يتم تحديد العمل الميكانيكي من خلال الصيغة. العمل الميكانيكي والطاقة الحركية. أمثلة على الأعمال الميكانيكية

« فيزياء - الصف العاشر "

قانون الحفاظ على الطاقة هو قانون أساسي للطبيعة يسمح بوصف معظم الظواهر التي تحدث.

وصف حركة الأجسام ممكن أيضًا بمساعدة مفاهيم ديناميكية مثل العمل والطاقة.

تذكر ما هو العمل والقوة في الفيزياء.

هل تتوافق هذه المفاهيم مع الأفكار اليومية عنها؟

تتلخص جميع أفعالنا اليومية في حقيقة أنه بمساعدة العضلات إما أن نحرك الأجسام المحيطة ونحافظ على هذه الحركة ، أو نوقف الأجسام المتحركة.

هذه الأجسام عبارة عن أدوات (مطرقة ، قلم ، منشار) ، في الألعاب - كرات ، كرات كرات ، شطرنج. في الإنتاج و الزراعةيقوم الأشخاص أيضًا بوضع الأدوات في حالة حركة.

يزيد استخدام الآلات بشكل كبير من إنتاجية العمالة بسبب استخدام المحركات فيها.

الغرض من أي محرك هو تحريك الأجسام والحفاظ على هذه الحركة ، على الرغم من الكبح من خلال الاحتكاك العادي والمقاومة "العاملة" (لا يجب أن ينزلق القاطع فوق المعدن فحسب ، بل يجب أن يصطدم به ويزيل الرقائق ؛ المحراث يجب أن تخفف الأرض ، وما إلى ذلك). في هذه الحالة ، يجب أن تعمل قوة على الجسم المتحرك من جانب المحرك.

يتم العمل دائمًا في الطبيعة عندما تعمل قوة (أو عدة قوى) من جسم آخر (أجسام أخرى) على الجسم في اتجاه حركته أو ضده.

تعمل قوة الجاذبية عندما يسقط المطر أو يسقط الحجر من جرف. في الوقت نفسه ، يتم العمل بواسطة قوة المقاومة التي تعمل على القطرات المتساقطة أو على الحجر من جانب الهواء. تعمل القوة المرنة أيضًا عندما تستقيم الشجرة المثنية بفعل الرياح.

تعريف الوظيفة.

قانون نيوتن الثاني في شكل اندفاعي ∆ = ∆tيسمح لك بتحديد كيفية تغير سرعة الجسم في القيمة والاتجاه المطلقين ، إذا كانت هناك قوة تؤثر عليه خلال الوقت Δt.

يتميز التأثير على أجسام القوى ، مما يؤدي إلى تغيير في معامل سرعتها ، بقيمة تعتمد على كل من القوى وعلى إزاحة الأجسام. هذه الكمية في الميكانيكا تسمى عمل القوة.

لا يمكن تغيير السرعة إلا عندما يكون إسقاط القوة F r على اتجاه حركة الجسم غير معدوم. هذا الإسقاط هو الذي يحدد تأثير القوة التي تغير سرعة نموذج الجسم. هي تقوم بالعمل. لذلك ، يمكن اعتبار الشغل ناتجًا عن إسقاط القوة F r بمعامل الإزاحة |Δ| (الشكل 5.1):

А = F r | Δ |. (5.1)

إذا تم الإشارة إلى الزاوية بين القوة والإزاحة بواسطة α ، إذن F ص = Fcosα.

لذلك فإن العمل يساوي:

أ = | Δ | cosα. (5.2)

يختلف مفهوم العمل اليومي لدينا عن تعريف العمل في الفيزياء. أنت تحمل حقيبة ثقيلة ، ويبدو لك أنك تقوم بعمل. ومع ذلك ، من وجهة نظر الفيزياء ، عملك يساوي صفرًا.

عمل قوة ثابتة يساوي حاصل ضرب وحدات القوة وإزاحة نقطة تطبيق القوة وجيب الزاوية بينهما.

بشكل عام ، عند التحرك جسم صلبتختلف إزاحات نقاطها المختلفة ، ولكن عند تحديد عمل القوة ، فإننا Δ فهم حركة نقطة التطبيق. في التحرك إلى الأماملجسم صلب ، تتزامن حركة جميع نقاطه مع حركة نقطة تطبيق القوة.

الشغل ، على عكس القوة والإزاحة ، ليس متجهًا ، بل كمية قياسية. يمكن أن يكون موجبًا أو سالبًا أو صفرًا.

يتم تحديد علامة الشغل بعلامة جيب التمام للزاوية بين القوة والإزاحة. إذا كانت α< 90°, то А >0 منذ جيب التمام زوايا حادةإيجابي. بالنسبة إلى α> 90 درجة ، يكون العمل سالبًا ، منذ جيب التمام زوايا منفرجةنفي. عند α = 90 درجة (القوة متعامدة مع الإزاحة) ، لا يتم عمل أي عمل.

