Il lavoro è uguale alla somma del lavoro. Lavoro meccanico. Potere (Zotov A.E.). Lavoro meccanico in fisica

Nella nostra esperienza quotidiana, la parola "lavoro" è molto comune. Ma bisogna distinguere tra lavoro fisiologico e lavoro dal punto di vista della scienza della fisica. Quando torni a casa dalla lezione, dici: "Oh, come sono stanco!". Questo è un lavoro fisiologico. O, ad esempio, il lavoro del team in racconto popolare"Rapa".

Fig 1. Lavoro nel senso quotidiano della parola

Parleremo qui del lavoro dal punto di vista della fisica.

Il lavoro meccanico viene svolto quando una forza muove un corpo. Il lavoro è indicato dalla lettera latina A. Una definizione più rigorosa di lavoro è la seguente.

Il lavoro della forza è chiamato quantità fisica, uguale al prodotto dell'intensità della forza per la distanza percorsa dal corpo nella direzione della forza.

Fig 2. Il lavoro è una grandezza fisica

La formula è valida quando una forza costante agisce sul corpo.

IN sistema internazionale Il lavoro delle unità SI è misurato in joule.

Ciò significa che se un corpo si muove di 1 metro sotto l'azione di una forza di 1 newton, questa forza compie 1 joule di lavoro.

L'unità di lavoro prende il nome dallo scienziato inglese James Prescott Joule.

Figura 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

Dalla formula per il calcolo del lavoro segue che ci sono tre casi in cui il lavoro è uguale a zero.

Il primo caso è quando una forza agisce sul corpo, ma il corpo non si muove. Ad esempio, un'enorme forza di gravità agisce su una casa. Ma lei non lavora, perché la casa è immobile.

Il secondo caso è quando il corpo si muove per inerzia, cioè nessuna forza agisce su di esso. Per esempio, navicella spaziale muoversi nello spazio intergalattico.

Il terzo caso è quando una forza agisce sul corpo perpendicolarmente alla direzione del moto del corpo. In questo caso, sebbene il corpo si muova e la forza agisca su di esso, non c'è movimento del corpo nella direzione della forza.

Fig 4. Tre casi in cui il lavoro è uguale a zero

Va anche detto che il lavoro di una forza può essere negativo. Quindi sarà se si verifica il movimento del corpo contro la direzione della forza. Ad esempio, quando una gru solleva un carico da terra con un cavo, il lavoro di gravità è negativo (e il lavoro verso l'alto della forza elastica del cavo, al contrario, è positivo).

Supponiamo che durante l'esecuzione lavori di costruzione la fossa deve essere ricoperta di sabbia. Un escavatore avrebbe bisogno di diversi minuti per farlo e un operaio con una pala dovrebbe lavorare per diverse ore. Ma sia l'escavatore che l'operaio avrebbero funzionato lo stesso lavoro.

Fig 5. Lo stesso lavoro può essere svolto in tempo diverso

Per caratterizzare la velocità del lavoro in fisica, viene utilizzata una quantità chiamata potenza.

La potenza è una grandezza fisica pari al rapporto tra il lavoro e il tempo della sua esecuzione.

Il potere è indicato da una lettera latina N.

L'unità SI della potenza è il watt.

Un watt è la potenza alla quale un joule di lavoro viene svolto in un secondo.

L'unità di potenza prende il nome dallo scienziato inglese e inventore del motore a vapore James Watt.

Figura 6. James Watt (1736 - 1819)

Combina la formula per il calcolo del lavoro con la formula per il calcolo della potenza.

Ricordiamo ora che il rapporto tra il percorso percorso dal corpo, S, al momento del movimento Tè la velocità del corpo v.

Così, la potenza è uguale al prodotto del valore numerico della forza e della velocità del corpo nella direzione della forza.

Questa formula è comoda da usare quando si risolvono problemi in cui una forza agisce su un corpo che si muove a una velocità nota.

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Compiti a casa

1. Quando il lavoro è uguale a zero?
2. Qual è il lavoro compiuto sulla traiettoria percorsa nella direzione della forza? Nella direzione opposta?
3. Quale lavoro viene svolto dalla forza di attrito che agisce sul mattone quando si sposta di 0,4 m? La forza di attrito è 5 N.

Sai cos'è il lavoro? Senza dubbio. Cos'è il lavoro, lo sa ogni persona, a condizione che sia nato e viva sul pianeta Terra. Cos'è il lavoro meccanico?

