يسحب الحصان العربة ببعض القوة ، دعنا نشير إليها Fشعبية. يضغط عليها الجد الجالس على العربة ببعض القوة. دعنا نشير إليها Fالضغط تتحرك العربة في اتجاه قوة جر الحصان (إلى اليمين) ، ولكن في اتجاه قوة ضغط الجد (لأسفل) ، لا تتحرك العربة. لذلك ، في الفيزياء يقولون ذلك Fالجر يعمل على العربة ، و Fالضغط لا يعمل على العربة.

لذا، الشغل الذي تقوم به بقوة على الجسم عمل ميكانيكي- كمية فيزيائية ، مقياسها يساوي حاصل ضرب القوة والمسار الذي يسلكه الجسم على طول اتجاه عمل هذه القوةس:

تكريما للعالم الإنجليزي د. جول ، تم تسمية وحدة العمل الميكانيكي 1 جول(وفقًا للصيغة ، 1 J = 1 N · m).

إذا كانت هناك قوة معينة تؤثر على الجسد المدروس ، فعندئذٍ يعمل عليها جسم معين. لذا عمل القوة على الجسم وعمل الجسم على الجسد مترادفات كاملة.ومع ذلك ، فإن عمل الجسد الأول على الثاني وعمل الجسد الثاني على الأول مترادفات جزئية ، لأن وحدات هذه الأعمال متساوية دائمًا ، وعلاماتها دائمًا معاكسة. هذا هو سبب وجود علامة "±" في الصيغة. دعونا نناقش علامات العمل بمزيد من التفصيل.

القيم العددية للقوة والمسار هي دائمًا قيم غير سالبة. في المقابل ، يمكن أن يكون للعمل الميكانيكي علامات إيجابية وسلبية. إذا كان اتجاه القوة يتزامن مع اتجاه حركة الجسم ، إذن يعتبر العمل الذي تقوم به القوة إيجابيًا.إذا كان اتجاه القوة عكس اتجاه حركة الجسم ، يعتبر العمل الذي تقوم به القوة سالبًا.(نأخذ "-" من صيغة "±"). إذا كان اتجاه حركة الجسم عموديًا على اتجاه القوة ، إذن هذه القوة لا تعمل ، أي A = 0.

ضع في اعتبارك ثلاثة رسوم توضيحية لثلاثة جوانب للعمل الميكانيكي.

قد يبدو أداء العمل بالقوة مختلفًا عن وجهة نظر مختلف المراقبين.تأمل في مثال: فتاة تركب المصعد لأعلى. هل تقوم بعمل ميكانيكي؟ يمكن للفتاة أن تعمل فقط على تلك الهيئات التي تعمل فيها بالقوة. لا يوجد سوى جسد واحد من هذا القبيل - سيارة المصعد ، حيث تضغط الفتاة على الأرض بثقلها. الآن نحن بحاجة إلى معرفة ما إذا كانت المقصورة تسير إلى حد ما. ضع في اعتبارك خيارين: مع مراقب ثابت ومتحرك.

دع الفتى المراقب يجلس على الأرض أولاً. فيما يتعلق بذلك ، تتحرك عربة المصعد لأعلى وتذهب بعض الشيء. يتم توجيه وزن الفتاة في الاتجاه المعاكس - لأسفل ، لذلك تقوم الفتاة بعمل ميكانيكي سلبي في المقصورة: أالعذارى< 0. Вообразим, что мальчик-наблюдатель пересел внутрь кабины движущегося лифта. Как и ранее, вес девочки действует на пол кабины. Но теперь по отношению к такому наблюдателю кабина лифта не движется. Поэтому с точки зрения наблюдателя в кабине лифта девочка не совершает механическую работу: أديف = 0.