إذا عملت عدة قوى على الجسم ، فإن إسقاط القوة الناتجة على الإزاحة يساوي مجموع توقعات القوى الفردية:

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

لذلك ، لعمل القوة المحصلة ، نحصل عليها

أ = F 1r | | + F 2r | | + ... = أ 1 + أ 2 + .... (5.3)

إذا أثرت عدة قوى على الجسم ، إذن عمل كامل(المجموع الجبري لعمل كل القوى) يساوي عمل القوة المحصلة.

يمكن تمثيل الشغل بالقوة بيانياً. دعونا نوضح ذلك من خلال تصوير اعتماد إسقاط القوة على إحداثيات الجسم عندما يتحرك في خط مستقيم في الشكل.

دع الجسم يتحرك على طول محور OX (الشكل 5.2) ، إذن

Fcosα = F x ، | Δ | = Δ س.

لعمل القوة نحصل عليها

А = F | Δ | cosα = F x Δx.

من الواضح أن مساحة المستطيل المظللة في الشكل (5.3 ، أ) تساوي عدديًا العمل المنجز عندما يتحرك الجسم من نقطة ذات تنسيق x1 إلى نقطة لها إحداثيات x2.

الصيغة (5.1) صالحة عندما يكون إسقاط القوة على الإزاحة ثابتًا. في حالة المسار المنحني أو القوة الثابتة أو المتغيرة ، نقسم المسار إلى أجزاء صغيرة يمكن اعتبارها مستقيمة ، وإسقاط القوة على إزاحة صغيرة Δ - دائم.

وحدة العمل.

يمكن ضبط وحدة العمل باستخدام الصيغة الأساسية (5.2). إذا ، عند تحريك جسم لكل وحدة طول ، أثرت عليه قوة ، معاملها يساوي واحدًا ، وتزامن اتجاه القوة مع اتجاه حركة نقطة تطبيقها (α = 0) ، فإن العمل سيكون مساويا لواحد. في النظام الدولي (SI) ، وحدة العمل هي الجول (يُشار إليها بـ J):

1 ي = 1 نيوتن 1 م = 1 نيوتن م.

جولهو الشغل المبذول بواسطة قوة مقدارها 1 نيوتن عند إزاحة مقدارها 1 إذا تزامن اتجاهي القوة مع الإزاحة.

غالبًا ما تستخدم وحدات عمل متعددة - كيلوجول وميجا جول:

1 كيلو جول = 1000 جول,
1 ميجا جول = 1000000 جول.

يمكن أن يتم العمل في فترة زمنية طويلة ، أو في فترة زمنية صغيرة جدًا. ومع ذلك ، فمن الناحية العملية ، ليس من اللامبالاة ما إذا كان يمكن إنجاز العمل بسرعة أو ببطء. يحدد الوقت الذي يتم خلاله إنجاز العمل أداء أي محرك. يمكن للمحرك الكهربائي الصغير القيام بالكثير من العمل ، ولكنه سيستغرق الكثير من الوقت. لذلك ، إلى جانب العمل ، يتم تقديم قيمة تميز السرعة التي يتم إنتاجها بها - القوة.

القوة هي نسبة الشغل A إلى الفترة الزمنية Δt التي يُنجز فيها هذا العمل ، أي القوة هي معدل الشغل:

بالتعويض بالصيغة (5.4) بدلاً من العمل A ، نحصل على تعبيرها (5.2)

وهكذا ، إذا كانت قوة الجسم وسرعته ثابتين ، فإن القوة تساوي حاصل ضرب مقياس متجه القوة بمعامل متجه السرعة وجيب الزاوية بين اتجاهات هذين المتجهين. إذا كانت هذه الكميات متغيرات ، فبموجب الصيغة (5.4) يمكن للمرء تحديد متوسط ​​القوة بشكل مشابه للتعريف متوسط ​​السرعةحركات الجسم.

يتم تقديم مفهوم الطاقة لتقييم العمل لكل وحدة زمنية يتم تنفيذها بواسطة آلية معينة (مضخة ، رافعة ، محرك الآلة ، إلخ). لذلك ، في الصيغتين (5.4) و (5.5) ، تعني دائمًا قوة الدفع.

في SI ، يتم التعبير عن القوة من حيث واط (W).

القوة هي 1 واط إذا تم العمل المساوي لـ 1 J في 1 ثانية.

إلى جانب الواط ، يتم استخدام وحدات طاقة أكبر (متعددة):

1 كيلو واط = 1000 واط,
1 ميغاواط (ميغاواط) = 1،000،000 واط.