Questo concetto è noto anche alla maggior parte delle persone sul pianeta, sebbene alcuni individui abbiano un'idea piuttosto vaga di questo processo. Ma non si tratta di loro adesso. Ancora meno persone hanno idea di cosa lavoro meccanico dal punto di vista della fisica. In fisica, il lavoro meccanico non è il lavoro di una persona per il cibo, è una quantità fisica che può essere completamente estranea a una persona oa qualsiasi altro essere vivente. Come mai? Ora scopriamolo.

Lavoro meccanico in fisica

Facciamo due esempi. Nel primo esempio le acque del fiume, scontrandosi con l'abisso, precipitano rumorosamente sotto forma di cascata. Il secondo esempio è una persona che tiene un oggetto pesante a braccia tese, ad esempio, tiene un tetto rotto sopra un portico. casa di campagna di cadere mentre sua moglie e i suoi figli cercano freneticamente qualcosa per sostenerla. Quando viene eseguito il lavoro meccanico?

Definizione di lavoro meccanico

Quasi tutti, senza esitazione, risponderanno: nel secondo. E sbaglieranno. Il caso è esattamente l'opposto. In fisica, viene descritto il lavoro meccanico le seguenti definizioni: il lavoro meccanico viene svolto quando una forza agisce su un corpo e questo si muove. Il lavoro meccanico è direttamente proporzionale alla forza applicata e alla distanza percorsa.

Formula del lavoro meccanico

Il lavoro meccanico è determinato dalla formula:

dove A è lavoro,
F - forza,
s - la distanza percorsa.

Quindi, nonostante tutto l'eroismo dello stanco porta tetto, il lavoro da lui svolto è pari a zero, ma l'acqua, cadendo sotto l'influenza della gravità da un'alta scogliera, fa il lavoro più meccanico. Cioè, se spingiamo senza successo un armadio pesante, il lavoro che abbiamo svolto dal punto di vista della fisica sarà pari a zero, nonostante applichiamo molta forza. Ma se spostiamo l'armadio di una certa distanza, faremo un lavoro uguale al prodotto della forza applicata per la distanza per cui abbiamo spostato il corpo.

L'unità di lavoro è 1 J. Questo è il lavoro svolto da una forza di 1 newton per spostare un corpo di una distanza di 1 M. Se la direzione della forza applicata coincide con la direzione del movimento del corpo, allora data forza fa un lavoro positivo. Un esempio è quando spingiamo un corpo e si muove. E nel caso in cui la forza venga applicata nella direzione opposta al movimento del corpo, ad esempio la forza di attrito, allora questa forza fa un lavoro negativo. Se la forza applicata non influisce in alcun modo sul moto del corpo, allora la forza prodotta da questo lavoro è uguale a zero.

Classe

Lezione #27

Lavoro meccanico. Unità di potenza della loro misura.

Imparare nuovo materiale

Lavoro". Questa parola ci è familiare fin dall'infanzia. Ci accompagna per tutta la vita; con questa parola chiamiamo qualsiasi tipo di attività umana: fisica, mentale o creativa. Sappiamo che durante la vita il cuore funziona. Questo lavoro del cuore equivale al lavoro che deve essere fatto per sollevare il treno fino alla montagna più alta d'Europa: il Monte Bianco (4810 m). Tutti gli esseri viventi sono in costante movimento, una persona solo nella sua attività sviluppa e raggiunge i suoi risultati. Questo è un concetto importante.

Ma la fisica inserisce un contenuto leggermente diverso in questo concetto. In fisica, il lavoro meccanico è principalmente studiato. E un fatto molto importante quando si lavora è la sua velocità. Vogliamo sempre fare qualcosa non solo meglio, ma anche più velocemente.

Al momento ti chiederò di dimostrare l'esecuzione di alcuni lavori nei loro luoghi. Per favore dimmi cos'è condizione necessaria Facendo un lavoro?

Sì, la presenza di forza applicata e spostamento.

Il lavoro meccanico è una grandezza fisica che caratterizza il movimento di un corpo sotto l'azione di una forza.

Come ogni altra grandezza fisica, il lavoro meccanico ha unità di misura e una formula per il calcolo.

[A] = 1 J

Il lavoro meccanico è uguale al prodotto della forza per lo spostamento.

