Công việc được đo lường như thế nào? Công việc cơ khí: Định nghĩa và công thức

Trong kinh nghiệm hàng ngày của chúng ta, từ “công việc” xuất hiện rất thường xuyên. Nhưng người ta nên phân biệt giữa công sinh lý và công từ quan điểm của khoa học vật lý. Khi đi học về, bạn nói: “Ôi, mệt quá!” Đây là công việc sinh lý. Hoặc ví dụ như công việc của nhóm trong câu chuyện dân gian “Củ cải”.

Hình 1. Làm việc theo nghĩa hàng ngày của từ này

Ở đây chúng ta sẽ nói về công từ quan điểm vật lý.

Công cơ học được thực hiện nếu vật chuyển động dưới tác dụng của một lực. Công việc được chỉ định bằng chữ cái Latinh A. Một định nghĩa chặt chẽ hơn về công việc sẽ như thế này.

Công của một lực là một đại lượng vật lý bằng tích của độ lớn của lực và quãng đường mà vật đi được theo hướng của lực.

Hình 2. Công là một đại lượng vật lý

Công thức có giá trị khi một lực không đổi tác dụng lên vật.

Trong hệ đơn vị SI quốc tế, công được đo bằng joules.

Điều này có nghĩa là nếu dưới tác dụng của lực 1 newton, vật di chuyển được 1 mét thì lực này thực hiện công 1 joule.

Đơn vị công việc được đặt theo tên của nhà khoa học người Anh James Prescott Joule.

Hình 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

Từ công thức tính công, có ba trường hợp có thể xảy ra khi công bằng 0.

Trường hợp thứ nhất là khi một lực tác dụng lên một vật nhưng vật không chuyển động. Ví dụ, một ngôi nhà chịu một lực hấp dẫn rất lớn. Nhưng cô ấy không làm bất cứ công việc gì vì ngôi nhà bất động.

Trường hợp thứ hai là khi vật chuyển động theo quán tính, tức là không có lực tác dụng lên nó. Ví dụ, một con tàu vũ trụ đang di chuyển trong không gian liên thiên hà.

Trường hợp thứ ba là khi có một lực tác dụng vào vật vuông góc với phương chuyển động của vật. Trong trường hợp này, mặc dù vật chuyển động và có một lực tác dụng lên nó nhưng vật không chuyển động. theo hướng của lực.

Hình 4. Ba trường hợp công bằng 0

Cũng cần phải nói rằng công do một lực thực hiện có thể âm. Điều này sẽ xảy ra nếu cơ thể di chuyển ngược với hướng của lực. Ví dụ, khi một cần trục nâng một vật lên trên mặt đất bằng dây cáp, công do trọng lực thực hiện là âm (và công do lực đàn hồi của dây cáp hướng lên trên thực hiện là dương).

Giả sử rằng khi thực hiện công việc xây dựng, hố cần được lấp đầy cát. Máy xúc sẽ mất vài phút để làm việc này, nhưng một công nhân với xẻng sẽ phải làm việc trong vài giờ. Nhưng cả máy xúc và công nhân đều đã hoàn thành cùng một công việc.

Hình 5. Cùng một công việc có thể được hoàn thành vào những thời điểm khác nhau

Để mô tả tốc độ thực hiện công trong vật lý, người ta sử dụng một đại lượng gọi là công suất.

Công suất là một đại lượng vật lý bằng tỉ số giữa công và thời gian thực hiện nó.

Sức mạnh được biểu thị bằng một chữ cái Latin N.

Đơn vị SI của công suất là watt.

Một watt là công suất mà một joule công được thực hiện trong một giây.

Bộ nguồn được đặt theo tên của nhà khoa học người Anh, người phát minh ra động cơ hơi nước, James Watt.

Hình 6. James Watt (1736 - 1819)

Hãy kết hợp công thức tính công với công thức tính công suất.

Bây giờ chúng ta hãy nhớ rằng tỉ số quãng đường mà vật đi được là S, tính đến thời điểm chuyển động t thể hiện tốc độ chuyển động của cơ thể v.

Như vậy, công suất bằng tích của trị số của lực và vận tốc của vật theo phương của lực.

Công thức này thuận tiện để sử dụng khi giải các bài toán trong đó lực tác dụng lên một vật chuyển động với tốc độ đã biết.

Thư mục

Lukashik V.I., Ivanova E.V. Tuyển tập các bài tập vật lý lớp 7-9 của các cơ sở giáo dục phổ thông. - tái bản lần thứ 17. - M.: Giáo dục, 2004.
Peryshkin A.V. Vật lý. Lớp 7 - tái bản lần thứ 14, khuôn mẫu. - M.: Bustard, 2010.
Peryshkin A.V. Tuyển tập các bài toán vật lý lớp 7-9: tái bản lần thứ 5, khuôn mẫu. - M: Nhà xuất bản “Thi”, 2010.

Cổng Internet Physics.ru ().
Cổng thông tin Internet Festival.1september.ru ().
Cổng thông tin Internet Fizportal.ru ().
Cổng Internet Elkin52.narod.ru ().

