Механическая работа, формула

Механическая работа в физике. Формула и примеры задач

Механическая работа, формула

При рассмотрении перемещений тел и их систем в пространстве часто приходится рассчитывать работу тех или иных сил. В данной статье дадим определение механической работы в физике, объясним, как она связана с энергией, а также приведем примеры решения задач на эту тему.

В чем различие между энергией и работой?

При изучении работы в физике (9 класс общеобразовательных школ) многие ученики путают данную величину с энергией. Понять это можно: ведь обе характеристики определяются в джоулях. Тем не менее, энергия — это фундаментальная характеристика.

Она не может появляться или исчезать, а способна лишь переходить в разные состояния и формы. В этом заключается суть закона ее сохранения в изолированной системе.

Работа же — это одна из форм реализации энергии, которая приводит к пространственному перемещению тел.

Корпоративизм — это… Описание, особенности и цели

Так, при нагреве газа увеличивается его внутренняя энергия, то есть система получает возможность за счет нее совершить некоторую механическую работу. Последняя возникнет, когда газ начнет расширяться, увеличивать свой объем.

Строгое определение работы в физике

Строгим определением в физике является такое, которое предполагает четкое математическое обоснование. Применительно к рассматриваемой величине можно сказать следующее: если на тело действует некоторая сила F¯, в результате которой оно начинает перемещаться на вектор S¯, то работой A называется такая величина:

A = (F¯*S¯)

Поскольку A — это величина скалярная, то круглые скобки в правой части равенства говорят о том, что оба вектора умножаются скалярно.

Из записанного выражения следует важный факт: если сила действует перпендикулярно перемещению, то работы она не совершает. Так, многие школьники при решении по физике контрольных работ в 10 классе, например, допускают частую ошибку.

Они полагают, что перемещать горизонтально тяжелый груз трудно именно из-за силы тяжести. Как показывает формула работы, сила тяжести при горизонтальном перемещении совершает нулевую работу, поскольку она направлена вертикально вниз.

В действительности, трудность перемещения тяжелого груза связана с действием силы трения, которая прямо пропорциональна силе тяготения.

Выражение для A в явном виде может быть записано так:

A = F*cos(φ)*S

Произведение F*cos(φ) представляет собой проекцию вектора силы на вектор перемещения.

Работа и КПД

Каждому известно, что создать механизм, который бы всю затраченную энергию переводил в полезную работу, оказывается невозможным на практике. В связи с этим ввели понятие коэффициента полезного действия (КПД). Рассчитать его несложно, если воспользоваться следующим выражением:

КПД = Ап/Аз*100 %

Здесь Ап, Аз — полезная и затраченная работы соответственно. При этом Аз всегда больше, чем Ап, поэтому КПД всегда меньше 100 %. Например, двигатель внутреннего сгорания имеет КПД в пределах 25-40 %. Эти цифры говорят о том, что большая часть топлива при сгорании расходуется на нагрев окружающей среды, а не на движение автомобиля.

В абсолютном большинстве случаев невозможность получить КПД = 100 % связано с постоянным присутствием сил трения. Даже в таком простом механизме, как рычаг, эти силы, действующие в области опоры, приводят к снижению КПД до 80-90 %.

Далее в статье решим пару задач по рассмотренной теме.

Задача с телом на наклонной плоскости

Тело массой 4 кг движется вертикально вверх по наклонной плоскости. Угол ее наклона относительно горизонта составляет 20o. На тело действует внешняя сила, которая равна 80 Н (она направлена горизонтально), а также сила трения, которая составляет 10 Н. Необходимо вычислить работу каждой из сил и общую работу, если тело двигалось вдоль плоскости 10 метров.

Прежде чем начать решать задачу, напомним, что, кроме указанных сил, на тело еще действует сила тяжести и реакции опоры. Последнюю можно не рассматривать, поскольку ее работа будет равна нулю. Сила же тяжести выполняет отрицательную работу, поскольку тело движется вверх по наклонной.

Сначала вычислим работу внешней силы F0. Она составит:

A0 = F0*S*cos(20o) = 751,75 Дж.

Заметим, что рассчитанная работа будет положительной, поскольку вектор внешней силы имеет острый угол с направлением перемещения.