تعريف

في حالة حدوث تغير في معامل سرعة الجسم تحت تأثير القوة ، فيقولون أن القوة تصنع الشغل. من المعتقد أنه إذا زادت السرعة ، فإن الشغل يكون موجبًا ، وإذا انخفضت السرعة ، فإن الشغل الذي تقوم به القوة يكون سالبًا. إن التغير في الطاقة الحركية لنقطة مادية في سياق حركتها بين موضعين يساوي الشغل الذي تقوم به القوة:

يمكن وصف تأثير القوة على نقطة مادية ليس فقط من خلال تغيير سرعة الجسم ، ولكن أيضًا باستخدام مقدار الإزاحة التي يقوم بها الجسم المعني تحت تأثير القوة ().

العمل الابتدائي

يتم تعريف العمل الأولي لبعض القوة على أنه المنتج القياسي:

نصف القطر هو متجه النقطة التي يتم تطبيق القوة عليها ، وهو الحركة الأولية للنقطة على طول المسار ، والزاوية بين المتجهات و. إذا كان العمل زاوية منفرجة ، يكون الشغل أقل من الصفر ، وإذا كانت الزاوية حادة ، يكون الشغل موجبًا ، مع

في الإحداثيات الديكارتيةالصيغة (2) لها الشكل:

حيث F x ، F y ، F z هي إسقاطات متجهة على محاور ديكارتية.

عند التفكير في عمل القوة المطبقة على نقطة مادية ، يمكنك استخدام الصيغة:

أين هي سرعة النقطة المادية ، هو زخم النقطة المادية.

إذا عملت عدة قوى في وقت واحد على جسم (نظام ميكانيكي) ، فإن العمل الأولي الذي تؤديه هذه القوى على النظام يساوي:

حيث يتم جمع العمل الأولي لجميع القوى ، dt هي فترة زمنية صغيرة يتم خلالها تنفيذ العمل الأولي على النظام.

ينتج عن عمل القوى الداخلية ، حتى لو صلبالتحرك صفر.

دع جسمًا صلبًا يدور حول نقطة ثابتة - أصل الإحداثيات (أو محور ثابت يمر عبر هذه النقطة). في هذه الحالة ، فإن العمل الابتدائي للجميع قوى خارجية(بافتراض أن عددهم ن) الذي يؤثر على الجسم يساوي:

أين هي اللحظة الناتجة للقوى بالنسبة ل النقاط المحورية، هو متجه الدوران الأولي ، هو السرعة الزاوية اللحظية.

عمل القوة في القسم الأخير من المسار

إذا عملت القوة على تحريك الجسم في القسم الأخير من مسار حركته ، فيمكن إيجاد الشغل على النحو التالي:

في حالة أن متجه القوة هو قيمة ثابتة على كامل مقطع الحركة ، فحينئذٍ:

أين هو إسقاط القوة على المماس للمسار.

وحدات العمل

الوحدة الأساسية لقياس لحظة العمل في نظام SI هي: [A] \ u003d J \ u003d N m

في CGS: [A] = erg = dyn cm

1J = 10 7 erg

أمثلة على حل المشكلات

مثال

يمارس. نقطة ماديةيتحرك في خط مستقيم (الشكل 1) تحت تأثير القوة المعطاة بواسطة المعادلة:. يتم توجيه القوة على طول حركة النقطة المادية. ما تأثير هذه القوة على مقطع من المسار من s = 0 إلى s = s 0؟

قرار.كأساس لحل المشكلة ، نأخذ الصيغة لحساب عمل النموذج:

حيث ، نفس الشيء حسب حالة المشكلة. نعوض بالتعبير عن معامل القوة المعطى بالشروط ، ونأخذ التكامل:

إجابه.

مثال

يمارس.تتحرك النقطة المادية في دائرة. تتغير سرعته حسب التعبير:. في هذه الحالة ، يتناسب عمل القوة التي تعمل على نقطة مع الوقت:. ما هي قيمة n؟

تعريف

عمل ميكانيكي هي حاصل ضرب القوة المؤثرة على جسم مضروبًا في الإزاحة الناتجة عن تلك القوة.

- العمل (يمكن الإشارة إليه) ، - القوة ، - الإزاحة.

وحدة قياس العمل - J (جول).