Bài tập về nhà

Trong trường hợp nào thì công bằng 0?
Công thực hiện dọc theo đường truyền theo phương của lực như thế nào? Ở hướng ngược lại?
Lực ma sát tác dụng lên viên gạch thực hiện bao nhiêu công khi nó đi được 0,4 m? Lực ma sát là 5 N.

Lưu ý rằng công và năng lượng có cùng đơn vị đo. Điều này có nghĩa là công có thể chuyển hóa thành năng lượng. Ví dụ, để nâng một vật lên một độ cao nhất định thì nó sẽ có thế năng, cần có một lực để thực hiện công này. Công do lực nâng thực hiện sẽ chuyển thành thế năng.

Quy tắc xác định công theo đồ thị phụ thuộc F(r): công có giá trị bằng diện tích của hình dưới biểu đồ lực so với độ dời.

Góc giữa vectơ lực và chuyển vị

1) Xác định đúng hướng của lực sinh công; 2) Chúng tôi mô tả vectơ dịch chuyển; 3) Chúng ta chuyển các vectơ đến một điểm và thu được góc mong muốn.

Trong hình vẽ, vật chịu tác dụng của trọng lực (mg), phản lực của giá đỡ (N), lực ma sát (Ftr) và lực căng của sợi dây F, chịu tác dụng của lực đó. di chuyển r.

Công việc của trọng lực

Công việc phản ứng mặt đất

Công của lực ma sát

Công do lực căng dây thực hiện

Công do lực tổng hợp thực hiện

Công của hợp lực có thể được tìm theo hai cách: Phương pháp thứ nhất - là tổng công (có tính đến dấu “+” hoặc “-”) của tất cả các lực tác dụng lên vật, trong ví dụ của chúng tôi
Cách 2 - trước hết hãy tìm hợp lực, sau đó tìm trực tiếp công của nó, xem hình

Công của lực đàn hồi

Để tìm công do lực đàn hồi thực hiện, cần xét rằng lực này thay đổi vì nó phụ thuộc vào độ giãn dài của lò xo. Theo định luật Hooke, khi độ giãn dài tuyệt đối tăng thì lực cũng tăng.

Để tính công của lực đàn hồi trong quá trình chuyển một lò xo (vật) từ trạng thái không biến dạng sang trạng thái biến dạng, sử dụng công thức

Quyền lực

Một đại lượng vô hướng đặc trưng cho tốc độ làm việc (có thể rút ra sự tương tự với gia tốc, đặc trưng cho tốc độ thay đổi tốc độ). Xác định bằng công thức

Hiệu quả

Hiệu suất là tỷ số giữa công hữu ích do máy thực hiện trên tổng công tiêu hao (năng lượng được cung cấp) trong cùng một thời gian

Hiệu quả được biểu thị bằng phần trăm. Con số này càng gần 100% thì hiệu năng của máy càng cao. Không thể có hiệu suất lớn hơn 100, vì không thể thực hiện nhiều công hơn mà sử dụng ít năng lượng hơn.

Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng là tỉ số giữa công do trọng lực thực hiện và công tiêu hao khi chuyển động dọc theo mặt phẳng nghiêng.

Điều chính cần nhớ

1) Công thức và đơn vị đo;
2) Công việc được thực hiện bằng vũ lực;
3) Xác định được góc giữa vectơ lực và vectơ chuyển vị

Nếu công do một lực thực hiện khi vật chuyển động dọc theo một đường kín bằng 0 thì các lực đó được gọi là thận trọng hoặc tiềm năng. Công do lực ma sát thực hiện khi vật chuyển động dọc theo một đường kín không bao giờ bằng 0. Lực ma sát, không giống như trọng lực hay lực đàn hồi, là không bảo thủ hoặc không có tiềm năng.

Có những điều kiện không thể sử dụng công thức
Nếu lực thay đổi, nếu quỹ đạo chuyển động là một đường cong. Trong trường hợp này, đường dẫn được chia thành các phần nhỏ đáp ứng các điều kiện này và công việc cơ bản trên mỗi phần này sẽ được tính toán. Tổng công trong trường hợp này bằng tổng đại số của các công cơ bản:

Giá trị của công do một lực nào đó thực hiện phụ thuộc vào việc lựa chọn hệ quy chiếu.

Trong cuộc sống hàng ngày, bạn thường bắt gặp một khái niệm như công việc. Từ này có ý nghĩa gì trong vật lý và làm thế nào để xác định công của lực đàn hồi? Bạn sẽ tìm thấy câu trả lời cho những câu hỏi này trong bài viết.

Công việc cơ khí

Công là một đại lượng đại số vô hướng đặc trưng cho mối quan hệ giữa lực và chuyển vị. Nếu hướng của hai biến này trùng nhau thì được tính bằng công thức sau:

F- môđun vectơ lực thực hiện công;
S- mô-đun vectơ chuyển vị.

