, чтобы получить м 5 1 V 5 1 = m 1 V 1 + м 2 v 2 ‘и (1/2) M 1 V 1 1 = (1/2) м 1 V 1 2 + (1 /2) м 2 v 2 2 , где штрихи обозначают скорости после столкновения.Решение уравнений дает скорости двух масс после взаимодействия:

Поучительны три особых случая:

для равных масс, где м 1 = м = м 5 2 , отмечают, что V 1 ‘становится ноль и В 2 ‘ равно V 1 ; таким образом, при равных массах объекты просто обмениваются скоростями, как это иногда наблюдается с шарами для пула. (Шары для бильярда обладают вращательной энергией и несколько неупругими столкновениями, поэтому их поведение лишь приблизительно соответствует примеру.)

Если м 2 массивно, то числитель и знаменатель в уравнении для v 1 ′ почти одинаковы. Тогда v 1 ′ приблизительно равно v 1 , но в обратном направлении. Знаменатель выражения для v 2 ′ будет настолько велик, что скорость второй массы после столкновения будет мала. Другими словами, прилетающая масса ( m 1 ) будет отскакивать от второй массы почти с начальной скоростью, а ударная масса ( m 2 ) после столкновения будет двигаться медленно.

Если м 1 массивна, то В 1 ‘приблизительно равна В 1 , а В 2 ‘ почти два раза превышает V 1 ; или приближающаяся массивная частица продолжает двигаться почти с той же скоростью, а ударная масса движется вперед почти в два раза быстрее начальной скорости первой массы после столкновения.

Центр масс

Концепция центра масс (ЦМ) полезна для анализа движения системы частиц.Система частиц ведет себя так, как будто вся ее масса сосредоточена в ЦМ. В отсутствие внешней силы, если ЦМ системы покоится, то она останется в покое, а если изначально находилась в движении, то сохранит это движение. Другими словами, ЦМ движется в соответствии со вторым законом Ньютона. Координаты центра масс x и y равны

.

Рассмотрим предыдущий пример лобового столкновения двух одинаковых масс, которые слипаются после столкновения.ЦМ изначально движется с постоянной скоростью и сохраняет эту же скорость после столкновения. Поскольку первая масса приближается ко второй массе, ЦМ всегда находится на полпути между двумя массами. Перед столкновением ЦМ проходит половину расстояния до приближающегося объекта за то же время, и, следовательно, скорость ЦМ составляет половину начальной скорости приближающейся массы. В тот момент, когда две массы взаимодействуют, ЦМ находится прямо между двумя объектами. После столкновения массы слипаются и имеют половину начальной скорости, потому что эффективная масса удвоилась.CM продолжается на полпути между массами. Он сохраняет ту же скорость (1/2) v o после столкновения. На рисунке движущийся белый шар сталкивается с неподвижным черным шаром. Пронумерованные и обведенные позиции КМ соответствуют пронумерованным позициям шаров.

Рисунок 3

Неупругое столкновение двух шаров.

Работа, мощность и эффективность — Работа, мощность и эффективность — AQA — GCSE Combined Science Revision — AQA Trilogy

Энергия и работа

Когда сила заставляет тело двигаться, эта сила совершает над объектом работу.Работа является мерой передачи энергии, когда сила ( F ) перемещает объект на расстояние ( d ).

Таким образом, при выполнении работы энергия передается от одного накопителя энергии к другому, и поэтому:

переданная энергия = выполненная работа

переданная энергия и выполненная работа измеряются в джоулях (Дж).

Вычисление выполненной работы

Количество работы, совершаемой при действии силы на тело, зависит от двух вещей:

  • величина силы действующей на объект
  • расстояние, на которое сила перемещает тело двигаться в направлении силы

Уравнение, используемое для расчета проделанной работы:

проделанная работа = сила × расстояние

\[W=F\times d\]

Это когда:

  • работа done ( W ) измеряется в джоулях (Дж)
  • сила ( F ) измеряется в ньютонах (Н)
  • расстояние ( d ) направлено в том же направлении, что и сила, и измеряется в метрах ( m)

какие две вещи нам нужны для расчета работы

Какие две вещи нам нужны для расчета работы?