تنطبق هذه الصيغة على جسم يتحرك في خط مستقيم و قيمة ثابتةقوة العمل على ذلك. إذا كانت هناك زاوية بين متجه القوة والخط المستقيم الذي يصف مسار الجسم ، فإن الصيغة تأخذ الشكل:

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تعريف مفهوم العمل على أنه تغيير في طاقة الجسم:

هذا هو التطبيق لهذا المفهوم الذي يوجد غالبًا في المشاكل.

أمثلة على حل المشكلات المتعلقة بموضوع "العمل الميكانيكي"

مثال 1

مثال 2

عمل ميكانيكي هي كمية مادية قياسية تميز التغيير في موضع الجسم تحت تأثير القوة وتساوي حاصل ضرب معامل القوة ومعامل الإزاحة (المسار).

أ = خ

لكل وحدة قياس الشغلالمعتمد في SI 1 الجول.

[A] = 1N × 1m = 1 J

تحليل معادلة العمل الميكانيكي:

1. عمل القوة إيجابي
أ> 0، إذا كان اتجاه القوة واتجاه الإزاحة متماثلين ؛

مثال: قطة تسقط من سطح. اتجاه حركة القط اعواد الكبريتمع اتجاه الجاذبية. وسائل، العمل الذي تقوم به الجاذبية موجب.

2. عمل القوة سلبي
لكن< 0 ، إذا كان اتجاه القوة واتجاه الحركة موجهين في اتجاهين متعاكسين ؛

مثال: تم إلقاء القطة. اتجاه حركة القط ضداتجاه الجاذبية. وسائل، الشغل الذي تقوم به الجاذبية سالب.

3. عمل القوة هو صفر
أ = 0، لو
1. تحت تأثير القوة ، لا يتحرك الجسم ، أي متى ق = 0
2. حجم القوة هو صفر ، أي F = 0
3. حقنةبين اتجاهات الحركة والقوة يساوي 90 درجة.

مثال: القط يمشي على طول الطريق. اتجاه حركة القط عمودي على اتجاه الجاذبية. وسائل، الشغل الذي تقوم به الجاذبية يساوي صفرًا.

إذا قمنا ببناء رسم بياني لاعتماد قيمة القوة على الإزاحة (المسار) التي يقطعها الجسم ، فسيكون هذا الرسم البياني عبارة عن قطعة خط مستقيم موازية لمحور الإزاحة (المسار).

يمكن أن نرى من الشكل أن المنطقة المظللة أسفل الرسم البياني عبارة عن مستطيل به ضلعه F و s. مساحة هذا المستطيل هي F s.
المعنى الهندسي للعمل الميكانيكيهو أن عمل القوة عدديايساوي مساحة الشكل تحت الرسم البياني لاعتماد القوة على إزاحة الجسم.

قبل الكشف عن موضوع "كيف يُقاس العمل" ، من الضروري إجراء استطراد بسيط. كل شيء في هذا العالم يخضع لقوانين الفيزياء. يمكن تفسير كل عملية أو ظاهرة على أساس بعض قوانين الفيزياء. لكل كمية قابلة للقياس ، هناك وحدة من المعتاد قياسها فيها. وحدات القياس ثابتة ولها نفس المعنى في جميع أنحاء العالم.

والسبب في ذلك هو ما يلي. في عام 1960 ، في المؤتمر العام الحادي عشر للأوزان والمقاييس ، تم اعتماد نظام للقياسات ، وهو معترف به في جميع أنحاء العالم. تم تسمية هذا النظام Le Système International d'Unités، SI (SI System International). أصبح هذا النظام أساسًا لتعريفات وحدات القياس المقبولة في جميع أنحاء العالم ونسبتها.

المصطلحات المادية والمصطلحات

في الفيزياء ، تسمى وحدة قياس عمل القوة J (Joule) ، تكريما للفيزيائي الإنجليزي جيمس جول ، الذي صنع مساهمة ضخمةفي تطوير قسم الديناميكا الحرارية في الفيزياء. واحد جول يساوي الشغل الذي تقوم به قوة مقدارها N واحد (نيوتن) عندما يتحرك تطبيقه M (متر) في اتجاه القوة. One N (نيوتن) يساوي القوة، بكتلة واحدة كجم (كيلوغرام) ، مع تسارع واحد م / ث 2 (متر في الثانية) في اتجاه القوة.

