Konj vuče kola s nekom snagom, označimo to F vučenje. Djed, sjedeći na kolima, pritisne ih s nekom snagom. Označimo to F pritisak Kolica se kreću u smjeru vučne sile konja (desno), ali u smjeru djedove sile pritiska (prema dolje) kola se ne kreću. Zato u fizici to kažu F vuča radi na kolicima i F pritisak ne radi na kolicima.

Tako, rad sile na tijelo odn mehanički rad– fizikalna veličina čiji je modul jednak umnošku sile i puta koji tijelo prijeđe duž smjera djelovanja te sile s:

U čast engleskog znanstvenika D. Joulea nazvana je jedinica mehaničkog rada 1 džul(prema formuli 1 J = 1 N m).

Ako na dotično tijelo djeluje određena sila, onda na njega djeluje neko tijelo. Zato rad sile na tijelo i rad tijela na tijelo potpuni su sinonimi. Međutim, rad prvog tijela na drugom i rad drugog tijela na prvom su djelomični sinonimi, jer su moduli ovih radova uvijek jednaki, a njihovi predznaci uvijek suprotni. Zato u formuli postoji znak "±". Razmotrimo detaljnije znakove rada.

Numeričke vrijednosti sile i putanje uvijek su nenegativne veličine. Nasuprot tome, mehanički rad može imati i pozitivan i negativan predznak. Ako se smjer sile poklapa sa smjerom gibanja tijela, tada rad sile smatra se pozitivnim. Ako je smjer sile suprotan smjeru gibanja tijela, rad sile smatra se negativnim(uzimamo "–" iz formule "±"). Ako je smjer gibanja tijela okomit na smjer sile, tada takva sila ne vrši nikakav rad, odnosno A = 0.

Razmotrite tri ilustracije tri aspekta mehaničkog rada.

Obavljanje posla na silu može izgledati drugačije iz perspektive različitih promatrača. Razmotrimo primjer: djevojka se vozi u dizalu. Obavlja li mehanički rad? Djevojka može raditi samo na onim tijelima na koja se djeluje silom. Postoji samo jedno takvo tijelo - kabina lifta, budući da djevojka svojom težinom pritišće pod. Sada moramo saznati ide li kabina određenim putem. Razmotrimo dvije mogućnosti: sa stacionarnim i pokretnim promatračem.

Neka dječak promatrač prvo sjedne na tlo. U odnosu na njega, kabina dizala se kreće prema gore i prelazi određenu udaljenost. Težina djevojke usmjerena je u suprotnom smjeru - prema dolje, stoga djevojka obavlja negativan mehanički rad na kabini: A dev< 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: A razvoj = 0.

Definicija

U slučaju da pod utjecajem sile dođe do promjene modula brzine gibanja tijela, tada kažu da sila čini raditi. Smatra se da ako se brzina povećava, tada je rad pozitivan, ako se brzina smanjuje, tada je rad sile negativan. Promjena kinetičke energije materijalne točke tijekom njezina kretanja između dva položaja jednaka je radu sile:

Djelovanje sile na materijalnu točku može se okarakterizirati ne samo promjenom brzine gibanja tijela, već i količinom gibanja koje predmetno tijelo čini pod utjecajem sile ().

Elementarni rad

Elementarni rad neke sile definiran je kao skalarni produkt:

Radijus je vektor točke na koju djeluje sila, je elementarni pomak točke duž putanje, je kut između vektora i . Ako je rad manji od nule kod tupog kuta, ako je kut oštar, tada je rad pozitivan, pri

U Kartezijeve koordinate formula (2) izgleda ovako:

gdje su F x , F y , F z – projekcije vektora na Kartezijeve osi.

Kada razmatrate rad sile primijenjene na materijalnu točku, možete koristiti formulu:

gdje je brzina materijalne točke, moment količine gibanja materijalne točke.

Ako je na tijelu ( mehanički sustav) više sila djeluje istovremeno, tada je elementarni rad koji te sile obave na sustav jednak:

gdje se vrši zbrajanje elementarnog rada svih sila, dt je mali vremenski period tijekom kojeg se na sustavu vrši elementarni rad.

Rezultirajući rad unutarnjih sila, čak i ako čvrsta pomiče, jednaka je nuli.