Ответ: Работа рассчитывается как , умножая силу на величину перемещения объекта (W = F * d) .Сила в 10 ньютонов, перемещающая тело на расстояние 3 м, совершает работу 30 Нм. Ньютон-метр — это то же самое, что и джоуль, поэтому единицы измерения для работы такие же, как и для энергии — джоули. 28 сентября 2020 г.

Зачем нам вычислять проделанную работу?

Когда сила заставляет тело двигаться, работа совершается над объектом силой. Работа является мерой передачи энергии, когда сила (F) перемещает объект на расстояние (d). Передаваемая энергия и выполненная работа измеряются в джоулях (Дж).

Что такое формула выполненной работы?

Вычисление выполненной работы

Чтобы вычислить работу, совершаемую над объектом, когда сила перемещает его, используйте уравнение: выполненная работа = сила × расстояние . Это когда: выполненная работа измеряется в джоулях (Дж) сила измеряется в ньютонах (Н)

Как измеряется проделанная работа?

Мы знаем, что работа определяется как количество энергии, переданной объекту или от него посредством приложения силы вместе с перемещением. … Единицей работы в системе СИ является Джоуль; он представлен буквой «J».Работа, совершаемая силой, может быть выражена как W=F×S . .

Как рассчитать работу силы?

Количество проделанной работы прямо пропорционально величине приложенной силы , а также перемещению объекта.

Как рассчитать работу силы.

Работа, выполненная F X : Вт FX = F ∙ d ∙ cosθW FX = 20 ∙ 10 ∙ cos30°W FX = 173.21 Дж
Работа выполнена F f : Вт Ff = F f ∙ d ∙ cosω

Как рассчитать полезную работу?

Формула эффективности работы: эффективность = выход / вход , и вы можете умножить результат на 100, чтобы получить эффективность работы в процентах.

Что нужно знать для расчета работы силы, действующей на тело?

Когда действует сила, вызывающая перемещение объекта, для расчета работы необходимо знать три величины.Этими тремя величинами являются сила, смещение и угол между силой и смещением .

Как рассчитать работу по математике?

Математически концепция проделанной работы W равна силе f, умноженной на расстояние (d), то есть W = f. d и если сила приложена под углом θ к перемещению, то выполненная работа рассчитывается как W = f .

Какие есть 3 версии формулы работы?

В работе есть три ключевых компонента: сила, смещение и причина .

Как рассчитать работу по химии?

Выводы

  1. Работа — это энергия, необходимая для перемещения чего-либо против силы.
  2. Энергия системы может изменяться за счет работы и других форм передачи энергии, таких как тепло.
  3. Газы выполняют работу расширения или сжатия по уравнению: работа = − P Δ V \text {работа} = -\text P\Delta \text V работа=−PΔV.

Как рассчитать работу, совершаемую силой, запишите любые два условия, при которых работа, совершаемая силой, равна нулю?

1. Когда нет силы или смещения .. или направление смещения перпендикулярно направлению силы, то совершенная работа равна нулю. 2. Когда смещение равно нулю ИЛИ когда сила действует под прямым углом к ​​направлению смещения, тогда проделанная работа равна нулю.

Как вычислить механическую работу?

Когда сила постоянна и движется вдоль той же линии, что и движение, работа может быть рассчитана как 90 421, умножая силу на расстояние, W = Fd 90 422 (пусть F и d имеют положительные или отрицательные знаки в соответствии с выбранной системой координат). ).

Как рассчитать работу, выполненную с учетом мощности и времени?

Мощность равна работе (Дж), деленной на время (с) . Единицей СИ для мощности является ватт (Вт), который равен 1 джоулю работы в секунду (Дж/с).

Как вычислить работу без силы?

Если вы нажимаете на объект, а он не двигается, то работа не выполняется. Если кинетическая энергия тела не меняется, то работа не совершается. Другое уравнение для расчета работы: работа = масса * сила тяжести * высота и измеряется в джоулях.

Как вы рассчитываете объем работы?

Работа определяется умножением силы на пройденное расстояние : Работа (Вт) = Сила (F)X Расстояние (d) W=Fd. Запишите это уравнение, чтобы использовать его, когда вы хотите рассчитать работу, вложенную в шкив или систему шкивов.

Как вы рассчитываете рабочее время и эффективность?