Работы сил тяжести Fg и трения Ff будут отрицательными. Рассчитаем их с учетом угла наклона плоскости и направления перемещения тела:

A1 = -Fg*S*sin(20o) = -m*g*S*sin(20o) = -134,21 Дж;

A2 = -Ff*S = -10*10 = -100 Дж.

Общая работа всех сил будет равна сумме рассчитанных величин, то есть:

A = A0 + A1 + A2 = 751,75 — 134,21 — 100 = 517,54 Дж.

Эта работа тратится на увеличение кинетической энергии тела.

Задача со сложной зависимостью силы

Известно, что материальная точка движется вдоль прямой, изменяя свои координаты от x = 2 до x = 5 м. В процессе движения на нее оказывает действие сила F, которая изменяется по следующему закону:

F = 3*x2 + 2*x — 5 Н.

Полагая, что F действует вдоль линии перемещения точки, необходимо вычислить работу, которую она совершает.

Поскольку сила постоянно изменяется, то в лоб не получится использовать записанную в статье формулу для A. Чтобы рассчитать эту величину поступим следующим образом: вычислим на каждом элементарном отрезке пути dx работу dA, а затем, сложим все результаты. Рассуждая так, мы приходим к интегральной формуле для работы в физике:

A = ∫x(F*dx).

Теперь осталось вычислить этот интеграл для нашего случая:

A = ∫52((3*x2 + 2*x — 5)*dx) = (x3 + x2 — 5*x)|52 = 123 Дж.

Мы получили результат в джоулях, поскольку координата x выражается в метрах, а сила F в ньютонах.

Источник

Источник: https://1Ku.ru/obrazovanie/63876-mehanicheskaja-rabota-v-fizike-formula-i-primery-zadach/

Механическая работа, формула

Механическая работа, формула

При равномерном движении имеется определённая связь между силами и перемещениями. При совпадении направлений силы и перемещения их произведение для точек приложения сил будут одинаковы. Получается, что данные произведения имеют особенное значение, так как при помощи этих произведений можно характеризовать работу простых машин.

Работа при совпадении направлений силы и перемещения

Если направление силы и перемещения одинаковы, то работа $A$ — это произведение величины силы $F$ на величину перемещения $s$:

$A=F\bullet s (1)$

Говорят, что при перемещении точки приложения силы, сила выполняет работу.

Если сила действует, но точка не перемещается, то работа не выполняется.

Во всех перемещающихся механизмах, например:

  • паровой машине;
  • двигателе внутреннего сгорания;
  • электромоторе,

присутствуют силы, совершающие работу в ходе движения организма.

  1. В тепловом двигателе пар давит на поршень, поршень перемещается. Сила давления совершает работу.
  2. В электрическом двигателе электрические токи, текущие в обмотках, взаимодействуют между собой и выполняют работу при вращении двигателя.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Замечание 1

Если при воздействии силы тело изменяет свою скорость, то говорят, что сила выполняет работу.

Допустим, что сила, действующая на тело, совершает работу большую нуля, в таком случае тело увеличивает свою скорость. Мы имеем ситуацию, в которой сила, следовательно, ускорение имеют направления по скорости, значит, скорость растет.

При совершении силой работы, меньшей нуля, мы получаем ускорение, направленное против скорости, значит, скорость тела уменьшается.

Работа при нормальной ориентации силы и перемещения

Если перемещение тела происходит нормально к направлению вектора силы, в этом случае сила не оказывает влияния на перемещение в таком направлении. Следовательно, сила в этом направлении работы не производит.

При нормальной ориентации силы и перемещения работа силы равна нулю.

Например, если тело движется по горизонтальной плоскости, работа силы тяжести равна нулю.

Связь между работой и скоростью

Обратимся к одномерному случаю. Пусть сила действует по оси $X$, по этой же оси происходит перемещение тела. Так может происходить, если рассмотреть движение материальной точки, имеющей массу $m_0$, перемещающейся под воздействием сжатой пружины (рис.1).