Neka kruto tijelo rotira oko fiksne točke - ishodišta (ili fiksne osi koja prolazi kroz tu točku). U ovom slučaju elementarni rad svih vanjske sile(pretpostavimo da je njihov broj n) taj čin na tijelo jednak je:

gdje je rezultirajući moment u odnosu na točke rotacije, je vektor elementarne rotacije, je trenutna kutna brzina.

Rad obavljen silom na završnoj dionici putanje

Ako sila vrši rad na pomicanju tijela na završnoj dionici njegove putanje, tada se rad može pronaći kao:

U slučaju da je vektor sile konstantna vrijednost u cijelom segmentu kretanja, tada je:

gdje je projekcija sile na tangentu putanje.

Radne jedinice

Osnovna jedinica mjerenja momenta u SI sustavu je: [A]=J=N m

U GHS: [A]=erg=dyne cm

1J=10 7 erg

Primjeri rješavanja problema

Primjer

Vježbajte. Materijalna točka giba se pravocrtno (slika 1) pod utjecajem sile, koja je dana jednadžbom: . Sila je usmjerena duž gibanja materijalne točke. Koliki je rad te sile na segmentu puta od s=0 do s=s 0?

Riješenje. Kao osnovu za rješavanje problema uzet ćemo formulu za izračunavanje rada oblika:

gdje je , da je prema uvjetima problema. Zamijenimo izraz za modul sile zadan uvjetima, uzmimo integral:

Odgovor.

Primjer

Vježbajte. Materijalna točka se kreće po kružnici. Brzina mu se mijenja u skladu s izrazom: . U tom slučaju rad sile koja djeluje na točku proporcionalan je vremenu: . Kolika je vrijednost n?

DEFINICIJA

Mehanički rad je umnožak sile primijenjene na predmet i pomaka koji ta sila čini.

– rad (može se označiti kao ), – sila, – pomak.

Mjerna jedinica rada - J (džul).

Ova formula je primjenjiva na tijelo koje se kreće pravocrtno i konstantna vrijednost sila koja na njega djeluje. Ako postoji kut između vektora sile i ravne linije koja opisuje putanju tijela, tada formula ima oblik:

Osim toga, pojam rada može se definirati kao promjena energije tijela:

Ovo je primjena ovog koncepta koja se najčešće nalazi u problemima.

Primjeri rješavanja problema na temu "Mehanički rad"

PRIMJER 1

PRIMJER 2

Mehanički rad je skalarna fizikalna veličina koja karakterizira promjenu položaja tijela pod djelovanjem sile i jednaka je umnošku modula sile i modula pomaka (puta).

A = Fs

Po mjernoj jedinici raditi prihvaćeno u SI 1 džul.

[A] = 1N×1m = 1 J

Analiza formule mehaničkog rada:

1. Rad sile je pozitivan
A > 0, ako se smjer sile i smjer gibanja podudaraju;

Primjer: mačka pada s krova. Smjer kretanja mačke šibice sa smjerom gravitacije. Sredstva, rad sile teže je pozitivan.

2. Rad sile je negativan
A< 0 , ako su smjer sile i smjer gibanja usmjereni u suprotnim smjerovima;

Primjer: mačka je izbačena. Smjer kretanja mačke suprotan smjer gravitacije. Sredstva, negativan rad gravitacije.

3. Rad sile jednak je nuli
A = 0, Ako
1. pod utjecajem sile tijelo se ne pomiče, tj. kada s = 0
2. veličina sile je nula, tj. F=0
3. kutak između smjerova kretanja i sile jednak 90°.

Primjer: mačka jednostavno hoda stazom. Smjer kretanja mačke je okomit na smjer gravitacije. Sredstva, rad gravitacije jednak je nuli.

Ako konstruirate graf ovisnosti vrijednosti sile o pomaku (putu) koji prijeđe tijelo, tada će taj graf predstavljati odsječak ravne linije paralelan s osi pomaka (putu).

Sa slike je vidljivo da je osjenčana površina ispod grafa pravokutnik sa stranicama F i s. Površina ovog pravokutnika je F s.
Geometrijsko značenje mehaničkog rada je taj rad sile numerički jednaka površini figure ispod grafa sile prema pomaku tijela.

