Enige beweging van 'n liggaam in die ruimte, wat lei tot 'n verandering in sy totale energie, word met werk geassosieer. In hierdie artikel sal ons oorweeg wat hierdie hoeveelheid is, in watter meganiese werk gemeet word en hoe dit aangedui word, en ons sal ook 'n interessante probleem oor hierdie onderwerp oplos.
Werk as 'n fisiese hoeveelheid
Voordat ons die vraag beantwoord waarin meganiese werk gemeet word, kom ons maak kennis met hierdie waarde. Volgens die definisie is werk die skalêre produk van die krag en die verplasingvektor van die liggaam wat hierdie krag veroorsaak het. Wiskundig kan ons die volgende gelykheid skryf:
A=(F¯S¯).
Runde hakies dui kolproduk aan. Gegewe sy eienskappe, sal hierdie formule uitdruklik soos volg herskryf word:
A=FScos(α).
Waar α die hoek tussen die krag- en verplasingsvektore is.
Uit die geskrewe uitdrukkings volg dat die werk in Newton per meter (Nm) gemeet word. Soos bekend,hierdie hoeveelheid word 'n joule (J) genoem. Dit wil sê, in fisika word meganiese werk gemeet in eenhede van werk Joules. Een Joule stem ooreen met so 'n werk, waarin 'n krag van een Newton, wat parallel met die beweging van die liggaam inwerk, lei tot 'n verandering in sy posisie in die ruimte met een meter.
Wat die benaming van meganiese werk in fisika betref, moet daarop gelet word dat die letter A meestal hiervoor gebruik word (van Duits ardeit - arbeid, werk). In Engelstalige literatuur kan jy die benaming van hierdie waarde met die Latynse letter W vind. In Russiestalige literatuur is hierdie letter gereserveer vir mag.
Werk en energie
Om die vraag te bepaal oor hoe meganiese werk gemeet word, het ons gesien dat die eenhede daarvan saamval met dié vir energie. Hierdie toeval is nie toevallig nie. Die feit is dat die beskoude fisiese hoeveelheid een van die maniere is om energie in die natuur te manifesteer. Enige beweging van liggame in kragvelde of in hul afwesigheid vereis energiekoste. Laasgenoemde word gebruik om die kinetiese en potensiële energie van liggame te verander. Die proses van hierdie verandering word gekenmerk deur die werk wat gedoen word.
Energie is 'n fundamentele eienskap van liggame. Dit word in geïsoleerde stelsels gestoor, dit kan omskep word in meganiese, chemiese, termiese, elektriese en ander vorme. Werk is slegs 'n meganiese manifestasie van energieprosesse.
Werk in gasse
Die uitdrukking hierbo geskryf om te werkis basies. Hierdie formule is egter moontlik nie geskik om praktiese probleme uit verskillende areas van fisika op te los nie, dus word ander uitdrukkings wat daaruit afgelei is, gebruik. Een so 'n geval is die werk wat deur die gas gedoen word. Dit is gerieflik om dit te bereken deur die volgende formule te gebruik:
A=∫V(PdV).
Hier P is die druk in die gas, V is sy volume. Om te weet waarin meganiese werk gemeet word, is dit maklik om die geldigheid van die integrale uitdrukking te bewys, inderdaad:
Pam3=N/m2m3=N m=J.
In die algemene geval is druk 'n funksie van volume, dus kan die integrand 'n arbitrêre vorm aanneem. In die geval van 'n isobariese proses vind die uitsetting of sametrekking van 'n gas plaas by 'n konstante druk. In hierdie geval is die werk van die gas gelyk aan die eenvoudige produk van die waarde P en die verandering in sy volume.
Werk terwyl die liggaam om die as roteer
Die beweging van rotasie is wydverspreid in aard en tegnologie. Dit word gekenmerk deur die konsepte van momente (krag, momentum en traagheid). Om die werk van eksterne kragte te bepaal wat 'n liggaam of stelsel om 'n sekere as laat draai het, moet jy eers die kragmoment bereken. Dit word so bereken:
M=Fd.
Waar d die afstand vanaf die kragvektor na die rotasie-as is, word dit die skouer genoem. Die wringkrag M, wat gelei het tot die rotasie van die stelsel deur 'n hoek θ om een of ander as, doen die volgende werk:
A=Mθ.
Hier Mword uitgedruk in Nm en die hoek θ is in radiale.
Fisika-taak vir meganiese werk
Soos dit in die artikel gesê is, word die werk altyd deur hierdie of daardie krag gedoen. Oorweeg die volgende interessante probleem.
Die liggaam is op 'n vlak wat skuins na die horison teen 'n hoek van 25o. Deur af te gly, het die liggaam 'n bietjie kinetiese energie verkry. Dit is nodig om hierdie energie te bereken, sowel as die werk van swaartekrag. Die massa van 'n liggaam is 1 kg, die pad wat deur dit langs die vliegtuig gereis word, is 2 meter. Glywrywingweerstand kan verwaarloos word.
Dit is hierbo gewys dat slegs die deel van die krag wat langs die verplasing gerig is, werk. Dit is maklik om aan te toon dat in hierdie geval die volgende deel van die swaartekrag langs die verplasing sal inwerk:
F=mgsin(α).
Hier is α die hellingshoek van die vlak. Dan word werk so bereken:
A=mgsin(α)S=19.810.42262=8.29 J.
Dit wil sê, swaartekrag doen positiewe werk.
Kom ons bepaal nou die kinetiese energie van die liggaam aan die einde van die afdraande. Om dit te doen, onthou die tweede Newtoniaanse wet en bereken die versnelling:
a=F/m=gsin(α).
Aangesien die gly van die liggaam eenvormig versnel word, het ons die reg om die ooreenstemmende kinematiese formule te gebruik om die tyd van beweging te bepaal:
S=at2/2=>
t=√(2S/a)=√(2S/(gsin(α))).
Die spoed van die liggaam aan die einde van die afdraande word soos volg bereken:
v=at=gsin(α)√(2S/(gsin(α)))=√(2Sgsin(α)).
Die kinetiese energie van translasiebeweging word bepaal deur die volgende uitdrukking te gebruik:
E=mv2/2=m2Sgsin(α)/2=mSgsin(α).
Ons het 'n interessante resultaat gekry: dit blyk dat die formule vir kinetiese energie presies ooreenstem met die uitdrukking vir die swaartekrag, wat vroeër verkry is. Dit dui daarop dat al die meganiese werk van die krag F daarop gemik is om die kinetiese energie van die glyliggaam te verhoog. Trouens, as gevolg van wrywingskragte, blyk die werk A altyd groter te wees as die energie E.