« Questo è interessante!" L'unità di lavoro SI prende il nome dallo scienziato inglese del XIX secolo J. Joule. J. Joule (1818-1889) nacque in Inghilterra nella famiglia del proprietario di un birrificio. A causa delle cattive condizioni di salute, James non ha frequentato la scuola fino all'età di 15 anni. Ma all'età di 15 anni, sotto la guida del famoso chimico John Dalton, ha imparato con successo matematica, fisica e chimica. Dopo la morte del padre, dopo aver venduto la sua parte di eredità, Joule iniziò una ricerca scientifica indipendente, investendovi tutti i suoi soldi. Durante la sua vita, Joule condusse mille esperimenti nel campo della meccanica, dell'elettromagnetismo e dei fenomeni termici, che ebbero successo.

Ora diamo un'occhiata a un esempio di lavoro. Devi scavare nell'area. Come fare questo lavoro più velocemente - con una pala o un trattore? Il lavoro svolto sarà lo stesso?

Sì, il lavoro è lo stesso; ma il tempo sarà diverso: questo lavoro sarà svolto più velocemente dal trattore.

Saliremo al decimo piano più velocemente con l'ascensore che con le scale. Una gru solleva in pochi minuti un pesante mattone all'altezza di una casa in costruzione, mentre gli operai passerebbero un'intera giornata a fare lo stesso lavoro. Il meccanismo che fa il lavoro più velocemente è considerato più potente.

La potenza è una grandezza fisica che caratterizza la velocità con cui viene svolto il lavoro.

La potenza è uguale al rapporto tra il lavoro meccanico e il tempo per il quale questo lavoro viene svolto.

L'unità di potenza prende il nome dallo scienziato inglese James Watt. Fu chiamato "Archimede" del XVIII secolo. Ma esiste un'unità di misura della potenza fuori dal sistema: la potenza. Il fatto è che agli albori dell'ingegneria meccanica, un potenziale consumatore era più familiare e comprensibile con la spiegazione che la potenza di questo meccanismo è di 20 cavalli, cioè il meccanismo è in grado di sostituire 20 cavalli.

« Questo è interessante!" La potenza media di un adulto con un lavoro sufficientemente lungo è di circa 35 - 75 watt. Ma in un tempo abbastanza breve, una persona può sviluppare più potenza di un cavallo. Ad esempio, gli atleti che spingono un bilanciere di peso superiore a 200 kg ad un'altezza di 1,8 m in 1 s sviluppano circa 3500 watt di potenza.

Con l'aiuto dei calcoli sui tuoi quaderni, puoi verificare questo fatto.

E la potenza di un insetto in volo è di circa 0,00001 watt.

Consolidamento di nuovo materiale.

La soluzione del problema

Quale potenza sviluppa un sollevatore di pesi se solleva un bilanciere del peso di 125 kg ad un'altezza di 70 cm in 0,3 s?

Dato: Soluzione SI

t=125 kg

h=70cm 0,7m N= ma A=FS e F=mg e S=h.

t=0.3s Quindi N=

N-? N= 2916,7 W

[N] = = = =W

Risposta: 2916,7 W.

Compiti a casa

8a: apprendere i paragrafi 17 e 19 (punto 3); rispondere alle domande per iscritto.

8b: apprendere i paragrafi 41 e 47; rispondere alle domande per iscritto.

Domande

1. Fornisci esempi in cui una forza agisce sul corpo, ma non funziona.

2. Due carichi dello stesso peso sono stati consegnati con autobus a un insediamento suburbano di Donetsk e al centro di Donetsk. Il lavoro svolto nel primo e nel secondo caso è stato lo stesso? Perché?

3. Perché la costruzione è iniziata più velocemente nel XX e nel XXI secolo rispetto a prima?

4. Due ragazzi di pesi diversi corsero al terzo piano della casa, mostrando la stessa ora. Hanno sviluppato lo stesso potere allo stesso tempo?

Il lavoro meccanico è un'energia caratteristica del movimento dei corpi fisici, che ha una forma scalare. È uguale al modulo della forza che agisce sul corpo, moltiplicato per il modulo di spostamento causato da questa forza e il coseno dell'angolo tra di loro.

Formula 1 - Lavoro meccanico.

F - Forza agente sul corpo.

s - movimento del corpo.

cosa - Coseno dell'angolo tra forza e spostamento.

Questa formula ha forma generale. Se l'angolo tra la forza applicata e lo spostamento è zero, allora il coseno è 1. Di conseguenza, il lavoro sarà uguale solo al prodotto della forza e dello spostamento. In poche parole, se il corpo si muove nella direzione di applicazione della forza, allora il lavoro meccanico è uguale al prodotto della forza per lo spostamento.