Một lực tác dụng lên vật không phải lúc nào cũng sinh công. Ví dụ, công do trọng lực thực hiện bằng 0 nếu hướng của nó vuông góc với chuyển động của vật.

Nếu vectơ lực tạo thành một góc khác 0 với vectơ dịch chuyển thì nên sử dụng công thức khác để xác định công:

A=FScosα

α - góc giữa vectơ lực và vectơ chuyển vị.

Có nghĩa, công việc cơ khí là tích của hình chiếu của lực theo phương chuyển động và mô đun chuyển vị, hoặc là tích của hình chiếu của lực theo phương của lực và mô đun của lực này.

Biển hiệu công việc cơ khí

Tùy thuộc vào hướng của lực so với chuyển động của vật, công A có thể là:

tích cực (0°≤ α<90°);
tiêu cực (90°<α≤180°);
bằng 0 (α=90°).

Nếu A>0 thì tốc độ của vật tăng. Ví dụ như quả táo rơi từ trên cây xuống đất. Tại A<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

Đơn vị công của SI (Hệ đơn vị quốc tế) là Joule (1N*1m=J). Joule là công được thực hiện bởi một lực, giá trị của nó là 1 Newton, khi một vật di chuyển 1 mét theo hướng của lực.

Công của lực đàn hồi

Công của lực cũng có thể được xác định bằng đồ họa. Để làm điều này, hãy tính diện tích của hình cong theo đồ thị F s (x).

Như vậy, từ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lực đàn hồi vào độ giãn dài của lò xo, người ta có thể rút ra công thức tính công của lực đàn hồi.

Nó bằng:

A=kx 2/2

k- độ cứng;
x- độ giãn dài tuyệt đối.

Chúng ta đã học được gì?

Công cơ học được thực hiện khi có một lực tác dụng lên vật, dẫn đến vật chuyển động. Tùy thuộc vào góc xảy ra giữa lực và chuyển vị, công có thể bằng 0 hoặc có dấu âm hoặc dương. Sử dụng ví dụ về lực đàn hồi, bạn đã học về phương pháp đồ thị để xác định công.

Hình 1. Làm việc theo nghĩa hàng ngày của từ này

Ở đây chúng ta sẽ nói về công từ quan điểm vật lý.

Công của một lực là một đại lượng vật lý bằng tích của độ lớn của lực và quãng đường mà vật đi được theo hướng của lực.

Hình 2. Công là một đại lượng vật lý

Công thức có giá trị khi một lực không đổi tác dụng lên vật.

Trong hệ đơn vị SI quốc tế, công được đo bằng joules.

Điều này có nghĩa là nếu dưới tác dụng của lực 1 newton, vật di chuyển được 1 mét thì lực này thực hiện công 1 joule.

Đơn vị công việc được đặt theo tên của nhà khoa học người Anh James Prescott Joule.

Hình 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

Từ công thức tính công, có ba trường hợp có thể xảy ra khi công bằng 0.

Hình 4. Ba trường hợp công bằng 0

Hình 5. Cùng một công việc có thể được hoàn thành vào những thời điểm khác nhau

Để mô tả tốc độ thực hiện công trong vật lý, người ta sử dụng một đại lượng gọi là công suất.

Công suất là một đại lượng vật lý bằng tỉ số giữa công và thời gian thực hiện nó.

Sức mạnh được biểu thị bằng một chữ cái Latin N.

Đơn vị SI của công suất là watt.

Một watt là công suất mà một joule công được thực hiện trong một giây.

Bộ nguồn được đặt theo tên của nhà khoa học người Anh, người phát minh ra động cơ hơi nước, James Watt.

Hình 6. James Watt (1736 - 1819)

Hãy kết hợp công thức tính công với công thức tính công suất.

Như vậy, công suất bằng tích của trị số của lực và vận tốc của vật theo phương của lực.

Công thức này thuận tiện để sử dụng khi giải các bài toán trong đó lực tác dụng lên một vật chuyển động với tốc độ đã biết.

Thư mục

Lukashik V.I., Ivanova E.V. Tuyển tập các bài tập vật lý lớp 7-9 của các cơ sở giáo dục phổ thông. - tái bản lần thứ 17. - M.: Giáo dục, 2004.
Peryshkin A.V. Vật lý. Lớp 7 - tái bản lần thứ 14, khuôn mẫu. - M.: Bustard, 2010.
Peryshkin A.V. Tuyển tập các bài toán vật lý lớp 7-9: tái bản lần thứ 5, khuôn mẫu. - M: Nhà xuất bản “Thi”, 2010.

Cổng Internet Physics.ru ().
Cổng thông tin Internet Festival.1september.ru ().
Cổng thông tin Internet Fizportal.ru ().
Cổng Internet Elkin52.narod.ru ().

Bài tập về nhà

Trong trường hợp nào thì công bằng 0?
Công thực hiện dọc theo đường truyền theo phương của lực như thế nào? Ở hướng ngược lại?
Lực ma sát tác dụng lên viên gạch thực hiện bao nhiêu công khi nó đi được 0,4 m? Lực ma sát là 5 N.