რაზეა დამოკიდებული მექანიკური მუშაობა? მექანიკური მუშაობა

თემის „როგორ იზომება სამუშაო“ გამოვლენამდე აუცილებელია მცირე უკან დახევა. ამ სამყაროში ყველაფერი ემორჩილება ფიზიკის კანონებს. თითოეული პროცესი ან ფენომენი შეიძლება აიხსნას ფიზიკის გარკვეული კანონების საფუძველზე. თითოეული გაზომილი სიდიდისთვის არის ერთეული, რომელშიც ის ჩვეულებრივ იზომება. საზომი ერთეულები მუდმივია და აქვთ იგივე მნიშვნელობა მთელ მსოფლიოში.

ამის მიზეზი შემდეგია. მეცხრამეტე სამოცდაათში, მეთერთმეტე გენერალურ კონფერენციაზე წონისა და ზომების შესახებ, მიღებული იქნა გაზომვების სისტემა, რომელიც აღიარებულია მთელ მსოფლიოში. ამ სისტემას ეწოდა Le Système International d'Unités, SI (SI System International). ეს სისტემა გახდა საფუძველი მთელ მსოფლიოში მიღებული საზომი ერთეულებისა და მათი ურთიერთობების დასადგენად.

ფიზიკური ტერმინები და ტერმინოლოგია

ფიზიკაში ძალის მუშაობის საზომ ერთეულს უწოდებენ J (Joule), ინგლისელი ფიზიკოსის ჯეიმს ჯულის პატივსაცემად, რომელმაც შექმნა დიდი წვლილიფიზიკაში თერმოდინამიკის განყოფილების შემუშავებაში. ერთი ჯოული სამუშაოს ტოლიდამზადებულია ერთი N (ნიუტონი) ძალით, როდესაც მისი გამოყენება მოძრაობს ერთი M (მეტრი) ძალის მიმართულებით. ერთი N (ნიუტონი) ძალის ტოლი, ერთი კგ (კილოგრამი) მასით, ძალის მიმართულებით ერთი მ/წ2 (მეტრი წამში) აჩქარებით.

FYI.ფიზიკაში ყველაფერი ურთიერთდაკავშირებულია, ნებისმიერი სამუშაოს შესრულება დაკავშირებულია განხორციელებასთან დამატებითი მოქმედებები. მაგალითად, შეგვიძლია ავიღოთ საყოფაცხოვრებო ვენტილატორი. როდესაც ვენტილატორი ჩართულია, ვენტილატორის პირები იწყებენ ბრუნვას. მბრუნავი პირები გავლენას ახდენენ ჰაერის ნაკადზე და აძლევს მას მიმართულ მოძრაობას. ეს არის მუშაობის შედეგი. მაგრამ სამუშაოს შესასრულებლად საჭიროა სხვა გარე ძალების გავლენა, რომელთა გარეშე მოქმედება შეუძლებელია. მათ შორისაა ელექტრო დენი, სიმძლავრე, ძაბვა და მრავალი სხვა დაკავშირებული მნიშვნელობა.

ელექტრული დენი, მის ბირთვში, არის ელექტრონების მოწესრიგებული მოძრაობა გამტარში დროის ერთეულზე. ელექტრული დენი ეფუძნება დადებით ან უარყოფითად დამუხტულ ნაწილაკებს. მათ ელექტრულ მუხტებს უწოდებენ. აღინიშნება ასოებით C, q, Kl (კულონი), ფრანგი მეცნიერისა და გამომგონებლის შარლ კულონის სახელით. SI სისტემაში ეს არის დამუხტული ელექტრონების რაოდენობის საზომი ერთეული. 1 C უდრის დამუხტული ნაწილაკების მოცულობას, რომელიც მიედინება გამტარის განივი მონაკვეთზე დროის ერთეულზე. დროის ერთეული არის ერთი წამი. ელექტრული მუხტის ფორმულა ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში.

ელექტრული დენის სიძლიერე მითითებულია ასო A (ამპერით). ამპერი არის ერთეული ფიზიკაში, რომელიც ახასიათებს ძალის მუშაობის გაზომვას, რომელიც იხარჯება გამტარის გასწვრივ მუხტების გადასაადგილებლად. მის ბირთვში, ელექტრო დენი- ეს არის ელექტრონების მოწესრიგებული მოძრაობა დირიჟორში გავლენის ქვეშ ელექტრომაგნიტური ველი. გამტარი არის მასალა ან გამდნარი მარილი (ელექტროლიტი), რომელსაც აქვს მცირე წინააღმდეგობა ელექტრონების გავლის მიმართ. ელექტრული დენის სიძლიერეზე მოქმედებს ორი ფიზიკური რაოდენობით: ძაბვა და წინააღმდეგობა. ისინი ქვემოთ იქნება განხილული. დენის სიძლიერე ყოველთვის პირდაპირპროპორციულია ძაბვისა და უკუპროპორციული წინააღმდეგობის.

როგორც ზემოთ აღინიშნა, ელექტრული დენი არის ელექტრონების მოწესრიგებული მოძრაობა გამტარში. მაგრამ არის ერთი გაფრთხილება: მათ გარკვეული ზემოქმედება სჭირდებათ გადაადგილებისთვის. ეს ეფექტი იქმნება პოტენციური სხვაობის შექმნით. ელექტრო დამუხტვაშეიძლება იყოს დადებითი ან უარყოფითი. დადებითი გადასახადებიყოველთვის მიდრეკილია უარყოფითი მუხტებისკენ. ეს აუცილებელია სისტემის ბალანსისთვის. განსხვავებას დადებითად და უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკების რაოდენობას შორის ელექტრული ძაბვა ეწოდება.

სიმძლავრე არის ენერგიის რაოდენობა, რომელიც დაიხარჯება ერთი J (ჯოული) სამუშაოს შესრულებისთვის ერთი წამის განმავლობაში. საზომი ერთეული ფიზიკაში არის W (Watt), SI სისტემაში W (Watt). ვინაიდან ელექტროენერგია განიხილება, აქ არის დახარჯულის მნიშვნელობა ელექტრო ენერგიააღსასრულებლად გარკვეული მოქმედებადროის მონაკვეთში.