КПД = (10 + 20)% = 30% . Это означает, что за один день А и Б вместе могут выполнить 30% работы. Следовательно, количество дней, в течение которых А и В вместе выполняют 100% работы = (100/3) дней = 3.33 дня. Пример 3: А может выполнить определенную работу за 12 дней.

Как рассчитать трудозатраты?

Рассчитайте работу, вложенную в шкив, используя предыдущие показания в правильном математическом уравнении: Работа (Вт) равна силе (f), умноженной на расстояние (d), или Вт=fd . Работа, совершаемая шкивом, представляет собой произведение веса (w) на пройденную высоту (h).

Какое уравнение используется для расчета работы, совершаемой над телом силой, направленной под углом к ​​перемещению?

Чистая работа определяется как сумма работы, выполненной всеми внешними силами, то есть чистая работа — это работа, выполненная чистой внешней силой F net .В форме уравнения это W net = F net d cos θ , где θ — угол между вектором силы и вектором смещения.

Какова формула работы, совершаемой электричеством?

Работа = Сила X Расстояние или количество переданного тепла (измеряется в джоулях или калориях).

Какая работа совершается силой?

Работа, совершаемая силой, может быть определена как произведение смещения объекта и составляющей приложенной силы, направленной в направлении смещения объекта .

Какие две вещи должны произойти, чтобы над объектом была совершена работа?

Чтобы совершить работу над объектом, должна быть сила, приложенная к объекту, и он должен двигаться в направлении силы .

Сколько формул существует для работы?

три основных уравнения , представляющие отношения между энергией, работой и силой. Работа и энергия в физике тесно связаны. В соответствии с принципом работы-энергии увеличение кинетической энергии твердого тела вызывается равной работой, совершаемой над этим телом силой, приложенной к этому телу.

Какая работа совершается в физике?

работа, в физике, мера передачи энергии, которая происходит, когда объект перемещается на расстояние под действием внешней силы, хотя бы часть которой приложена в направлении перемещения. … Если сила приложена под углом θ к смещению, проделанная работа равна Вт = fd cos θ .

Какова формула работы, совершаемой в изотермическом процессе?

Для изотермического обратимого процесса работа, совершаемая газом, равна площади под соответствующей изотермой давление-объем.Он задается как WA→B=NkTlnVBVA W A → B знак равно NkT ln ⁡ V B V A .

Как рассчитать работу расширения?

В каких двух ситуациях проделанная работа будет иметь нулевую стоимость?

Произведенная работа считается равной нулю , когда сила, приложенная к телу, равна нулю или смещение, совершаемое телом, равно нулю . если величина, означающая силу, действующую на тело, перпендикулярна, то действующая сила будет равна нулю.

Когда говорят, что работа равна нулю, напишите два возможных условия?

Нулевая работа. Когда сила и перемещение перпендикулярны друг другу , или когда сила или перемещение равны нулю.

При каких трех условиях выполненная работа считается равной нулю?

Основано на… Говорят, что работа совершается, когда приложенная сила обеспечивает перемещение тела. Если тело не перемещается после приложения силы, то работа равна нулю . Другой случай: если движение перпендикулярно силе, то работа равна нулю.

Какие бывают виды работ?

5 видов работы, которые заполняют ваш день

  • Реакционная работа.…
  • Работа по планированию. …
  • Процедурная работа. …
  • Небезопасная работа. …
  • Проблемная работа.

Какие рабочие способности у вас есть?

Энергия — способность выполнять работу. этот объект. энергия.

Как рассчитать работу силы тяжести?

Ответить

  1. Работа силы тяжести равна W=mgh. …
  2. Кинетическая энергия непосредственно перед ударом будет равна произведенной работе, поэтому она равна 0.8 Дж тоже. …
  3. Кинетическая энергия будет равна нулю после того, как книга остановится на полу.

Как рассчитать рабочую энергию и мощность?

Мы определяем способность выполнять работу как энергию. Мощность – это работа, совершаемая в единицу времени.

Обзор работы, энергии и мощности.

Что такое работа, энергия и мощность?
Работа
Формула Формула мощности: P = Вт/т
Блок Единицей мощности в системе СИ является ватт (Вт).

Какие два уравнения используются для расчета мощности?

Мощность = сила, умноженная на скорость (скорость) P = F × v .

alexxlab / 25.11.1991 / Разное

Добавить комментарий

Почта не будет опубликована / Обязательны для заполнения *