Рисунок 1. Движение материальной точки, перемещающейся под воздействием сжатой пружины. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Уравнение движения рассматриваемой материальной точки представим в виде:

$m_0\frac{dv_x}{dt}=F_x (2).$

Умножим обе части уравнения (1) на скорость $v_x$, принимая во внимание, что:

$v_x\frac{dv_x}{dt}=\frac{1}{2}\frac {d}{dt}(v_x2)$,

получаем:

$\frac{d}{dt}(\frac{m_0v_x2}{2})=F_xv_x (3).$

Учтем, что:

$v_x=\frac{dx}{dt}$

при умножении обеих частей уравнения (3) получим:

$d(\frac{m_0v_x2}{2})=F_xdx (4).$

Выражение (4) обладает наглядным смыслом:

  • смещая материальную точку на величину $dx$, сила $F_x$ выполняет над ней работу ($dA=F_x\bullet dx$);
  • в результате выполнения работы происходит изменение величины $\frac{m_0v_x2}{2}$, которая является характеристикой движения тела. Величина $\frac{m_0v_x2}{2}$ — кинетическая энергия тела.

Пусть тело переходит по оси $X$ из точки $A=x_1$ в точку $B=x_2$, его скорость при этом изменяется от величины $1=v_{x1}$ до $2=v_{x2}$, тогда из выражения (4) получаем:

$\int_12 d(\frac{m_0 v_x2}{2})=\int_AB F_x dx (5).$

Формула (5) показала, что изменение кинетической энергии материальной точки при ее движении от одного положения к другому равно выполненной работе.

Интегральное выражение в правой части уравнения (5) – это предел суммы элементов работы, которые выполняются на бесконечно малых перемещениях.

Формула (5) показывает, что кинетическая энергия тела имеет приращение, если на тело оказывает действие сила, неравная нулю. Поскольку при $F_x=0$ мы получим:

$ (\frac{m_0v_x2}{2})=const$.

Элементарная работа

При несовпадении направления вектора перемещения и направления вектора силы, работу выполняет составляющая силы, которая направлена вдоль перемещения. Работа будет равна произведению абсолютной величины силы на косинус угла между силой и перемещением ($\alpha$) и на величину перемещения.

Так как элементарное перемещение – это вектор (d\vec s), сила, так же является вектором ($\vec F$), элементарную работу можно представить как:

$dA=Fds cos (\alpha)=\vec F\bullet \vec s (6).$

Допустим, что материальная точка перемещается по криволинейной траектории (рис.2). Тогда работа силы, которая перемещает тело из точки $A$ в точку $B$, находят суммируя элементарные работы на всем перемещении и переходя затем к пределу.

Разделим траекторию материальной точки на бесконечно малые отрезки, которые можно считать прямолинейными ($\Delta \vec s_i$).

Элементарной работой на избранном отрезке будет величина, равная: $\Delta A_i=\vec F_i\bullet \Delta l_i \bullet \alpha$.

Сумма всех бесконечно малых работ приблизительно равна работе силы, перемещающей его из точки $A$ в точку $B$.

Устремим величины отрезков траектории к нулю, а их количество к бесконечности, мы получаем работу силы при движении тела по произвольной траектории:

$\int_12 d(\frac{m_0 v_x2}{2})=\int_AB F_x dx (7).$

Правая часть уравнения (7) является криволинейным интегралом, который берут вдоль линии $L$ (рис.2) от точки $A$ до точки $B$. При изменении направления движения по кривой при интегрировании изменится только знак интеграла.

Единицы измерения работы

Для определения единицы измерения работы возьмем уравнение (1). Из него следует, что за единицу работы следует принять работу, которую выполняет единичная сила, перемещая материальную точку в направлении действия силы на единичное расстояние.

В Международной системе единиц (СИ) единицей работы является работа, которую производит один ньютон, перемещая материальную точку на один метр. Данную единицу называют джоулем (Дж):

$1 Дж=1Н\bullet1 м$.

В системе СГС (сантиметр – грамм — секунда) единицей силы служит дина, единицей перемещения является сантиметр, единицей работы считают эрг (эрг):

$1 эрг=1 дин\bullet 1 см.$

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/mehanicheskaya_rabota_formula/

Механическая работа — определение, основные формулы и примеры вычислений

Механическая работа, формула

Механическая работа – это одна из основных скалярных величин в физике. В рамках стандартной школьной программы она изучается в седьмом классе в разделе механики.