IN ყოველდღიური ცხოვრებახშირად ვხვდებით ისეთ კონცეფციას, როგორიცაა სამუშაო. რას ნიშნავს ეს სიტყვა ფიზიკაში და როგორ განვსაზღვროთ დრეკადობის ძალის მოქმედება? ამ კითხვებზე პასუხებს სტატიაში გაიგებთ.

მექანიკური მუშაობა

სამუშაო არის სკალარული ალგებრული სიდიდე, რომელიც ახასიათებს ურთიერთობას ძალასა და გადაადგილებას შორის. თუ ამ ორი ცვლადის მიმართულება ემთხვევა, ის გამოითვლება შემდეგი ფორმულით:

• ფ- ძალის ვექტორის მოდული, რომელიც ასრულებს სამუშაოს;
• ს- გადაადგილების ვექტორული მოდული.

ძალა, რომელიც მოქმედებს სხეულზე, ყოველთვის არ მუშაობს. მაგალითად, გრავიტაციის მიერ შესრულებული სამუშაო ნულის ტოლია, თუ მისი მიმართულება პერპენდიკულარულია სხეულის მოძრაობაზე.

თუ ძალის ვექტორი ქმნის არანულოვან კუთხეს გადაადგილების ვექტორთან, მაშინ სამუშაოს დასადგენად სხვა ფორმულა უნდა იქნას გამოყენებული:

A=FScosα

α - კუთხე ძალისა და გადაადგილების ვექტორებს შორის.

ნიშნავს, მექანიკური მუშაობა არის ძალის პროექციის ნამრავლი გადაადგილების მიმართულებით და გადაადგილების მოდულზე, ან გადაადგილების პროექციის ნამრავლი ძალის მიმართულებაზე და ამ ძალის მოდულზე.

მექანიკური მუშაობის ნიშანი

სხეულის მოძრაობასთან მიმართებაში ძალის მიმართულებიდან გამომდინარე, სამუშაო A შეიძლება იყოს:

• დადებითი (0°≤ α<90°);
• უარყოფითი (90°<α≤180°);
• ნულის ტოლი (α=90°).

თუ A>0, მაშინ სხეულის სიჩქარე იზრდება. ამის მაგალითია ვაშლი, რომელიც ხიდან მიწაზე ვარდება. ა<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

SI სამუშაო ერთეული ( საერთაშორისო სისტემაერთეული) - ჯული (1N*1m=J). ჯოული არის ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო, რომლის ღირებულებაა 1 ნიუტონი, როდესაც სხეული მოძრაობს 1 მეტრით ძალის მიმართულებით.

ელასტიური ძალის მუშაობა

ძალის მოქმედება გრაფიკულადაც შეიძლება განისაზღვროს. ამისათვის გამოთვალეთ მრუდი ფიგურის ფართობი გრაფიკის ქვეშ F s (x).

ამრიგად, დრეკადობის ძალის დამოკიდებულების გრაფიკიდან ზამბარის გახანგრძლივებაზე შეიძლება გამოვიტანოთ დრეკადობის ძალის მუშაობის ფორმულა.

ის უდრის:

A=kx 2/2

• კ- სიმტკიცე;
• x- აბსოლუტური დრეკადობა.

რა ვისწავლეთ?

მექანიკური მუშაობახდება მაშინ, როდესაც სხეულზე მოქმედებს ძალა, რაც იწვევს სხეულის მოძრაობას. ძალასა და გადაადგილებას შორის წარმოქმნილი კუთხიდან გამომდინარე, სამუშაო შეიძლება იყოს ნული ან ჰქონდეს უარყოფითი ან დადებითი ნიშანი. დრეკადობის ძალის მაგალითის გამოყენებით, თქვენ შეიტყვეთ სამუშაოს განსაზღვრის გრაფიკული მეთოდის შესახებ.

ეფექტურობა გვიჩვენებს მექანიზმის ან მოწყობილობის მიერ შესრულებული სასარგებლო სამუშაოს თანაფარდობას დახარჯულ სამუშაოსთან. ხშირად, დახარჯული სამუშაო არის ენერგიის რაოდენობა, რომელსაც მოწყობილობა მოიხმარს სამუშაოს შესასრულებლად.

დაგჭირდებათ

1. - ავტომობილი;
2. - თერმომეტრი;
3. - კალკულატორი.