هل تعرف ما هو العمل؟ بدون اي شك. ما هو العمل ، كل شخص يعرفه ، بشرط أن يكون قد ولد ويعيش على كوكب الأرض. ما هو العمل الميكانيكي؟

هذا المفهوم معروف أيضًا لمعظم الناس على هذا الكوكب ، على الرغم من أن بعض الأفراد لديهم فكرة غامضة نوعًا ما عن هذه العملية. لكن الأمر لا يتعلق بهم الآن. حتى عدد أقل من الناس لديهم أي فكرة عما العمل الميكانيكي من وجهة نظر الفيزياء.في الفيزياء ، العمل الميكانيكي ليس عمل الإنسان من أجل الطعام ، إنه كمية مادية يمكن أن تكون غير مرتبطة تمامًا بشخص أو بأي كائن حي آخر. كيف ذلك؟ الآن دعنا نتوصل إلى حل.

العمل الميكانيكي في الفيزياء

دعنا نعطي مثالين. في المثال الأول ، تصطدم مياه النهر بالهاوية ، فتتساقط بشكل صاخب على شكل شلال. المثال الثاني هو الشخص الذي يمد يده جسم ثقيل، على سبيل المثال ، يحمل سقفًا متصدعًا فوق الشرفة منزل ريفيمن السقوط بينما تبحث زوجته وأطفاله بشكل محموم عن شيء يدعمها. متى يتم العمل الميكانيكي؟

تعريف العمل الميكانيكي

سيجيب الجميع تقريبًا دون تردد: في الثانية. وسيكونون مخطئين. القضية هي عكس ذلك تماما. في الفيزياء ، يتم وصف العمل الميكانيكي التعاريف التالية:يتم العمل الميكانيكي عندما تؤثر قوة على الجسم وتتحرك. العمل الميكانيكي يتناسب طرديا مع القوة المطبقة والمسافة المقطوعة.

صيغة العمل الميكانيكي

يتم تحديد العمل الميكانيكي من خلال الصيغة:

حيث أ هو العمل ،
F - القوة ،
ق - المسافة المقطوعة.

لذلك ، على الرغم من كل بطولة حامل السقف المتعب ، فإن العمل الذي قام به يساوي الصفر ، لكن الماء ، الذي يقع تحت تأثير الجاذبية من جرف مرتفع ، يقوم بأكثر الأعمال الميكانيكية. أي ، إذا دفعنا خزانة ثقيلة دون جدوى ، فإن العمل الذي قمنا به من وجهة نظر الفيزياء سيكون مساويًا للصفر ، على الرغم من حقيقة أننا نطبق الكثير من القوة. لكن إذا حركنا الخزانة مسافة معينة ، فسنعمل مساويًا لحاصل ضرب القوة المؤثرة بالمسافة التي حركناها للجسم.

وحدة الشغل هي 1 ج. هذا هو الشغل الذي تقوم به قوة مقدارها 1 نيوتن لتحريك جسم مسافة 1 م. إذا كان اتجاه القوة المطبقة يتزامن مع اتجاه حركة الجسم ، إذن نظرا للقوةيرتكب عمل ايجابي. مثال على ذلك عندما ندفع الجسم ويتحرك. وفي حالة تطبيق القوة في الاتجاه المعاكس لحركة الجسم ، على سبيل المثال ، قوة الاحتكاك ، فإن هذه القوة تقوم بعمل سلبي. إذا لم تؤثر القوة المطبقة على حركة الجسم بأي شكل من الأشكال ، فإن القوة الناتجة عن هذا الشغل تساوي صفرًا.

سيجيب الجميع تقريبًا دون تردد: في الثانية. وسيكونون مخطئين. القضية هي عكس ذلك تماما. في الفيزياء ، يتم وصف العمل الميكانيكي التعاريف التالية:يتم العمل الميكانيكي عندما تؤثر قوة على الجسم وتتحرك. العمل الميكانيكي يتناسب طرديا مع القوة المطبقة والمسافة المقطوعة.

صيغة العمل الميكانيكي

يتم تحديد العمل الميكانيكي من خلال الصيغة:

حيث A الشغل ، F هي القوة ، s هي المسافة المقطوعة.