Механическая работа – один из способов изменения внутренней энергии тела или субстанции (например, газа или жидкости) наряду с такими формами теплопередачи, как теплопроводность, конвекция и излучение, которые изучаются в разделе тепловых явлений.

Что такое работа в физике – определение и формула

Механическая работа – это количество энергии, которое нужно затратить для того, чтобы тело начало равномерно замедляющееся движение и прошло некоторую дистанцию. 

В физике механической работой называется произведение силы, которая действует на некоторое тело, на расстояние, которое оно проходит под ее воздействием:

A = F * S

В более сложных случаях в формуле появляется и третья величина – косинус угла, под которым друг к другу расположены векторы движения и приложенной силы. Найти ее значение можно по формуле:

A = F * S * cosA

В чем измеряется работа

Физические единицы, в которых выражается механическая работа, – Джоули. 

Существуют разные способы для ее практического измерения, которые зависят от типа произведенного движения. При этом в формулу работы подставляют значение силы в Ньютонах и расстояния в метрах. Угол между векторами измеряют в математических единицах – градусах. 

Работа силы трения

При условиях, существующих на Земле, на любое движущееся тело оказывает воздействие сила трения, замедляющая его движение. Чаще всего это трение поверхности, по которой движется объект. Это очевидно из того факта, что при воздействии постоянной силы на тело его скорость окажется переменной. 

Следовательно, должна быть и другая сила, противодействующая ей – и это сила трения. Если система координат выбрана по направлению движения тела, то ее числовое значение будет отрицательным.

Положительная и отрицательная работа

Числовое значение работы, которую совершает сила, может становиться отрицательным в случае если ее вектор противоположен вектору скорости. 

Иными словами, сила может не только придавать телу скорость для совершения движения, но и препятствовать уже совершаемому перемещению. В таком случае она будет называться противодействующей. 

Полезная или затраченная работа

У тела, совершающего одно и то же действие, есть два значения работы. Первая из них, полезная, вычисляется по обычной формуле. 

Вторая, затраченная, по своему понятию не имеет общей формулы для вычисления и измеряется практически. Эта разница между совершенной в реальности работой и той, которая должна была быть совершена в теории, равна коэффициенту полезного действия – КПД. Он вычисляется так:

КПД = А полезная / А затраченная,

и выражается в процентах. КПД всегда меньше 100.

Мощность

Среднее количество работы, совершаемой за единицу времени (секунду), характеризует такую величину, как мощность. Формула для ее вычисления выглядит так:

Р = A / t

В качестве работы можно подставить люблю известную формулу для ее вычисления в зависимости от ситуации. Ответ будет выражен в Ваттах.

Однако при равномерном движении можно использовать и другую формулу:

Р = F * v

Подставив вместо обычной скорости мгновенную, можно получить значение мгновенной мощности.

Примеры решения задач

Рассмотрим несколько простых задач на нахождение механической работы.

Задача 1

Какую работу совершает подъемный механизм, поднимающий десятикилограммовый блок на высоту 50 метров.

Решение:

Для того, чтобы поднять тело, необходимо преодолеть действующую на него силу тяжести. То есть F, с которой поднимают блок, равна той, с которой он притягивается к земле. Так как последняя равна m * g, то для нахождения конечного результата понадобится только одна измененная версия стандартной формулы, упомянутой выше: A = S * m * g.

При помощи простой математики найдем числовой ответ:

A = 50 м * 10 кг * 10 Н/кг;

A = 5000 Дж.

Ответ: 5000 Дж.

Впрочем, не всегда речь идет о силе тяжести.

Задача 2

Какая работа совершается силой упругости, когда пружина с жесткостью 10 Н/м, сжатая на 20 см, возвращается в исходное состояние? Система замкнута, нет никаких внешних сил, воздействующих на пружину.

Решение:

Для начала нужно найти саму F упругости, которая совершает работу. Ее формула – F = x * |k|, где x – это длина, на которую сжимается или растягивается пружина, а k – коэффициент ее жесткости. Перемещение пружины равно ее деформации, и следовательно, конечная формула в этом случае будет выглядеть так: A = S * x * k = x * x * k = x2 * k.