ინსტრუქციები

1. კოეფიციენტის გამოსათვლელად სასარგებლო მოქმედებები(ეფექტურობა) გაყავით სასარგებლო სამუშაო Ap დახარჯულ სამუშაოზე Az და გაამრავლეთ შედეგი 100%-ზე (ეფექტურობა = Ap/Az∙100%). შედეგს მიიღებთ პროცენტულად.
2. გაანგარიშებისას თერმული ეფექტურობაძრავა, სასარგებლო სამუშაოდ ჩათვალეთ მექანიზმის მიერ შესრულებული მექანიკური სამუშაო. დახარჯული სამუშაოსთვის აიღეთ დამწვარი საწვავის მიერ გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა, რომელიც არის ძრავის ენერგიის წყარო.
3. მაგალითი. მანქანის ძრავის საშუალო წევის ძალა არის 882 N. ის მოიხმარს 7 კგ ბენზინს 100 კმ მგზავრობისას. განსაზღვრეთ მისი ძრავის ეფექტურობა. ჯერ იპოვნეთ მომგებიანი სამუშაო. იგი უდრის F ძალის ნამრავლს და S მანძილს, რომელიც სხეულმა დაფარა მისი გავლენით Аn=F∙S. დაადგინეთ სითბოს რაოდენობა, რომელიც გამოიყოფა 7 კგ ბენზინის დაწვისას, ეს იქნება დახარჯული სამუშაო Az=Q=q∙m, სადაც q – სპეციფიკური სითბოსაწვავის წვა, ბენზინისთვის ის უდრის 42∙10^6 ჯ/კგ, ხოლო m არის ამ საწვავის მასა. ძრავის ეფექტურობა ტოლი იქნება ეფექტურობის=(F∙S)/(q∙m)∙100%= (882∙100000)/(42∙10^6∙7)∙100%=30%.
4. ზოგადად, ეფექტურობის საპოვნელად, კოეფიციენტი აქვს ნებისმიერ სითბურ ძრავას (შიგაწვის ძრავა, ორთქლის ძრავა, ტურბინა და ა.შ.), სადაც სამუშაოები შესრულებულია გაზით. სასარგებლო მოქმედებებიუდრის გამათბობელი Q1-ის მიერ გამოშვებული და მაცივრის Q2 მიერ მიღებული სითბოს სხვაობას, იპოვნეთ განსხვავება გამათბობელსა და მაცივარს შორის და გაყავით გამათბობელის ეფექტურობის სიცხეზე = (Q1-Q2)/Q1. აქ ეფექტურობა იზომება ქვემრავალ ერთეულებში 0-დან 1-მდე, რათა შედეგი გადაიყვანოთ პროცენტულად, გავამრავლოთ იგი 100-ზე.
5. იდეალური სითბური ძრავის (Carnot მანქანა) ეფექტურობის მისაღებად იპოვეთ ტემპერატურული სხვაობის თანაფარდობა გამათბობელ T1-სა და მაცივარ T2-ს შორის გამათბობელის ტემპერატურის ეფექტურობასთან = (T1-T2)/T1. ეს არის მაქსიმალური შესაძლო ეფექტურობა კონკრეტული ტიპის სითბოს ძრავისთვის გამათბობელისა და მაცივრის მოცემული ტემპერატურით.
6. ელექტროძრავისთვის იპოვეთ დახარჯული სამუშაო, როგორც სიმძლავრის პროდუქტი და დრო, რომელიც სჭირდება მის დასრულებას. მაგალითად, თუ ამწის ელექტროძრავა, რომლის სიმძლავრეა 3,2 კვტ. თანაფარდობის ტოლისასარგებლო სამუშაო Аp=m∙g∙h, სადაც m არის დატვირთვის მასა, g≈10 m/s² თავისუფალი ვარდნის აჩქარება, h არის სიმაღლე, რომელზეც აწიეს დატვირთვა, და დახარჯული სამუშაო Az=Р∙t. , სადაც Р არის ძრავის სიმძლავრე, t - მისი მუშაობის დრო. მიიღეთ ეფექტურობის განსაზღვრის ფორმულა=Ap/Az∙100%=(m∙g∙h)/(P∙t) ∙100%=%=(800∙10∙3.6)/(3200∙10) ∙100% =90%.

რა არის სასარგებლო მუშაობის ფორმულა?

ამა თუ იმ მექანიზმის გამოყენებით ვასრულებთ სამუშაოს, რომელიც ყოველთვის აღემატება იმას, რაც აუცილებელია მიზნის მისაღწევად. ამის შესაბამისად, განასხვავებენ სრულ ან დახარჯულ სამუშაოს აზ და სასარგებლო სამუშაოს აპ. თუ, მაგალითად, ჩვენი მიზანია m მასის ტვირთის აწევა H სიმაღლეზე, მაშინ სასარგებლო სამუშაოა ის, რაც განპირობებულია მხოლოდ დატვირთვაზე მოქმედი სიმძიმის ძალის დაძლევით. დატვირთვის ერთგვაროვანი აწევით, როდესაც ძალა, რომელსაც ჩვენ ვიყენებთ, უდრის ტვირთის გრავიტაციულ ძალას, ეს სამუშაო შეიძლება მოიძებნოს შემდეგნაირად:
Ap =FH= მგH
სასარგებლო სამუშაო ყოველთვის არის მხოლოდ მცირე ნაწილი მთლიანი სამუშაოს, რომელიც შესრულებულია ადამიანის მიერ, რომელიც იყენებს მანქანას.

ფიზიკურ რაოდენობას, რომელიც გვიჩვენებს სასარგებლო სამუშაოს რა პროპორციას შეადგენს მთლიანი დახარჯული სამუშაო, ეწოდება მექანიზმის ეფექტურობა.

რა არის მუშაობა ფიზიკის განსაზღვრის ფორმულაში. nn

დამეხმარეთ ფიზიკის ფორმულის გაშიფვრაში

სითბური ძრავების ეფექტურობა (ფორმულები, განმარტებები, მაგალითები) დაწერეთ! ფიზიკა (ფორმულები, განმარტებები, მაგალითები) დაწერე!

« ფიზიკა - მე-10 კლასი“

ენერგიის შენარჩუნების კანონი ბუნების ფუნდამენტური კანონია, რომელიც საშუალებას გვაძლევს აღვწეროთ ყველაზე გავრცელებული ფენომენები.

სხეულების მოძრაობის აღწერა ასევე შესაძლებელია დინამიკის ისეთი ცნებების გამოყენებით, როგორიცაა სამუშაო და ენერგია.

დაიმახსოვრე რა არის მუშაობა და ძალა ფიზიკაში.

ემთხვევა თუ არა ეს ცნებები მათ შესახებ ყოველდღიურ იდეებს?

მთელი ჩვენი ყოველდღიური მოქმედება იქამდე მიდის, რომ ჩვენ კუნთების დახმარებით ან მოძრაობაში ვაყენებთ მიმდებარე სხეულებს და ვინარჩუნებთ ამ მოძრაობას, ან ვაჩერებთ მოძრავ სხეულებს.

ეს სხეულები არის იარაღები (ჩაქუჩი, კალამი, ხერხი), თამაშებში - ბურთები, ტოტები, ჭადრაკის ფიგურები. წარმოებასა და სოფლის მეურნეობაში ადამიანები ინსტრუმენტებსაც აყენებენ მოძრაობაში.

მანქანების გამოყენება ბევრჯერ ზრდის შრომის პროდუქტიულობას მათში ძრავების გამოყენების გამო.