القدره(الوظيفة المحتملة) ، وهو مفهوم يميز فئة واسعة من مجالات القوة الفيزيائية (الكهربائية ، والجاذبية ، وما إلى ذلك) ، وبشكل عام ، مجالات الكميات الفيزيائية التي تمثلها المتجهات (مجال سرعة السائل ، وما إلى ذلك). في الحالة العامة ، فإن إمكانات المجال المتجه أ ( x,ذ,ض) هي مثل هذه الوظيفة العددية ش(x,ذ,ض) أن أ = غراد

35. الموصلات في مجال كهربائي. القدرة الكهربائية.الموصلات في مجال كهربائي.الموصلات عبارة عن مواد تتميز بوجود عدد كبير من حاملات الشحن المجاني التي يمكن أن تتحرك تحت تأثير المجال الكهربائي. تشمل الموصلات المعادن والإلكتروليتات والفحم. في المعادن ، حاملات الشحنات الحرة هي إلكترونات الأغلفة الخارجية للذرات ، والتي عندما تتفاعل الذرات تفقد ارتباطها تمامًا بذراتها وتصبح خاصية للموصل بأكمله. تشارك الإلكترونات الحرة في الحركة الحرارية مثل جزيئات الغاز ويمكن أن تتحرك عبر المعدن في أي اتجاه. القدرة الكهربائية- خاصية الموصل ، وهي مقياس لقدرته على تجميع شحنة كهربائية. نظريا الدوائر الكهربائيةالسعة هي السعة المتبادلة بين موصلين ؛ معلمة العنصر السعوي للدائرة الكهربائية ، مقدمة في شكل شبكة ذات طرفين. تُعرَّف هذه السعة بأنها نسبة حجم الشحنة الكهربائية إلى فرق الجهد بين هذه الموصلات

36. سعة مكثف مسطح.

سعة مكثف مسطح.

الذي - التي. تعتمد سعة المكثف المسطح فقط على حجمه وشكله وثابت العزل الكهربائي. لإنشاء مكثف عالي السعة ، من الضروري زيادة مساحة الألواح وتقليل سمك الطبقة العازلة.

37. التفاعل المغناطيسي للتيارات في الفراغ. قانون امبير.قانون امبير. في عام 1820 ، أنشأ Ampère (عالم فرنسي (1775-1836)) بشكل تجريبي قانونًا يمكن للمرء بموجبه حساب القوة المؤثرة على عنصر موصل بطول التيار.

أين هو متجه الحث المغناطيسي ، هو متجه عنصر الطول للموصل المرسوم في اتجاه التيار.

معامل القوة ، حيث الزاوية بين اتجاه التيار في الموصل واتجاه المجال المغناطيسي. لموصل مستقيم مع تيار في مجال موحد

يمكن تحديد اتجاه القوة المؤثرة باستخدام قواعد اليد اليسرى:

إذا تم وضع كف اليد اليسرى بحيث تكون طبيعية (إلى الحالية) المكون حقل مغناطيسيدخلت راحة اليد ، ويتم توجيه أربعة أصابع ممدودة على طول التيار ، ثم يشير الإبهام إلى الاتجاه الذي تعمل فيه قوة أمبير.

38. شدة المجال المغناطيسي. قانون Biot-Savart-Laplaceقوة المجال المغناطيسي(التعيين القياسي ح ) - المتجه الكمية المادية، يساوي فرق المتجه الحث المغناطيسي ب و ناقلات ممغنطة ي .

في النظام الدولي للوحدات (SI): أين- ثابت مغناطيسي.

قانون BSL.القانون الذي يحدد المجال المغناطيسي لعنصر تيار فردي

39. تطبيقات قانون Biot-Savart-Laplace.للحقل الحالي المباشر

لحلقة دائرية.

وللملف اللولبي

40. تحريض المجال المغناطيسييتسم المجال المغناطيسي بكمية متجهة تسمى تحريض المجال المغناطيسي (كمية متجهة ، وهي خاصية القوة التي يميزها المجال المغناطيسي عند نقطة معينة في الفضاء). MI. (ب) هذه ليست قوة تعمل على الموصلات ، إنها كمية يتم العثور عليها من خلال قوة معينة وفقًا للصيغة التالية: B \ u003d F / (I * l) (شفهيًا: معامل ناقل MI. (ب) يساوي النسبةمعامل القوة F ، الذي يعمل به المجال المغناطيسي على موصل حامل للتيار يقع عموديًا على الخطوط المغناطيسية ، على قوة التيار في الموصل I وطول الموصل l.يعتمد الحث المغناطيسي فقط على المجال المغناطيسي. في هذا الصدد ، يمكن اعتبار الحث خاصية كمية للمجال المغناطيسي. إنه يحدد القوة (قوة لورنتز) التي يعمل بها المجال المغناطيسي على شحنة تتحرك بسرعة. يقاس MI بوحدة تسلا (1 ت). في هذه الحالة ، 1 Tl \ u003d 1 N / (A * m). MI له اتجاه. بيانيا ، يمكن رسمها كخطوط. في مجال مغناطيسي موحد ، تكون MI متوازية ، وسيتم توجيه متجه MI بنفس الطريقة في جميع النقاط. في حالة وجود مجال مغناطيسي غير منتظم ، على سبيل المثال ، حقل حول موصل مع تيار ، سيتغير ناقل الحث المغناطيسي عند كل نقطة في الفراغ حول الموصل ، وسوف تخلق الظل لهذا المتجه دوائر متحدة المركز حول الموصل.