ملحوظة.في الفيزياء ، كل شيء مترابط ، يرتبط أداء أي عمل بأداء إجراءات إضافية. مثال على ذلك هو مروحة منزلية. عند تشغيل المروحة ، تبدأ ريش المروحة بالدوران. تعمل الشفرات الدوارة على تدفق الهواء ، مما يمنحه حركة اتجاهية. هذه هي نتيجة العمل. ولكن لأداء العمل ، يكون تأثير القوى الخارجية الأخرى ضروريًا ، وبدون ذلك يكون أداء العمل مستحيلًا. وتشمل هذه قوة التيار الكهربائي والطاقة والجهد والعديد من القيم الأخرى المترابطة.

التيار الكهربائي ، في جوهره ، هو الحركة المنظمة للإلكترونات في موصل لكل وحدة زمنية. يعتمد التيار الكهربائي على جزيئات موجبة أو سالبة الشحنة. يطلق عليهم الشحنات الكهربائية. يُشار إليها بالأحرف C ، q ، Kl (قلادة) ، سميت على اسم العالم والمخترع الفرنسي تشارلز كولوم. في نظام SI ، هي وحدة قياس لعدد الإلكترونات المشحونة. 1 C يساوي حجم الجسيمات المشحونة التي تتدفق عبر المقطع العرضي للموصل لكل وحدة زمنية. الوحدة الزمنية هي ثانية واحدة. معادلة الشحنة الكهربائية موضحة أدناه في الشكل.

يشار إلى قوة التيار الكهربائي بالحرف أ (أمبير). الأمبير هو وحدة في الفيزياء تميز قياس عمل القوة التي يتم إنفاقها لتحريك الشحنات على طول الموصل. في الصميم، كهرباءهي الحركة المنظمة للإلكترونات في موصل تحت تأثير حقل كهرومغناطيسي. يُقصد بالموصل مادة أو ملح مصهور (إلكتروليت) ذات مقاومة قليلة لمرور الإلكترونات. تتأثر قوة التيار الكهربائي باثنين كميات فيزيائية: الجهد والمقاومة. سيتم مناقشتها أدناه. يتناسب التيار دائمًا بشكل مباشر مع الجهد ويتناسب عكسياً مع المقاومة.

كما ذكرنا سابقًا ، التيار الكهربائي هو الحركة المنظمة للإلكترونات في الموصل. لكن هناك تحذير واحد: لحركتهم ، هناك حاجة إلى تأثير معين. يتم إنشاء هذا التأثير من خلال خلق فرق محتمل. الشحنة الكهربائيةيمكن أن تكون موجبة أو سلبية. تميل الرسوم الإيجابية دائمًا إلى الرسوم السلبية. هذا ضروري لتوازن النظام. يسمى الفرق بين عدد الجسيمات المشحونة سالبة الموجبة والجهد الكهربائي.

الطاقة هي مقدار الطاقة التي يتم إنفاقها للقيام بعمل واحد J (جول) في فترة زمنية تبلغ ثانية واحدة. يُشار إلى وحدة القياس في الفيزياء على أنها W (Watt) ، في نظام SI W (Watt). نظرًا لأن الطاقة الكهربائية يتم أخذها في الاعتبار ، فهنا هي قيمة الطاقة الكهربائية المنفقة لأداء عمل معين في فترة زمنية.

في الختام ، تجدر الإشارة إلى أن وحدة قياس العمل هي كمية قياسية ، ولها علاقة مع جميع أقسام الفيزياء ويمكن اعتبارها ليس فقط من جانب الديناميكا الكهربية أو الهندسة الحرارية ، ولكن أيضًا من الأقسام الأخرى. تتناول المقالة بإيجاز القيمة التي تميز وحدة قياس عمل القوة.

فيديو