ნებისმიერი ძრავის დანიშნულებაა სხეულების მოძრაობაში მოქცევა და ამ მოძრაობის შენარჩუნება, მიუხედავად დამუხრუჭებისა როგორც ჩვეულებრივი ხახუნის, ასევე „სამუშაო“ წინააღმდეგობისა (საჭრელი არ უნდა სრიალდეს ლითონზე, არამედ, მასში ჩაჭრით, ამოიღოს ჩიპები; გუთანი უნდა მიწის გაფხვიერება და ა.შ.). ამ შემთხვევაში მოძრავ სხეულზე ძრავის მხრიდან ძალა უნდა მოქმედებდეს.

ბუნებაში მუშაობა ხორციელდება მაშინ, როდესაც სხვა სხეულის (სხვა სხეულების) ძალა (ან რამდენიმე ძალა) მოქმედებს სხეულზე მისი მოძრაობის მიმართულებით ან მის საწინააღმდეგოდ.

გრავიტაციის ძალა მოქმედებს, როდესაც წვიმის წვეთები ან ქვები კლდიდან ვარდება. ამავდროულად, მუშაობას ასევე ახორციელებს წინააღმდეგობის ძალა, რომელიც მოქმედებს ჩამოვარდნილ წვეთებზე ან ქვაზე ჰაერიდან. ელასტიური ძალა ასევე ასრულებს მუშაობას, როდესაც ქარის მიერ მოხრილი ხე სწორდება.

სამუშაოს განმარტება.

ნიუტონის მეორე კანონი იმპულსის სახით Δ = Δtსაშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ, თუ როგორ იცვლება სხეულის სიჩქარე სიდიდეში და მიმართულებაში, თუ მასზე ძალა მოქმედებს Δt დროს.

ძალების გავლენა სხეულებზე, რომლებიც იწვევს მათი სიჩქარის მოდულის ცვლილებას, ხასიათდება მნიშვნელობით, რომელიც დამოკიდებულია როგორც ძალებზე, ასევე სხეულების მოძრაობაზე. მექანიკაში ამ რაოდენობას უწოდებენ ძალის მუშაობა.

სიჩქარის ცვლილება აბსოლუტურ მნიშვნელობაში შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, როდესაც F r ძალის პროექცია სხეულის მოძრაობის მიმართულებით განსხვავდება ნულიდან. სწორედ ეს პროექცია განსაზღვრავს იმ ძალის მოქმედებას, რომელიც ცვლის სხეულის მოდულის სიჩქარეს. ის აკეთებს საქმეს. მაშასადამე, სამუშაო შეიძლება ჩაითვალოს F r ძალის პროექციის ნამრავლად გადაადგილების მოდულით |Δ| (ნახ. 5.1):

A = F r |Δ|. (5.1)

თუ კუთხე ძალასა და გადაადგილებას შორის აღინიშნება α-ით, მაშინ Fr = Fcosα.

ამრიგად, სამუშაო ტოლია:

A = |Δ|cosα. (5.2)

ჩვენი ყოველდღიური წარმოდგენა სამუშაოზე განსხვავდება ფიზიკაში მუშაობის განსაზღვრებისგან. ხელში მძიმე ჩემოდანი გიჭირავს და გეჩვენება, რომ საქმეს აკეთებ. თუმცა, ფიზიკური თვალსაზრისით, თქვენი სამუშაო ნულის ტოლია.

მუდმივი ძალის მუშაობა ტოლია ძალის მოდულების ნამრავლისა და ძალის გამოყენების წერტილისა და მათ შორის კუთხის კოსინუსის გადაადგილებისა.

ზოგადად, როდესაც ხისტი სხეული მოძრაობს, მისი სხვადასხვა წერტილების გადაადგილება განსხვავებულია, მაგრამ ძალის მუშაობის განსაზღვრისას ჩვენ ქვეშ ვართ Δ ჩვენ გვესმის მისი გამოყენების წერტილის მოძრაობა. ხისტი სხეულის მთარგმნელობითი მოძრაობის დროს მისი ყველა წერტილის მოძრაობა ემთხვევა ძალის გამოყენების წერტილის მოძრაობას.

სამუშაო, ძალისა და გადაადგილებისგან განსხვავებით, არ არის ვექტორული, არამედ სკალარული რაოდენობა. ეს შეიძლება იყოს დადებითი, უარყოფითი ან ნულოვანი.

სამუშაოს ნიშანი განისაზღვრება ძალასა და გადაადგილებას შორის კუთხის კოსინუსის ნიშნით. თუ α< 90°, то А >0, ვინაიდან მწვავე კუთხეების კოსინუსი დადებითია. α > 90°-ზე სამუშაო უარყოფითია, რადგან კოსინუსი ბლაგვი კუთხეებიუარყოფითი. α = 90°-ზე (ძალა გადაადგილებაზე პერპენდიკულარული) სამუშაო არ კეთდება.

თუ სხეულზე მოქმედებს რამდენიმე ძალა, მაშინ მიღებული ძალის პროექცია გადაადგილებაზე უდრის ცალკეული ძალების პროგნოზების ჯამს:

F r = F 1r + F 2r + ... .

მაშასადამე, შედეგიანი ძალის მუშაობისთვის ვიღებთ

A = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)

თუ სხეულზე მოქმედებს რამდენიმე ძალა, მაშინ სრული დროით სამუშაო (ალგებრული ჯამიყველა ძალის მუშაობა) უდრის შედეგიანი ძალის მუშაობას.

ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო შეიძლება წარმოდგენილი იყოს გრაფიკულად. ეს ავხსნათ ნახატზე ძალის პროექციის დამოკიდებულების გამოსახვით სხეულის კოორდინატებზე, როდესაც ის მოძრაობს სწორი ხაზით.

მიეცით სხეულს გადაადგილება OX ღერძის გასწვრივ (სურ. 5.2), შემდეგ

Fcosα = F x, |Δ| = Δ x.