Далее при помощи элементарных вычислений рассчитаем ответ:

A = (0,2 м)2 * 10 Н/м = 0,04 * 10 = 0,4 Дж.

Ответ: 0,4 Дж.

Но во всех задачах по данной теме траектория движения тела прямая.

Задача 3

Рассчитайте, какова сила, действующая на колесо, если на то, чтобы совершить полный оборот, ему требуется 10 кДж. Диаметр диска равен 40 см, а толщина шины – 10 см.

Решение:

В этом случае нам нужно найти не А, а F, но сделать это можно при помощи все той же формулы. Возьмем точку на поверхности колеса. Предположим, что при вращательном движении ее вектор будет противоположен вектору приложения силы, а значит косинусом в формуле вновь можно пренебречь.

Таким образом, за один оборот колеса точка пройдет расстояние, равное длине окружности, которую можно вычислить как 2πr или πd.

Диаметр окружности можно найти из предоставленных данных: он равен сумме диаметра диска и удвоенной толщины шины, то есть 40 см + 2 * 10 см = 40 см + 20 см = 60 см = 0,6 м.

Теперь, когда мы можем вычислить расстояние, у нас есть все данные для того, чтобы приступить к нахождению силы.

Формула работы для этого случая будет такой: A = F * π * d, то силу, соответственно, можно будет выразить как F = A / (π * d).

В таком случае:

F = 10 кДж / (3,14 * 0,6 м) = 10000 Дж / 1,884 м = ~ 5308 Н.

Ответ: 5308 Н.

В завершение решим самый сложный вариант задачи, включающий в себя все, о чем говорилось выше.

Задача 4

Автомобиль Фольксваген весом 2500 кг заезжает на гору. Какова должна быть его минимальная скорость, чтобы удержаться на горе, если сила тяги равна 10 кН, время работы двигателя – 10 с, КПД – 30%, а угол наклона горы – 60 градусов. Трением и прочими силами пренебречь.

Решение:

На первый взгляд задача может показаться сложной, но для ее решения используются только простые известные формулы. 

Запишем условие в более наглядном виде.

Дано:

m = 2500 кг;

F = 10000 H;

t = 10 с;

КПД = 30%;

угол A = 1500 (60+90, т. к. сила тяжести приложена под углом 90 к горизонтали);

V – ?

Выведение формулы:

Шаг 1. По условию A1 (силы тяжести) = А2 (тяги).

A1 = mg;

A2 = P * t / КПД.

То есть mg = P * t / КПД.

Шаг 2. P = F * V * cosA.

Шаг 3. Общая формула: mg = F * V * cosA * t / КПД.

V = (m * g * КПД) / (F * t * cosA).

Числовое решение:

V = (2500 кг * 10 Н/кг * 30%) / (10000 H * 10 с * cos150);

V = (2500 кг * 10 Н/кг * 0,3) / (10000 H * 10 с * cos60);

V = 7500 / 50000;

V = 0,15 м/с.

Ответ: 0,15 м/с.

Источник: https://nauka.club/fizika/mekhanicheskaya-rabota.html

Механическая работа. Мощность (Зотов А.Е.). урок. Физика 7 Класс

Механическая работа, формула

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.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал Physics.ru (Источник).
  2. Интернет-портал Festival.1september.ru (Источник).
  3. Интернет-портал Fizportal.ru (Источник).
  4. Интернет-портал Elkin52.narod.ru (Источник).

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.

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/7-klass/rabota-moshnost-energija/mehanicheskaya-rabota-moschnost-zotov-a-e?trainers

Урок по физике

Механическая работа, формула

Цели урока:

  1. Образовательная – сформулировать у учащихся представление о механической работе.
  2. Развивающая – развивать физическое представление окружающего нас мира.
  3. Воспитательная – воспитывать добросовестное отношение к труду.

Задачи урока:

  1. Формировать умения работать с приборами, наблюдать, сравнивать результаты опытов, делать выводы.
  2. Формировать умения по практическому применению формулы работы при решении задач.
  3. Формировать умение слушать и осмысливать устную информацию.
  4. Воспитывать ответственность за полученные результаты и умение делать сравнение опытных и теоретических данных.

Оборудование:

деревянный брусок, динамометр, линейка, два металлических бруска, металлический цилиндр.