41. حركة الجسيم في المجال المغناطيسي. قوة لورنتز.أ) - إذا طار جسيم في منطقة مجال مغناطيسي منتظم ، وكان المتجه V عموديًا على المتجه B ، فإنه يتحرك على طول دائرة نصف قطرها R = mV / qB ، لأن قوة لورنتز Fl = mV ^ 2 / R يلعب دور قوة الجاذبية. فترة الدوران هي T = 2piR / V = ​​2pim / qB ولا تعتمد على سرعة الجسيم (هذا صحيح فقط لـ V<<скорости света) - Если угол между векторами V и B не равен 0 и 90 градусов, то частица в однородном магнитном поле движется по винтовой линии. - Если вектор V параллелен B, то частица движется по прямой линии (Fл=0). б) Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца.

يتم تحديد قوة L. من خلال العلاقة: Fl = q V B sina (q هي قيمة الشحنة المتحركة ؛ V هو معامل سرعتها ؛ B هو معامل ناقل تحريض المجال المغناطيسي ؛ alpha هي الزاوية بين المتجه V والمتجه B) تكون قوة لورنتز متعامدة مع السرعة ، وبالتالي فهي لا تعمل ، ولا تغير معامل سرعة الشحنة وطاقتها الحركية. لكن اتجاه السرعة يتغير باستمرار. تكون قوة لورنتز عمودية على المتجهين B و v ، ويتم تحديد اتجاهها باستخدام نفس قاعدة اليد اليسرى لاتجاه قوة أمبير: إذا تم وضع اليد اليسرى بحيث يكون عنصر الحث المغناطيسي B ، عموديًا على سرعة الشحن ، تدخل راحة اليد ، ويتم توجيه أربعة أصابع على طول حركة شحنة موجبة (ضد حركة شحنة سالبة) ، ثم يُظهر ثني الإبهام بمقدار 90 درجة اتجاه قوة لورنتز التي تعمل على الشحنة F l.

1.5 العمل الميكانيكي والطاقة الحركية

مفهوم الطاقة. الطاقة الميكانيكية. العمل هو مقياس كمي للتغير في الطاقة. عمل القوى الناتجة. عمل القوى في الميكانيكا. مفهوم القوة. الطاقة الحركية كمقياس للحركة الميكانيكية. تغيير الاتصالات كي الطاقة الصافية مع عمل القوى الداخلية والخارجية.الطاقة الحركية للنظام في أطر مرجعية مختلفة.نظرية كونيغ.

طاقة - إنه مقياس عالمي لمختلف أشكال الحركة والتفاعل. م الطاقة الميكانيكيةيصف المجموع القدرهوالطاقة الحركية, متوفر في المكونات نظام ميكانيكي . الطاقة الميكانيكية- هذه هي الطاقة المرتبطة بحركة جسم ما أو موقعه ، والقدرة على أداء العمل الميكانيكي.

قوة العمل - هذه خاصية كمية لعملية تبادل الطاقة بين الهيئات المتفاعلة.

دع الجسيم يتحرك على طول بعض المسار 1-2 تحت تأثير قوة (الشكل 5.1). بشكل عام ، القوة في هذه العملية

يمكن أن تتغير حركة الجسيمات من حيث القيمة المطلقة والاتجاه. ضع في اعتبارك ، كما هو موضح في الشكل 5.1 ، الإزاحة الأولية ، والتي من خلالها يمكن اعتبار القوة ثابتة.

يتميز تأثير القوة على الإزاحة بقيمة مساوية للمنتج القياسي ، وهو ما يسمى العمل الابتدائي القوات تتحرك. يمكن أيضًا تقديمها في شكل آخر:

,

أين هي الزاوية بين المتجهات ومسار أولي ، يتم الإشارة إلى إسقاط المتجه على المتجه (الشكل 5.1).

إذن ، الشغل الأولي للقوة عند الإزاحة

القيمة جبرية: اعتمادًا على الزاوية بين متجهات القوة أو على علامة إسقاط متجه القوة على متجه الإزاحة ، يمكن أن تكون إما موجبة أو سالبة ، وعلى وجه الخصوص ، تساوي الصفر ، إذا كان أي. . وحدة SI للعمل هي Joule ، والمختصرة J.