ძალის მუშაობისთვის ვიღებთ

A = F|Δ|cosα = F x Δx.

ცხადია, ნახატზე (5.3, ა) დაჩრდილული ოთხკუთხედის ფართობი რიცხობრივად უდრის შესრულებულ სამუშაოს, როდესაც სხეულის გადაადგილება ხდება წერტილიდან x1 კოორდინატით წერტილამდე x2 კოორდინატით.

ფორმულა (5.1) მოქმედებს იმ შემთხვევაში, როდესაც ძალის პროექცია გადაადგილებაზე მუდმივია. იმ შემთხვევაში მრუდი ტრაექტორიამუდმივი ან ცვლადი ძალა, ჩვენ ვყოფთ ტრაექტორიას პატარა სეგმენტებად, რომლებიც შეიძლება ჩაითვალოს სწორხაზოვნად და ძალის პროექცია მცირე გადაადგილებაზე. Δ - მუდმივი.

სამუშაო ერთეული.

სამუშაო ერთეული შეიძლება ჩამოყალიბდეს ძირითადი ფორმულის გამოყენებით (5.2). თუ სხეულის ერთეული სიგრძის გადაადგილებისას მასზე მოქმედებს ძალა, რომლის მოდულიც ერთის ტოლი, და ძალის მიმართულება ემთხვევა მისი გამოყენების წერტილის მოძრაობის მიმართულებას (α = 0), მაშინ სამუშაო ტოლი იქნება ერთიანობის. საერთაშორისო სისტემის (SI) მუშაობის ერთეული არის ჯოული (აღნიშნულია J-ით):

1 J = 1 N 1 m = 1 N m.

ჯული- ეს არის 1 N ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო 1 გადაადგილებაზე, თუ ძალისა და გადაადგილების მიმართულებები ემთხვევა.

ხშირად გამოიყენება სამუშაოს რამდენიმე ერთეული: კილოჯოული და მეგაჯოული:

1 კჯ = 1000 ჯ,
1 MJ = 1000000 J.

სამუშაო შეიძლება დასრულდეს როგორც დიდ ვადაში, ასევე ძალიან მოკლე დროში. თუმცა, პრაქტიკაში შორს არის გულგრილი, სამუშაო შეიძლება გაკეთდეს სწრაფად თუ ნელა. სამუშაოს შესრულების დრო განსაზღვრავს ნებისმიერი ძრავის მუშაობას. პატარა ელექტროძრავას შეუძლია ბევრი სამუშაოს შესრულება, მაგრამ ამას დიდი დრო დასჭირდება. ამიტომ სამუშაოსთან ერთად შემოდის რაოდენობა, რომელიც ახასიათებს მისი წარმოების სიჩქარეს - სიმძლავრე.

სიმძლავრე არის A სამუშაოს თანაფარდობა Δt დროის ინტერვალთან, რომლის დროსაც კეთდება ეს სამუშაო, ანუ სიმძლავრე არის მუშაობის სიჩქარე:

ფორმულით (5.4) ჩანაცვლებით A სამუშაოს ნაცვლად მისი გამონათქვამი (5.2), მივიღებთ

ამრიგად, თუ სხეულის ძალა და სიჩქარე მუდმივია, მაშინ სიმძლავრე უდრის ძალის ვექტორის სიდიდის ნამრავლს სიჩქარის ვექტორისა და ამ ვექტორების მიმართულებებს შორის კუთხის კოსინუსის სიდიდით. თუ ეს სიდიდეები ცვალებადია, მაშინ ფორმულის გამოყენებით (5.4) შეგვიძლია განვსაზღვროთ განმარტების მსგავსი საშუალო სიმძლავრე. საშუალო სიჩქარესხეულის მოძრაობები.

სიმძლავრის ცნება შემოღებულია ნებისმიერი მექანიზმით (ტუმბო, ამწე, მანქანის ძრავა და ა.შ.) შესრულებული სამუშაო დროის ერთეულზე შესაფასებლად. ამიტომ, ფორმულებში (5.4) და (5.5) ყოველთვის იგულისხმება წევის ძალა.

SI-ში ძალა გამოიხატება ვატი (W).

სიმძლავრე უდრის 1 W-ს, თუ 1 J-ის ტოლი სამუშაო შესრულებულია 1 წამში.

ვატთან ერთად გამოიყენება სიმძლავრის უფრო დიდი (მრავალჯერადი) ერთეული:

1 კვტ (კილოვატი) = 1000 ვტ,
1 მეგავატი (მეგავატი) = 1 000 000 ვტ.

თქვენ უკვე იცნობთ მექანიკურ სამუშაოს (ძალის მუშაობას) საბაზო სკოლის ფიზიკის კურსიდან. გავიხსენოთ იქ მოცემული მექანიკური სამუშაოს განმარტება შემდეგი შემთხვევებისთვის.

თუ ძალა მიმართულია იმავე მიმართულებით, როგორც სხეულის მოძრაობა, მაშინ ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო

ამ შემთხვევაში ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო დადებითია.

თუ ძალა მიმართულია სხეულის მოძრაობის საწინააღმდეგოდ, მაშინ ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო

ამ შემთხვევაში ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო უარყოფითია.

თუ ძალა f_vec მიმართულია სხეულის s_vec გადაადგილების პერპენდიკულურად, მაშინ ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო ნულის ტოლია:

სამსახური - სკალარული რაოდენობა. სამუშაო ერთეულს უწოდებენ ჯოულს (სიმბოლო: J) ინგლისელი მეცნიერის ჯეიმს ჯოულის პატივსაცემად, რომელიც თამაშობდა. მნიშვნელოვანი როლიენერგიის შენარჩუნების კანონის აღმოჩენაში. ფორმულიდან (1) შემდეგია:

1 J = 1 N * m.

1. 0,5 კგ მასის ბლოკი გადაიტანეს მაგიდის გასწვრივ 2 მ, მასზე 4 ნ ელასტიური ძალის გამოყენებით (ნახ. 28.1). ბლოკსა და ცხრილს შორის ხახუნის კოეფიციენტი არის 0,2. რა ნამუშევარი მოქმედებს ბლოკზე?
ა) გრავიტაცია m?
ბ) ნორმალური რეაქციის ძალები?
გ) დრეკადობის ძალები?
დ) მოცურების ხახუნის ძალები tr?