Структурная схема по теме “Механическая работа”.

Явление

Научные факты

Гипотеза

Законы

Применение

Движение тела под действием силы

1. Сила давления пороховых газов перемещает пулю.

2. Человек под действием силы перемещает шкаф

3. Сила тяги электровоза перемещает вагоны

А>0

A 0

2.F и S направлены в разные стороны:

А = – F · S, А < 0.

3.F + S (перпендикулярна)

А = 0.

1.Для расчета силы, механической работы, пройденного пути.

2.Вычисление работы при подъёме материала в строительных организациях.

3.а) при поднятии груза совершается работа по преодолению силы тяжести;

б) при движении тела совершается работа по преодолению силы трения.

4.Привести свой пример.

Рассказ

Что такое механическая работа? Понятие механической работы связано с перемещением тела под действием силы. Рассмотрим примеры механической работы.

Поезд движется под действием силы тяги электровоза, при этом совершается механическая работа. При выстреле из ружья сила давления пороховых газов совершает работу – перемещает пулю вдоль ствола, скорость пули при этом увеличивается. Человек под действием силы мышц перемещает шкаф. Из примеров видно, что механическая работа совершается, когда тело движется под действием силы.

Если человек желает передвинуть шкаф, то он с силой надавливает на него, но, если при этом шкаф в движение не приходит, то механической работы человек не совершает. Или, если тело движется без участия сил (по инерции), в этом случае механическая работа также не совершается.

Например, вода, падая с высоты совершает перемещение, но ни какая сила не толкает воду, она движется по инерции в поле тяготения Земли.

Чем большая сила действует на тело и чем длиннее путь, который проходит тело под действием этой силы, тем большая совершается работа.

Механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и прямо пропорциональна пройденному пути.

Механическая работа – скалярная физическая величина, численно равная произведению силы на путь.

А = F · S, где А – работа, F – сила, S – пройденный путь.

За единицу работы принимают работу, совершаемой силой в 1 Н, на пути, равном 1 м. Единица работы – Джоуль (Дж) названа в честь английского ученого Джоуля. Т.о., 1 Дж = 1 Н· м.

Если направление силы совпадает с направлением тела, то данная сила совершает положительную работу, А = F · S.

Если же движение тела происходит в направлении противоположном направлению приложенной силы, то данная сила совершает отрицательную работу, А = – F · S.

Если направление силы, действующей на тело, перпендикулярно направлению движения, то эта сила работы не совершает, работа равна нулю т.е., А = 0.

Фронтальные опыты.

Опыт 1.

Измерение механической работы при перемещении бруска по поверхности стола.

Цель опыта:

рассчитать механическую работу при движении тела по горизонтальной поверхности.

Отметить на столе расстояние 30 – 40 см, поставить указатели начала пути и конца. При помощи динамометра равномерно переместить брусок по столу между указателями. Определить действующую силу. Чему равна работа, которую совершили при перемещении бруска по столу?

Опыт 2.

Измерение механической работы при подъёме тела.

Цель опыта:

рассчитать механическую работу при подъёме тела.

Поставить металлический цилиндр на пол. Равномерно поднимать цилиндр с помощью динамометра на стол. Чему равна сила? Чему равна высота, на которую подняли цилиндр? Вычислить работу, которую совершили при подъёме цилиндра на стол.

Задача № 1

. Выразите в джоулях следующие работы: 2 кДж, 0,4 мДж, 200 мДж.

(Ответ: 2 кДж = 2000Дж, 0,4 мДж = 0,0004 Дж, 200мДж = 0,2 Дж.

Задача № 2

. Подъёмный кран поднимает автомобиль. Какую минимальную работу совершает кран при равномерном подъёме автомобиля массой 2000кг на высоту 12м?

Задача № 3

. Насос каждую секунду подает 20л воды на высоту 10м. Какую механическую работу производит насос за 1 минуту?

а) § 53, упр. 28 (1,3), составить таблицу ДЭЗ (доминирующие элементы знания) по теме “Механическая работа”.

б) устно составить рассказ к структурной схеме (дополнительное задание).

11.02.2012

Источник: https://urok.1sept.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/610376/

Booksm
Добавить комментарий