Saturs

• Soļi
• 1. daļa no 3: Darba vērtības atrašana vienā dimensijā
• 2. daļa no 3: Darba aprēķināšana, izmantojot leņķisko spēku
• 3. daļa no 3: Darba vērtības izmantošana
• Padomi

Fizikā jēdzienam "darbs" ir cita definīcija nekā tam, ko lieto ikdienas dzīvē. Jo īpaši termins "darbs" tiek lietots, ja fizisks spēks izraisa objekta kustību. Kopumā, ja spēcīgs spēks liek objektam pārvietoties ļoti tālu, tad tiek veikts liels darbs. Un, ja spēks ir mazs vai objekts nepārvietojas ļoti tālu, tad tikai nedaudz jāstrādā. Stiprumu var aprēķināt, izmantojot formulu: Darbs = F × D × kosinuss (θ)kur F = spēks (ņūtonos), D = pārvietojums (metros) un θ = leņķis starp spēka vektoru un kustības virzienu.

Soļi

1. daļa no 3: Darba vērtības atrašana vienā dimensijā

1. 1 Atrodiet spēka vektora virzienu un kustības virzienu. Lai sāktu, ir svarīgi vispirms noteikt, kādā virzienā objekts pārvietojas, kā arī no kurienes tiek pielikts spēks. Paturiet prātā, ka priekšmeti ne vienmēr pārvietojas atbilstoši tiem pielietotajam spēkam - piemēram, ja pavelkat mazu ratiņu aiz roktura, tad, lai to pārvietotu, pieliekat diagonālu spēku (ja esat garāks par ratiņiem) uz priekšu. Tomēr šajā sadaļā mēs aplūkosim situācijas, kurās objekta spēks (piepūle) un kustība ir tajā pašā virzienā. Lai iegūtu informāciju par to, kā atrast darbu, kad šie priekšmeti nē ir tāds pats virziens, lasiet zemāk.
   • Lai šis process būtu viegli saprotams, sekosim uzdevuma paraugam. Pieņemsim, ka priekšā braucošais vilciens velk tieši uz priekšu rotaļu ratiņus. Šajā gadījumā spēka vektors un vilciena kustības virziens norāda to pašu ceļu - uz priekšu... Nākamajās darbībās mēs izmantosim šo informāciju, lai palīdzētu atrast entītijas paveikto darbu.
2. 2 Atrodiet objekta nobīdi. Pirmais mainīgais D jeb nobīde, kas mums nepieciešama darba formulai, parasti ir viegli atrodama. Pārvietojums ir vienkārši attālums, kurā spēks izraisīja objekta pārvietošanos no sākotnējās pozīcijas. Izglītības uzdevumos šī informācija parasti tiek dota (zināma), vai arī to var iegūt (atrast) no citas uzdevumā ietvertās informācijas. Reālajā dzīvē viss, kas jums jādara, lai atrastu pārvietojumu, ir izmērīt objektu pārvietošanās attālumu.
   • Ņemiet vērā, ka attāluma vienībām formulā jābūt metros, lai aprēķinātu darbu.
   • Mūsu rotaļlietu vilciena piemērā pieņemsim, ka atrodam darbu, ko veic vilciens, kad tas iet gar sliežu ceļu. Ja tas sākas noteiktā vietā un apstājas vietā apmēram 2 metrus gar trasi, tad mēs varam izmantot 2 metri mūsu "D" vērtībai formulā.
3. 3 Atrodiet objektam pielietoto spēku. Pēc tam atrodiet spēka daudzumu, kas tiek izmantots objekta pārvietošanai. Tas ir spēka "spēka" mērs - jo lielāka tā vērtība, jo spēcīgāk tas stumj objektu un ātrāk paātrina tā gaitu. Ja spēka lielums nav norādīts, to var iegūt no masas un pārvietojuma paātrinājuma (ar nosacījumu, ka uz to nedarbojas citi pretrunīgi spēki), izmantojot formulu F = M × A.
   • Lūdzu, ņemiet vērā, ka spēka vienībām ir jābūt ņūtonos, lai aprēķinātu darba formulu.
   • Mūsu piemērā pieņemsim, ka mēs nezinām spēka lielumu. Tomēr pieņemsim, ka zinātka rotaļu vilciena masa ir 0,5 kg un spēks liek tai paātrināties ar ātrumu 0,7 metri sekundē. Šajā gadījumā mēs varam atrast vērtību, reizinot M × A = 0,5 × 0,7 = 0,35 Ņūtons.
4. 4 Reiziniet spēku × attālumu. Kad jūs zināt spēka daudzumu, kas iedarbojas uz jūsu objektu, un attālumu, kādā tas tika pārvietots, viss pārējais ir vienkāršs. Vienkārši reiziniet šīs divas vērtības viena ar otru, lai iegūtu darba vērtību.
   • Ir pienācis laiks atrisināt mūsu piemēra problēmu. Ar spēka vērtību 0,35 ņūtons un pārvietojuma vērtību 2 metri mūsu atbilde ir vienkārša reizināšana: 0,35 × 2 = 0,7 džouli.
   • Jūs, iespējams, pamanījāt, ka ievadā dotajai formulai ir papildu daļa no formulas: kosinuss (θ). Kā minēts iepriekš, šajā piemērā spēks un kustības virziens tiek pielietoti vienā virzienā. Tas nozīmē, ka leņķis starp tiem ir 0. Tā kā kosinuss (0) = 1, tad mums to nevajadzētu iekļaut - mēs vienkārši reizinām ar 1.
5. 5 Norādiet atbildi džoulos. Fizikā darba vērtības (un vairāki citi daudzumi) gandrīz vienmēr ir norādītas mērvienībā, ko sauc par džoulu. Viens džouls ir definēts kā 1 ņūtons spēka uz metru vai, citiem vārdiem sakot, 1 ņūtons × metrs. Tam ir jēga - tā kā jūs reizināt attālumu ar spēku, ir saprātīgi, ka saņemtajai atbildei mērvienība būs vienāda ar jūsu spēka vienību, kas reizināta ar jūsu attālumu.
   • Ņemiet vērā, ka Džoulai ir arī alternatīva definīcija par 1 vatu jaudu sekundē. Lasiet tālāk, lai iegūtu detalizētāku diskusiju par varu un tās saistību ar sniegumu.

2. daļa no 3: Darba aprēķināšana, izmantojot leņķisko spēku

1. 1 Atrodiet spēku un pārvietojumu kā parasti. Iepriekš mēs risinājām problēmu, kurā objekts pārvietojas tajā pašā virzienā kā spēks, kas tam tiek piemērots. Patiesībā tas ne vienmēr notiek. Gadījumos, kad objekta spēks un kustība ir divos dažādos virzienos, lai iegūtu precīzu rezultātu, vienādojumā ir jāņem vērā arī šo divu virzienu atšķirība. Vispirms atrodiet spēka daudzumu un objekta pārvietojumu, kā parasti.
   • Apskatīsim vēl vienu problēmas piemēru. Pieņemsim, ka šajā gadījumā mēs vilksim rotaļlietu vilcienu uz priekšu, kā parādīts iepriekš minētajā uzdevumā, bet šoreiz mēs velkam uz augšu pa diagonālo leņķi.Nākamajā solī mēs to ņemsim vērā, bet pagaidām pieturēsimies pie pamatiem: vilciena kustības un uz to iedarbojošā spēka lieluma. Mūsu nolūkos pieņemsim, ka spēkam ir lielums 10 Ņūtons un ka viņš brauca tāpat 2 metri uz priekšu kā iepriekš.
2. 2 Atrodiet leņķi starp spēka vektoru un pārvietojumu. Atšķirībā no iepriekš minētajiem piemēriem ar spēku, kas atrodas citā virzienā nekā objekta kustība, jums jāatrod atšķirība starp abiem virzieniem leņķa starp tiem. Ja šī informācija jums netiek sniegta, jums, iespējams, vajadzēs pašam izmērīt leņķi vai iegūt to no citas problēmas informācijas.
   • Mūsu piemēra uzdevumā pieņemsim, ka pielietotais spēks ir aptuveni 60 virs horizontālās plaknes. Ja vilciens joprojām virzās taisni uz priekšu (tas ir, horizontāli), tad leņķis starp spēka vektoru un vilciena kustību būs vienāds ar 60.
3. 3 Reizināt spēku × attālumu × kosinusu (θ). Kad jūs zināt objekta pārvietojumu, uz to iedarbojošā spēka daudzumu un leņķi starp spēka vektoru un tā kustību, lēmums ir gandrīz tikpat vienkāršs kā leņķa neņemšana vērā. Vienkārši uzņemiet leņķa kosinusu (tas var prasīt zinātnisku kalkulatoru) un reiziniet to ar spēku un pārvietojumu, lai atrastu atbildi uz jūsu problēmu džoulos.
   • Atrisināsim mūsu problēmas piemēru. Izmantojot kalkulatoru, mēs atklājam, ka kosinuss 60 ir 1/2. Iekļaujot to formulā, mēs varam atrisināt problēmu šādi: 10 ņūtoni × 2 metri × 1/2 = 10 džouli.

3. daļa no 3: Darba vērtības izmantošana

1. 1 Mainiet formulu, lai atrastu attālumu, izturību vai leņķi. Iepriekš minētā darba formula nav vienkārši noderīga darba atrašanai - tas ir arī vērtīgi, lai atrastu vienādojumā jebkurus mainīgos, kad jau zināt darba nozīmi. Šādos gadījumos vienkārši iezīmējiet meklējamo mainīgo un atrisiniet vienādojumu saskaņā ar algebra pamatnoteikumiem.
   • Piemēram, pieņemsim, ka mēs zinām, ka mūsu vilcienu velk ar 20 ņūtonu spēku pa diagonālo leņķi, kas ir vairāk nekā 5 metri sliežu ceļa, lai veiktu 86,6 džoulus. Tomēr mēs nezinām spēka vektora leņķi. Lai atrastu leņķi, mēs vienkārši izvēlamies šo mainīgo un atrisinām vienādojumu šādi:

     86,6 = 20 × 5 × kosinuss (θ)

     86.6 / 100 = Kosinuss (θ)

     Arccos (0,866) = θ = 30

2. 2 Sadaliet ar laiku, kas pavadīts kustībā, lai atrastu spēku. Fizikā darbs ir cieši saistīts ar cita veida mērījumiem, ko sauc par jaudu. Jauda ir vienkārši veids, kā kvantitatīvi noteikt ātrumu, kādā ar noteiktu sistēmu tiek veikts darbs ilgā laika periodā. Tādējādi, lai atrastu spēku, viss, kas jums jādara, ir sadalīt objekta pārvietošanai izmantoto darbu ar laiku, kas nepieciešams, lai pabeigtu pārvietošanu. Jaudas mērījumi ir norādīti vienībās W (kas ir vienādi ar džoulu sekundē).
   • Piemēram, iepriekšminētā uzdevuma piemēra gadījumā pieņemsim, ka vilciena pārvietošana par 5 metriem aizņēma 12 sekundes. Šajā gadījumā viss, kas jums jādara, ir sadalīt paveikto darbu, lai pārvietotu 5 metrus (86,6 J) ar 12 sekundēm, lai atrastu atbildi jaudas aprēķināšanai: 86,6 / 12 = '7,22 vati.
3. 3 Izmantojiet TME formulu_i + W_nc = TME_flai atrastu mehānisko enerģiju sistēmā. Darbu var izmantot arī, lai atrastu sistēmā esošo enerģijas daudzumu. Iepriekš minētajā formulā TME_i = sākotnējais kopējā mehāniskā enerģija TME sistēmā_f = fināls kopējā mehāniskā enerģija sistēmā un W_nc = darbs, kas veikts sakaru sistēmās nekonservatīvu spēku dēļ .. Šajā formulā, ja spēks tiek pielietots kustības virzienā, tad tas ir pozitīvs, un, ja tas spiež uz (pret), tad tas ir negatīvs. Ņemiet vērā, ka abus enerģijas mainīgos var atrast pēc formulas (½) mv, kur m = masa un V = tilpums.
   • Piemēram, divus soļus iepriekš minētās problēmas piemērā, pieņemsim, ka vilciena kopējā mehāniskā enerģija sākotnēji bija 100 J. Tā kā uzdevumā esošais spēks vilka vilcienu tajā virzienā, kurā tas jau ir gājis, tas ir pozitīvs. Šajā gadījumā vilciena gala enerģija ir TME_i + W_nc = 100 + 86.6 = 186,6 Dž.
   • Ņemiet vērā, ka nekonservatīvie spēki ir spēki, kuru spēja ietekmēt objekta paātrinājumu ir atkarīga no objekta nobrauktā ceļa.Berze ir labs piemērs - objekts, kas stumts pa īsu, taisnu ceļu, īsu brīdi izjutīs berzes sekas, savukārt objekts, kas stumts pa garu, līkumotu ceļu uz to pašu gala vietu, kopumā piedzīvos lielāku berzi.

Padomi

• Ja jums izdodas atrisināt problēmu, tad smaidiet un priecājieties par sevi!
• Praktizējiet pēc iespējas vairāk problēmu risināšanu, tas nodrošinās pilnīgu izpratni.
• Turpiniet praktizēt un mēģiniet vēlreiz, ja pirmo reizi neizdodas.
• Izpētiet šādus punktus par darbu:
  • Ar varu paveiktais darbs var būt pozitīvs vai negatīvs. (Šajā ziņā jēdzieniem "pozitīvs vai negatīvs" ir sava matemātiskā nozīme, bet parastā nozīme).
  • Veiktais darbs ir negatīvs, ja spēks darbojas pretējā virzienā pārvietojumam.
  • Paveiktais darbs ir pozitīvs, ja spēks iedarbojas braukšanas virzienā.