სხეულზე მოქმედი რამდენიმე ძალის მიერ შესრულებული მთლიანი სამუშაო ორი გზით არის შესაძლებელი:
1. იპოვეთ თითოეული ძალის ნამუშევარი და შეაერთეთ ეს სამუშაოები ნიშნების გათვალისწინებით.
2. იპოვეთ სხეულზე მიყენებული ყველა ძალის შედეგი და გამოთვალეთ შედეგის მუშაობა.

ორივე მეთოდი იწვევს ერთსა და იმავე შედეგს. ამაში დასარწმუნებლად, დაუბრუნდით წინა დავალებას და უპასუხეთ კითხვებს 2 ამოცანაში.

2. რის ტოლია:
ა) ბლოკზე მოქმედი ყველა ძალის მიერ შესრულებული სამუშაოს ჯამი?
ბ) ბლოკზე მოქმედი ყველა ძალის შედეგი?
გ) მუშაობის შედეგი? ზოგად შემთხვევაში (როცა ძალა f_vec მიმართულია ქვეშ თვითნებური კუთხეგადაადგილებამდე s_vec) ძალის მუშაობის განმარტება ასეთია.

მუდმივი ძალის სამუშაო A უდრის F ძალის მოდულის ნამრავლს გადაადგილების მოდულის s და კუთხის α კოსინუსის ძალის მიმართულებასა და გადაადგილების მიმართულებას შორის:

A = Fs cos α (4)

3. აჩვენე რა ზოგადი განმარტებანამუშევარი მიჰყვება შემდეგ დიაგრამაში გამოსახულ დასკვნებს. ჩამოაყალიბეთ ისინი სიტყვიერად და ჩაწერეთ რვეულში.

4. მაგიდაზე მდებარე ბლოკზე, რომლის მოდული არის 10 ნ. რატომ კუთხის ტოლიამ ძალასა და ბლოკის მოძრაობას შორის, თუ ბლოკის მაგიდის გასწვრივ 60 სმ-ით გადაადგილებისას ამ ძალამ შეასრულა სამუშაო: ა) 3 ჯ; ბ) –3 ჯ; გ) –3 ჯ; დ) –6 ჯ? გააკეთეთ განმარტებითი ნახატები.

2. სიმძიმის მუშაობა

მიეცით m მასის სხეული ვერტიკალურად გადაადგილდეს საწყისი სიმაღლიდან h n საბოლოო სიმაღლემდე h k.

თუ სხეული ქვევით მოძრაობს (h n > h k, სურ. 28.2, ა), მოძრაობის მიმართულება ემთხვევა მიზიდულობის მიმართულებას, ამიტომ გრავიტაციის მუშაობა დადებითია. თუ სხეული მაღლა მოძრაობს (h n< h к, рис. 28.2, б), то работа силы тяжести отрицательна.

ორივე შემთხვევაში, გრავიტაციით შესრულებული სამუშაო

A = მგ (h n – h k). (5)

ახლა ვიპოვოთ გრავიტაციის მიერ შესრულებული სამუშაო ვერტიკალურთან კუთხით გადაადგილებისას.

5. m მასის პატარა ბლოკი s სიგრძისა და h სიმაღლის დახრილი სიბრტყის გასწვრივ სრიალებდა (სურ. 28.3). დახრილი სიბრტყე ქმნის α კუთხეს ვერტიკალურთან.

ა) რა არის კუთხე სიმძიმის მიმართულებასა და ბლოკის მოძრაობის მიმართულებას შორის? გააკეთეთ განმარტებითი ნახაზი.
ბ) გამოხატეთ სიმძიმის მუშაობა m, g, s, α-ებით.
გ) გამოხატეთ s h-ით და α-ით.
დ) გამოხატეთ სიმძიმის მუშაობა m, g, h-ით.
ე) რა სამუშაოს ასრულებს გრავიტაცია, როდესაც ბლოკი ზევით მოძრაობს მთელი იმავე სიბრტყის გასწვრივ?

ამ ამოცანის დასრულების შემდეგ, თქვენ დარწმუნებული ხართ, რომ გრავიტაციის მოქმედება გამოიხატება ფორმულით (5) მაშინაც კი, როდესაც სხეული მოძრაობს ვერტიკალის კუთხით - როგორც ქვემოთ, ასევე ზემოთ.

მაგრამ მაშინ გრავიტაციის მუშაობის ფორმულა (5) ძალაშია, როდესაც სხეული მოძრაობს ნებისმიერი ტრაექტორიის გასწვრივ, რადგან ნებისმიერი ტრაექტორია (ნახ. 28.4, ა) შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც მცირე ” დახრილი თვითმფრინავები„(სურ. 28.4, ბ).

ამრიგად,
ნებისმიერი ტრაექტორიის გასწვრივ გადაადგილებისას გრავიტაციის მიერ შესრულებული სამუშაო გამოიხატება ფორმულით

A t = მგ (h n – h k),

სადაც h n არის სხეულის საწყისი სიმაღლე, h k არის მისი საბოლოო სიმაღლე.
გრავიტაციის მიერ შესრულებული სამუშაო არ არის დამოკიდებული ტრაექტორიის ფორმაზე.

მაგალითად, მიზიდულობის მუშაობა A წერტილიდან B წერტილამდე სხეულის გადაადგილებისას (ნახ. 28.5) 1, 2 ან 3 ტრაექტორიის გასწვრივ იგივეა. აქედან, კერძოდ, გამომდინარეობს, რომ მიზიდულობის ძალა დახურულ ტრაექტორიაზე გადაადგილებისას (როდესაც სხეული უბრუნდება საწყის წერტილს) ნულის ტოლია.