بتلخيص (دمج) التعبير (5.1) عبر جميع الأقسام الأولية للمسار من النقطة 1 إلى النقطة 2 ، نجد عمل القوة على إزاحة معينة:

يمكن ملاحظة أن العمل الأساسي A يساوي عدديًا مساحة الشريط المظلل ، والعمل A في الطريق من النقطة 1 إلى النقطة 2 هو مساحة الشكل التي يحدها المنحنى ، والإحداثيات 1 و 2 ، والمحور s. في هذه الحالة ، يتم أخذ مساحة الشكل فوق المحور s بعلامة زائد (تتوافق مع العمل الإيجابي) ، ويتم أخذ مساحة الشكل الموجود أسفل المحور s بعلامة علامة ناقص (يتوافق مع العمل السلبي).

ضع في اعتبارك أمثلة لحساب العمل. عمل القوة المرنة حيث متجه نصف قطر الجسيم A بالنسبة للنقطة O (الشكل 5.3).

دعنا نحرك الجسيم A ، الذي تعمل عليه هذه القوة ، على طول مسار عشوائي من النقطة 1 إلى النقطة 2. أولاً ، لنجد الشغل الأولي للقوة على الإزاحة الأولية:

.

منتج عددي أين هو إسقاط متجه الإزاحة على المتجه. هذا الإسقاط يساوي زيادة مقياس المتجه ، لذلك ، و

الآن نحسب عمل هذه القوة على طول الطريق ، أي نقوم بدمج التعبير الأخير من النقطة 1 إلى النقطة 2:

دعنا نحسب عمل قوة الجاذبية (أو القوة المماثلة رياضيًا لكولوم). دع في بداية المتجه (الشكل 5.3) هناك كتلة نقطة ثابتة (شحنة نقطية). دعونا نحدد عمل قوة الجاذبية (كولوم) عند تحريك الجسيم أ من النقطة 1 إلى النقطة 2 على طول مسار عشوائي. يمكن تمثيل القوة المؤثرة على الجسيم أ على النحو التالي:

حيث تكون معلمة تفاعل الجاذبية ، وقيمتها بالنسبة لتفاعل كولوم. دعونا نحسب أولًا الشغل الأولي لهذه القوة عند الإزاحة

كما في الحالة السابقة ، يكون الناتج القياسي بالتالي

.

عمل هذه القوة على طول الطريق من النقطة 1 إلى النقطة 2

تأمل الآن عمل قوة الجاذبية المنتظمة. نكتب هذه القوة بالشكل الذي يُشار فيه إلى متجه الوحدة للمحور العمودي z باتجاه موجب (الشكل 5.4). العمل الأولي للجاذبية على الإزاحة

منتج عددي حيث يكون الإسقاط على متجه الوحدة مساويًا لزيادة الإحداثي ع. لذلك ، يأخذ التعبير عن العمل الشكل

عمل قوة معينة على طول الطريق من النقطة 1 إلى النقطة 2

تعتبر القوى المدروسة مثيرة للاهتمام بمعنى أن عملها ، كما يتضح من الصيغ (5.3) - (5.5) ، لا يعتمد على شكل المسار بين النقطتين 1 و 2 ، ولكنه يعتمد فقط على موضع هذه النقاط . هذه السمة المهمة جدًا لهذه القوى متأصلة ، مع ذلك ، في جميع القوى. على سبيل المثال ، لا تتمتع قوة الاحتكاك بهذه الخاصية: لا يعتمد عمل هذه القوة على موضع نقطتي البداية والنهاية فحسب ، بل يعتمد أيضًا على شكل المسار بينهما.

حتى الآن ، كنا نتحدث عن عمل قوة واحدة. إذا كانت هناك عدة قوى تؤثر على الجسيم في عملية الحركة ، ونتيجة لذلك ، فمن السهل إظهار أن عمل القوة الناتجة على إزاحة معينة يساوي المجموع الجبري للعمل الذي تؤديه كل من القوى بشكل منفصل عن نفس الإزاحة. هل حقا،

دعنا نقدم كمية جديدة - القوة. يتم استخدامه لوصف المعدل الذي يتم به العمل. قوة ، دير ، - هو الشغل المبذول بواسطة القوة لكل وحدة زمنية . إذا نجحت القوة على مدار فترة زمنية ، فإن القوة التي طورتها هذه القوة في لحظة معينة من الوقت هي بالنظر إلى ذلك ، نحصل على

وحدة الطاقة في النظام الدولي للوحدات هي واط ، ويختصرها دبليو.

وبالتالي ، فإن القوة المطورة بواسطة القوة تساوي الناتج القياسي لمتجه القوة ومتجه السرعة الذي تتحرك به نقطة تطبيق هذه القوة. مثل العمل ، القوة هي كمية جبرية.

بمعرفة قوة القوة ، يمكن أيضًا إيجاد الشغل الذي تقوم به هذه القوة في فترة زمنية t. بالفعل ، من خلال تمثيل التكامل في (5.2) بالشكل نحن نحصل

يجب أن ننتبه أيضًا إلى ظرف واحد مهم جدًا. عند الحديث عن العمل (أو القوة) ، من الضروري في كل حالة الإشارة بوضوح إلى هذا العمل أو تخيله أي نوع من القوة(أو القوات) تعني. خلاف ذلك ، كقاعدة عامة ، لا مفر من سوء الفهم.

ضع في اعتبارك المفهوم الطاقة الحركية للجسيمات. دع جسيم الكتلة ريتحرك تحت تأثير بعض القوة (في الحالة العامة ، يمكن أن تكون هذه القوة ناتجة عن عدة قوى). لنجد الشغل الأولي الذي تقوم به هذه القوة في إزاحة أولية. مع الأخذ في الاعتبار ذلك ، ونحن نكتب

.

منتج عددي أين هو إسقاط المتجه على اتجاه المتجه. هذا الإسقاط يساوي - زيادة معامل متجه السرعة. لذلك ، العمل الابتدائي

هذا يدل على أن عمل القوة الناتجة يذهب إلى زيادة قيمة معينة بين قوسين ، وهو ما يسمى الطاقة الحركية حبيبات.

وعند الانتقال من النقطة 1 إلى النقطة 2

بمعنى آخر. الزيادة في الطاقة الحركية للجسيم عند بعض الإزاحة تساوي المجموع الجبري لشغل جميع القوىيعمل على الجسيم عند نفس الإزاحة. إذا ، أي ، تزداد الطاقة الحركية للجسيم ؛ إذا كان الأمر كذلك ، تقل الطاقة الحركية.

يمكن أيضًا تقديم المعادلة (5.9) في شكل آخر عن طريق قسمة كلا الجزأين على الفاصل الزمني المقابل dt:

هذا يعني أن المشتق الزمني للطاقة الحركية للجسيم يساوي القوة N للقوة الناتجة المؤثرة على الجسيم.

الآن دعونا نقدم المفهوم الطاقة الحركية للنظام . ضع في اعتبارك نظامًا تعسفيًا للجسيمات في إطار مرجعي ما. دع جسيم النظام لديه طاقة حركية في لحظة معينة. إن الزيادة في الطاقة الحركية لكل جسيم تساوي ، وفقًا لـ (5.9) ، عمل جميع القوى المؤثرة على هذا الجسيم: لنجد الشغل الأولي الذي تقوم به جميع القوى المؤثرة على جميع جسيمات النظام:

أين هي الطاقة الحركية الكلية للنظام. لاحظ أن الطاقة الحركية للنظام هي الكمية مادة مضافة : إنه يساوي مجموع الطاقات الحركية للأجزاء الفردية من النظام ، بغض النظر عما إذا كانت تتفاعل مع بعضها البعض أم لا.

لذا، الزيادة في الطاقة الحركية للنظام تساوي الشغل الذي تقوم به جميع القوى المؤثرة على جميع جسيمات النظام. مع إزاحة أولية لجميع الجسيمات

وفي الحركة النهائية

بمعنى آخر. مشتق الطاقة الحركية للنظام فيما يتعلق بالوقت يساوي القوة الكلية لجميع القوى المؤثرة على جميع جسيمات النظام,

نظرية كونيج:الطاقة الحركية ك يمكن تمثيل أنظمة الجسيمات بمجموع فترتين: أ) الطاقة الحركية بالسيارات ج 2 /2 نقطة مادية خيالية ، كتلتها تساوي كتلة النظام بأكمله ، وتتزامن السرعة مع سرعة مركز الكتلة ؛ ب) الطاقة الحركية ك rel نظام الجسيمات محسوبًا في مركز نظام الكتلة.

قبل الكشف عن موضوع "كيف يُقاس العمل" ، من الضروري إجراء استطراد بسيط. كل شيء في هذا العالم يخضع لقوانين الفيزياء. يمكن تفسير كل عملية أو ظاهرة على أساس بعض قوانين الفيزياء. لكل كمية قابلة للقياس ، هناك وحدة من المعتاد قياسها فيها. وحدات القياس ثابتة ولها نفس المعنى في جميع أنحاء العالم.

jpg؟ .jpg 600w

نظام الوحدات الدولية

والسبب في ذلك هو ما يلي. في عام 1960 ، في المؤتمر العام الحادي عشر للأوزان والمقاييس ، تم اعتماد نظام للقياسات ، وهو معترف به في جميع أنحاء العالم. تم تسمية هذا النظام Le Système International d'Unités، SI (SI System International). أصبح هذا النظام أساسًا لتعريفات وحدات القياس المقبولة في جميع أنحاء العالم ونسبتها.