Il secondo caso particolare è quando l'angolo tra la forza che agisce sul corpo e il suo spostamento è di 90 gradi. In questo caso, il coseno di 90 gradi è uguale a zero, rispettivamente, il lavoro sarà uguale a zero. E infatti, quello che succede è che applichiamo la forza in una direzione, e il corpo si muove perpendicolarmente ad essa. Cioè, il corpo ovviamente non si muove sotto l'influenza della nostra forza. Pertanto, il lavoro della nostra forza per muovere il corpo è zero.

Figura 1 - Il lavoro delle forze quando si sposta il corpo.

Se sul corpo agisce più di una forza, viene calcolata la forza totale che agisce sul corpo. E poi viene sostituito nella formula come unica forza. Un corpo sotto l'azione di una forza può muoversi non solo in linea retta, ma anche lungo una traiettoria arbitraria. In questo caso il lavoro viene calcolato per un piccolo tratto di movimento, che può essere considerato rettilineo e poi riassunto lungo l'intero percorso.

Il lavoro può essere sia positivo che negativo. Cioè, se lo spostamento e la forza coincidono nella direzione, allora il lavoro è positivo. E se la forza viene applicata in una direzione e il corpo si muove nell'altra, il lavoro sarà negativo. Un esempio di lavoro negativo è il lavoro della forza di attrito. Poiché la forza di attrito è diretta contro il movimento. Immagina un corpo che si muove lungo un piano. Una forza applicata a un corpo lo spinge in una certa direzione. Questa forza fa un lavoro positivo per muovere il corpo. Ma allo stesso tempo, la forza di attrito fa un lavoro negativo. Rallenta il movimento del corpo ed è diretto verso il suo movimento.

Figura 2 - Forza di movimento e attrito.

Il lavoro in meccanica si misura in Joule. Un Joule è il lavoro svolto da una forza di un Newton quando un corpo si sposta di un metro. Oltre alla direzione del movimento del corpo, può cambiare anche l'entità della forza applicata. Ad esempio, quando una molla viene compressa, la forza applicata ad essa aumenterà in proporzione alla distanza percorsa. In questo caso, il lavoro è calcolato dalla formula.

Formula 2 - Lavoro di compressione di una molla.

k è la rigidezza della molla.

x - coordinate di spostamento.

lavoro meccanico è una grandezza fisica scalare che caratterizza un cambiamento nella posizione di un corpo sotto l'azione di una forza ed è uguale al prodotto del modulo di forza e del modulo di spostamento (percorso).

LA = Fs

per unità di misura lavoro adottato in SI 1 joule.

[A] = 1N×1m = 1 J

Analisi della formula del lavoro meccanico:

1. Il lavoro della forza è positivo
A > 0, se la direzione della forza e la direzione dello spostamento coincidono;

Esempio: un gatto cade da un tetto. Direzione del movimento del gatto partite con la direzione della gravità. Significa, il lavoro svolto dalla gravità è positivo.

2. Il lavoro della forza è negativo
UN< 0 , se la direzione della forza e la direzione del movimento sono dirette in direzioni opposte;

Esempio: il gatto è stato vomitato. Direzione del movimento del gatto opposto direzione della gravità. Significa, il lavoro svolto dalla gravità è negativo.

3. Il lavoro della forza è zero
A = 0, Se
1. sotto l'azione di una forza, il corpo non si muove, cioè quando s = 0
2. la grandezza della forza è zero, cioè F=0
3. angolo tra le direzioni del movimento e della forza corrisponde a 90°.

Esempio: il gatto sta solo camminando lungo il sentiero. La direzione del movimento del gatto è perpendicolare alla direzione della gravità. Significa, il lavoro svolto dalla gravità è nullo.

Se costruiamo un grafico della dipendenza del valore della forza dallo spostamento (percorso) percorso dal corpo, allora questo grafico sarà un segmento di linea retta parallelo all'asse di spostamento (percorso).

Si può vedere dalla figura che l'area ombreggiata sotto il grafico è un rettangolo di lati F e s. L'area di questo rettangolo è F s.
Il significato geometrico del lavoro meccanicoè che il lavoro della forza numericamente uguale all'area della figura sotto il grafico della dipendenza della forza dallo spostamento del corpo.