6. l სიგრძის ძაფზე დაკიდებული m მასის ბურთი 90º-ით გადახრილი იყო, ძაფი დაჭიმული იყო და გაათავისუფლეს ბიძგის გარეშე.
ა) რა სამუშაოს ასრულებს გრავიტაცია იმ დროს, რომლის განმავლობაშიც ბურთი გადადის წონასწორობის მდგომარეობაში (სურ. 28.6)?
ბ) რა სამუშაოს ასრულებს ძაფის დრეკადობის ძალა ერთსა და იმავე დროს?
გ) რა მუშაობას ასრულებენ ბურთზე გამოყენებული შედეგიანი ძალები ერთსა და იმავე დროს?

3. დრეკადობის ძალის მუშაობა

როდესაც ზამბარა უბრუნდება დეფორმირებულ მდგომარეობას, დრეკადობის ძალა ყოველთვის დადებითად მოქმედებს: მისი მიმართულება ემთხვევა მოძრაობის მიმართულებას (სურ. 28.7).

ვიპოვოთ დრეკადობის ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო.
ამ ძალის მოდული დაკავშირებულია x დეფორმაციის მოდულთან მიმართებით (იხ. § 15)

ასეთი ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო შეგიძლიათ ნახოთ გრაფიკულად.

ჯერ აღვნიშნოთ, რომ მუდმივი ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო რიცხობრივად უდრის მართკუთხედის ფართობს ძალის გადაადგილების გრაფიკის ქვეშ (ნახ. 28.8).

ნახაზი 28.9 გვიჩვენებს F(x)-ის გრაფიკს ელასტიური ძალისთვის. მოდით გონებრივად დავყოთ სხეულის მთელი მოძრაობა ისეთ მცირე ინტერვალებად, რომ თითოეულ მათგანში ძალა მუდმივი იყოს.

შემდეგ თითოეულ ამ ინტერვალზე მუშაობა რიცხობრივად უდრის ფიგურის ფართობს გრაფიკის შესაბამისი მონაკვეთის ქვეშ. ყველა სამუშაო უდრის ამ სფეროებში სამუშაოს ჯამს.

შესაბამისად, ამ შემთხვევაში, ნამუშევარი რიცხობრივად უდრის F(x) დამოკიდებულების გრაფიკის ქვეშ მდებარე ფიგურის ფართობს.

7. ნახაზი 28.10-ის გამოყენებით დაამტკიცეთ, რომ

ელასტიური ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო, როდესაც ზამბარა უბრუნდება დეფორმირებულ მდგომარეობას, გამოიხატება ფორმულით

A = (kx 2)/2. (7)

8. 28.11 ნახაზის გრაფიკის გამოყენებით დაამტკიცეთ, რომ როდესაც ზამბარის დეფორმაცია იცვლება x n-დან x k-მდე, დრეკადობის ძალის მოქმედება გამოიხატება ფორმულით.

ფორმულიდან (8) ჩვენ ვხედავთ, რომ ელასტიური ძალის მოქმედება დამოკიდებულია ზამბარის საწყის და საბოლოო დეფორმაციაზე, ამიტომ, თუ სხეული ჯერ დეფორმირებულია, შემდეგ კი ის უბრუნდება საწყისი მდგომარეობა, მაშინ დრეკადობის ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო ნულია. შეგახსენებთ, რომ გრავიტაციის მუშაობას იგივე თვისება აქვს.

9. ბ საწყისი მომენტიზამბარის მონაკვეთი 400 ნ/მ სიმტკიცით არის 3 სმ.
ა) რა არის ზამბარის საბოლოო დეფორმაცია?
ბ) რა სამუშაოს ასრულებს ზამბარის დრეკადობის ძალა?

10. საწყის მომენტში 200 ნ/მ სიხისტის ზამბარა იჭიმება 2 სმ-ით, ბოლო მომენტში შეკუმშვა ხდება ზამბარის დრეკადობის ძალით.

4. ხახუნის ძალის მუშაობა

ნება მიეცით სხეული სრიალდეს ფიქსირებული საყრდენის გასწვრივ. სხეულზე მოქმედი მოცურების ხახუნის ძალა ყოველთვის მიმართულია მოძრაობის საწინააღმდეგოდ და, შესაბამისად, მოცურების ხახუნის ძალის მოქმედება მოძრაობის ნებისმიერი მიმართულებით უარყოფითია (ნახ. 28.12).

მაშასადამე, თუ ბლოკს გადაიტანთ მარჯვნივ და კვერთხს იმავე მანძილზე მარცხნივ, მაშინ, მიუხედავად იმისა, რომ იგი დაუბრუნდება საწყის მდგომარეობას, მოცურების ხახუნის ძალის მიერ შესრულებული მთლიანი სამუშაო არ იქნება ნულის ტოლი. ეს არის ყველაზე მნიშვნელოვანი განსხვავება მოცურების ხახუნის მუშაობასა და სიმძიმისა და ელასტიურობის მუშაობას შორის. შეგახსენებთ, რომ დახურულ ტრაექტორიაზე სხეულის გადაადგილებისას ამ ძალების მუშაობა ნულის ტოლია.

11. 1 კგ მასის ბლოკი გადაიტანეს მაგიდის გასწვრივ ისე, რომ მისი ტრაექტორია აღმოჩნდა კვადრატი 50 სმ გვერდით.
ა) დაბრუნდა ბლოკი საწყის წერტილში?
ბ) რამდენია ბლოკზე მოქმედი ხახუნის ძალის მთლიანი სამუშაო? ბლოკსა და ცხრილს შორის ხახუნის კოეფიციენტი არის 0,3.

5.ძალა

ხშირად მნიშვნელოვანია არა მხოლოდ შესრულებული სამუშაო, არამედ სამუშაოს შესრულების სიჩქარე. იგი ხასიათდება ძალაუფლებით.