Prije otkrivanja teme “Kako se mjeri rad” potrebno je napraviti malu digresiju. Sve na ovom svijetu pokorava se zakonima fizike. Svaki proces ili pojava može se objasniti na temelju određenih zakona fizike. Za svaku mjerenu veličinu postoji jedinica u kojoj se obično mjeri. Mjerne jedinice su konstantne i imaju isto značenje u cijelom svijetu.

Razlog tome je sljedeći. Tisuću devetsto šezdesete godine, na Jedanaestoj generalnoj konferenciji za utege i mjere, usvojen je sustav mjera koji je priznat u cijelom svijetu. Ovaj sustav je nazvan Le Système International d’Unités, SI (SI System International). Taj je sustav postao osnova za određivanje mjernih jedinica prihvaćenih diljem svijeta i njihovih odnosa.

Fizikalni pojmovi i terminologija

U fizici se jedinica za mjerenje rada sile naziva J (Joule), u čast engleskog fizičara Jamesa Joulea, koji je napravio ogroman doprinos u razvoju dijela termodinamike u fizici. Jedan Joule jednak je radu koji izvrši sila od jednog N (Newtona) kada se njezina primjena pomakne za jedan M (metar) u smjeru sile. Jedan N (Newton) jednaka sili, mase jedan kg (kilogram), s akceleracijom od jednog m/s2 (metar u sekundi) u smjeru sile.

Za tvoju informaciju. U fizici je sve međusobno povezano, izvođenje bilo kojeg rada uključuje izvođenje dodatnih radnji. Kao primjer možemo uzeti kućni ventilator. Kada je ventilator uključen, lopatice ventilatora počinju se okretati. Rotirajuće lopatice utječu na protok zraka, dajući mu smjer kretanja. Ovo je rezultat rada. Ali za obavljanje rada nužan je utjecaj drugih vanjskih sila bez kojih je djelovanje nemoguće. To uključuje električnu struju, snagu, napon i mnoge druge povezane vrijednosti.

Električna struja, u svojoj srži, je uređeno kretanje elektrona u vodiču po jedinici vremena. Električna struja temelji se na pozitivno ili negativno nabijenim česticama. Zovu se električni naboji. Označava se slovima C, q, Kl (Coulomb), nazvan po francuskom znanstveniku i izumitelju Charlesu Coulombu. U SI sustavu to je mjerna jedinica za broj nabijenih elektrona. 1 C jednak je volumenu nabijenih čestica koje prolaze kroz presjek vodiča u jedinici vremena. Jedinica vremena je jedna sekunda. Formula za električni naboj prikazana je na donjoj slici.

Jakost električne struje označava se slovom A (amper). Amper je jedinica u fizici koja karakterizira mjerenje rada sile koja se troši za pomicanje naboja duž vodiča. U svojoj srži, struja- ovo je uređeno kretanje elektrona u vodiču pod utjecajem elektromagnetsko polje. Vodič je materijal ili rastaljena sol (elektrolit) koji ima mali otpor prolasku elektrona. Na jakost električne struje utječu dva fizikalne veličine: napon i otpor. O njima će biti riječi u nastavku. Jačina struje uvijek je izravno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu.

Kao što je gore spomenuto, električna struja je uređeno kretanje elektrona u vodiču. Ali postoji jedno upozorenje: potreban im je određeni utjecaj da bi se kretali. Ovaj učinak nastaje stvaranjem razlike potencijala. Električno punjenje može biti pozitivan ili negativan. Pozitivni naboji uvijek teže prema negativnim nabojima. To je neophodno za ravnotežu sustava. Razlika između broja pozitivno i negativno nabijenih čestica naziva se električni napon.

Snaga je količina energije utrošena da se izvrši jedan J (džul) rada u vremenskom razdoblju od jedne sekunde. Mjerna jedinica u fizici označava se kao W (Watt), u SI sustavu W (Watt). Budući da je u pitanju električna snaga, ovdje se radi o vrijednosti električne energije utrošene za obavljanje određene radnje u nekom vremenskom razdoblju.

Zaključno, valja napomenuti da je mjerna jedinica rada skalarna veličina, povezana je sa svim granama fizike i može se razmatrati iz perspektive ne samo elektrodinamike ili toplinske tehnike, već i drugih odjeljaka. U članku se ukratko razmatra vrijednost koja karakterizira mjernu jedinicu rada sile.

Video