المصطلحات المادية والمصطلحات

في الفيزياء ، تسمى وحدة قياس عمل القوة J (Joule) ، تكريما للفيزيائي الإنجليزي جيمس جول ، الذي قدم مساهمة كبيرة في تطوير قسم الديناميكا الحرارية في الفيزياء. واحد جول يساوي الشغل الذي تقوم به قوة مقدارها N واحد (نيوتن) عندما يتحرك تطبيقه M (متر) في اتجاه القوة. واحد N (نيوتن) يساوي قوة كتلتها واحد كجم (كيلوغرام) بعجلة واحدة م / ث 2 (متر لكل ثانية) في اتجاه القوة.

jpg؟ .jpg 600w

صيغة العثور على وظيفة

ملحوظة.في الفيزياء ، كل شيء مترابط ، يرتبط أداء أي عمل بأداء إجراءات إضافية. مثال على ذلك هو مروحة منزلية. عند تشغيل المروحة ، تبدأ ريش المروحة بالدوران. تعمل الشفرات الدوارة على تدفق الهواء ، مما يمنحه حركة اتجاهية. هذه هي نتيجة العمل. ولكن لأداء العمل ، يكون تأثير القوى الخارجية الأخرى ضروريًا ، وبدون ذلك يكون أداء العمل مستحيلًا. وتشمل هذه قوة التيار الكهربائي والطاقة والجهد والعديد من القيم الأخرى المترابطة.

التيار الكهربائي ، في جوهره ، هو الحركة المنظمة للإلكترونات في موصل لكل وحدة زمنية. يعتمد التيار الكهربائي على جزيئات موجبة أو سالبة الشحنة. يطلق عليهم الشحنات الكهربائية. يُشار إليها بالأحرف C ، q ، Kl (قلادة) ، سميت على اسم العالم والمخترع الفرنسي تشارلز كولوم. في نظام SI ، هي وحدة قياس لعدد الإلكترونات المشحونة. 1 C يساوي حجم الجسيمات المشحونة المتدفقة المقطع العرضيموصل لكل وحدة زمنية. الوحدة الزمنية هي ثانية واحدة. معادلة الشحنة الكهربائية موضحة أدناه في الشكل.

jpg؟ .jpg 600w

صيغة إيجاد الشحنة الكهربائية

يشار إلى قوة التيار الكهربائي بالحرف أ (أمبير). الأمبير هو وحدة في الفيزياء تميز قياس عمل القوة التي يتم إنفاقها لتحريك الشحنات على طول الموصل. في الصميم، كهرباءهي الحركة المنظمة للإلكترونات في موصل تحت تأثير حقل كهرومغناطيسي. يُقصد بالموصل مادة أو ملح مصهور (إلكتروليت) ذات مقاومة قليلة لمرور الإلكترونات. تؤثر كميتان فيزيائيتان على قوة التيار الكهربائي: الجهد والمقاومة. سيتم مناقشتها أدناه. يتناسب التيار دائمًا بشكل مباشر مع الجهد ويتناسب عكسياً مع المقاومة.

JPG؟ .jpg 600w، https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-4-768x552..jpg 800w

صيغة إيجاد القوة الحالية

كما ذكرنا سابقًا ، التيار الكهربائي هو الحركة المنظمة للإلكترونات في الموصل. لكن هناك تحذير واحد: لحركتهم ، هناك حاجة إلى تأثير معين. يتم إنشاء هذا التأثير من خلال خلق فرق محتمل. الشحنة الكهربائيةيمكن أن تكون موجبة أو سلبية. تميل الرسوم الإيجابية دائمًا إلى الرسوم السلبية. هذا ضروري لتوازن النظام. يسمى الفرق بين عدد الجسيمات المشحونة سالبة الموجبة والجهد الكهربائي.

Gif؟ .gif 600w

صيغة إيجاد الجهد

الطاقة هي مقدار الطاقة التي يتم إنفاقها للقيام بعمل واحد J (جول) في فترة زمنية تبلغ ثانية واحدة. يُشار إلى وحدة القياس في الفيزياء على أنها W (Watt) ، في نظام SI W (Watt). بما أن الطاقة الكهربائية تؤخذ في الاعتبار ، فهنا هي قيمة المصروفات طاقة كهربائيةلأداء عمل معين في فترة زمنية.

JPG؟ .jpg 600w، https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-6-120x74..jpg 750w

معادلة إيجاد الطاقة الكهربائية

في الختام ، تجدر الإشارة إلى أن وحدة قياس العمل هي كمية قياسية ، ولها علاقة مع جميع أقسام الفيزياء ويمكن اعتبارها ليس فقط من جانب الديناميكا الكهربية أو الهندسة الحرارية ، ولكن أيضًا من الأقسام الأخرى. تتناول المقالة بإيجاز القيمة التي تميز وحدة قياس عمل القوة.

فيديو