სიმძლავრე P არის თანაფარდობა სრულყოფილი სამუშაო A დროის ინტერვალამდე t, რომლის დროსაც დასრულდა ეს სამუშაო:

(ზოგჯერ მექანიკაში სიმძლავრე აღინიშნება ასო N-ით, ხოლო ელექტროდინამიკაში ასო P-ით. ჩვენ უფრო მოსახერხებელია სიმძლავრის იგივე აღნიშვნის გამოყენება).

სიმძლავრის ერთეულია ვატი (სიმბოლო: W), ინგლისელი გამომგონებლის ჯეიმს უოტის სახელის მიხედვით. ფორმულიდან (9) გამომდინარეობს, რომ

1 W = 1 J/s.

12. რა ძალას უვითარებს ადამიანი 10 კგ წონის ვედრო წყლის 2 წამის განმავლობაში 1 მ სიმაღლეზე ერთნაირად აწევით?

ხშირად მოსახერხებელია ძალაუფლების გამოხატვა არა შრომითა და დროით, არამედ ძალითა და სისწრაფით.

განვიხილოთ შემთხვევა, როდესაც ძალა მიმართულია გადაადგილების გასწვრივ. შემდეგ შესრულებული სამუშაო ძალით A = Fs. ამ გამოთქმის (9) სიმძლავრის ფორმულით ჩანაცვლებით, მივიღებთ:

P = (Fs)/t = F(s/t) = Fv. (10)

13. მანქანა ჰორიზონტალურ გზაზე მოძრაობს 72 კმ/სთ სიჩქარით. ამავე დროს, მისი ძრავა ავითარებს 20 კვტ სიმძლავრეს. რა არის წინააღმდეგობის ძალა მანქანის მოძრაობაზე?

ნახავ. როდესაც მანქანა მოძრაობს ჰორიზონტალურ გზაზე მუდმივი სიჩქარე, წევის ძალა სიდიდით უდრის მანქანის მოძრაობის წინააღმდეგობის ძალას.

14. რამდენი დრო დასჭირდება 4 ტონა წონის ბეტონის ბლოკის 30 მ სიმაღლეზე ერთნაირად აწევას, თუ ამწის ძრავის სიმძლავრე 20 კვტ, ხოლო ამწის ელექტროძრავის ეფექტურობა 75%?

ნახავ. ელექტროძრავის ეფექტურობა უდრის ტვირთის აწევის სამუშაოს თანაფარდობას ძრავის მუშაობასთან.

დამატებითი კითხვები და დავალებები

15. 200 გ წონით ბურთი გადმოაგდეს აივნიდან 10 სიმაღლით და ჰორიზონტალურთან 45º კუთხით. ფრენისას 15 მ სიმაღლეს მიაღწია, ბურთი მიწაზე დაეცა.
ა) რა სამუშაოს ასრულებს გრავიტაცია ბურთის აწევისას?
ბ) რა სამუშაოს ასრულებს გრავიტაცია ბურთის დაშვებისას?
გ) რა სამუშაოს ასრულებს გრავიტაცია ბურთის მთელი ფრენის დროს?
დ) არის თუ არა რაიმე დამატებითი მონაცემი მდგომარეობაში?

16. 0,5 კგ მასის ბურთი ჩამოკიდებულია 250 ნ/მ სიხისტის ზამბარიდან და წონასწორობაშია. ბურთი აწეულია ისე, რომ ზამბარა ხდება არადეფორმირებული და გამოშვებული ბიძგის გარეშე.
ა) რა სიმაღლეზე იყო აწეული ბურთი?
ბ) რა სამუშაოს ასრულებს გრავიტაცია იმ დროს, როდესაც ბურთი გადადის წონასწორობის მდგომარეობაში?
გ) რა სამუშაოს ასრულებს ელასტიური ძალა იმ დროს, რომლის განმავლობაშიც ბურთი გადადის წონასწორობის მდგომარეობაში?
დ) რა სამუშაოს ასრულებს ბურთზე გამოყენებული ყველა ძალის შედეგი იმ დროის განმავლობაში, როდესაც ბურთი წონასწორობის პოზიციაზე გადადის?

17. 10 კგ წონის სასწავლებელი თავდაპირველი სიჩქარის გარეშე სრიალებს თოვლიან მთაზე α = 30º დახრილობის კუთხით და გადის გარკვეულ მანძილს ჰორიზონტალურ ზედაპირზე (სურ. 28.13). ციგასა და თოვლს შორის ხახუნის კოეფიციენტი არის 0,1. მთის ძირის სიგრძეა l = 15 მ.

ა) რა მოდული ტოლიახახუნის ძალები, როდესაც სასწავლებელი მოძრაობს ჰორიზონტალურ ზედაპირზე?
ბ) რა მუშაობას ახორციელებს ხახუნის ძალა, როდესაც სასწავლებელი მოძრაობს ჰორიზონტალურ ზედაპირზე 20 მ მანძილზე?
გ) რა არის ხახუნის ძალის სიდიდე, როდესაც სასწავლებელი მოძრაობს მთის გასწვრივ?
დ) რა სამუშაოს ასრულებს ხახუნის ძალა სასწავლებლის დაშვებისას?
ე) რა სამუშაოს ასრულებს გრავიტაცია სასწავლებლის დაშვებისას?
ვ) რა სამუშაოს ასრულებენ მთიდან ჩამოსვლისას ციგაზე მოქმედი შედეგიანი ძალები?

18. 1 ტონა წონის მანქანა მოძრაობს 50 კმ/სთ სიჩქარით. ძრავა ავითარებს 10 კვტ სიმძლავრეს. ბენზინის მოხმარება 100 კმ-ზე 8 ლიტრია. ბენზინის სიმკვრივეა 750 კგ/მ 3, ხოლო წვის სპეციფიკური სითბო 45 მჯ/კგ. რა არის ძრავის ეფექტურობა? არის რაიმე დამატებითი მონაცემი მდგომარეობაში?
ნახავ. სითბოს ძრავის ეფექტურობა უდრის ძრავის მიერ შესრულებული სამუშაოს თანაფარდობას საწვავის წვის დროს გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობასთან.