كل جسم يقوم بالحركة يمكن أن يتصف بالعمل. وبعبارة أخرى، فهو يميز عمل القوى.

يتم تعريف العمل على النحو التالي:
حاصل ضرب معامل القوة والمسار الذي يقطعه الجسم، مضروبًا في جيب تمام الزاوية المحصورة بين اتجاه القوة والحركة.

يتم قياس العمل بالجول:
1 [ي] = = [كجم* م2/ث2]

على سبيل المثال، تحرك الجسم A، تحت تأثير قوة مقدارها 5 نيوتن، مسافة 10 أمتار، حدد الشغل الذي بذله الجسم.

وبما أن اتجاه الحركة وعمل القوة متطابقان، فإن الزاوية بين متجه القوة ومتجه الإزاحة ستكون 0°. سيتم تبسيط الصيغة لأن جيب تمام الزاوية 0 درجة يساوي 1.

بالتعويض عن المعلمات الأولية في الصيغة نجد:
أ= 15 ي.

لنفكر في مثال آخر: جسم كتلته 2 كجم، يتحرك بعجلة 6 م/ث2، وقطع مسافة 10 م، أوجد الشغل الذي بذله الجسم إذا تحرك لأعلى على مستوى مائل بزاوية 60 درجة.

في البداية، دعونا نحسب مقدار القوة التي يجب تطبيقها لإعطاء الجسم تسارعًا مقداره 6 م/ث2.

F = 2 كجم * 6 م/ث2 = 12 ارتفاع.
تحت تأثير قوة مقدارها 12 نيوتن، تحرك الجسم مسافة 10 أمتار، ويمكن حساب الشغل باستخدام الصيغة المعروفة:

حيث a تساوي 30°. استبدال البيانات الأولية في الصيغة التي نحصل عليها:
أ= 103.2 ي.

قوة

تؤدي العديد من الآلات والآليات نفس العمل في فترات زمنية مختلفة. ولمقارنتها، تم تقديم مفهوم القوة.
القوة هي الكمية التي توضح مقدار العمل المنجز لكل وحدة زمنية.

تُقاس القوة بالواط، تكريمًا للمهندس الاسكتلندي جيمس وات.
1 [واط] = 1 [جول/ثانية].

على سبيل المثال، رفعت رافعة كبيرة حمولة تزن 10 أطنان إلى ارتفاع 30 مترًا في دقيقة واحدة. رفعت رافعة صغيرة طنين من الطوب إلى نفس الارتفاع في دقيقة واحدة. قارن قدرات الرافعة.
دعونا نحدد العمل الذي تقوم به الرافعات. يرتفع الحمل 30 مترًا، مع التغلب على قوة الجاذبية، وبالتالي فإن القوة المبذولة في رفع الحمل ستكون مساوية لقوة التفاعل بين الأرض والحمل (F = m * g). والشغل هو حاصل ضرب القوى في المسافة التي تقطعها الأحمال، أي في الارتفاع.

للرافعة الكبيرة A1 = 10,000 كجم * 30 م * 10 م/ث2 = 3,000,000 ج، وللرافعة الصغيرة A2 = 2,000 كجم * 30 م * 10 م/ث2 = 600,000 ج.
يمكن حساب القدرة بتقسيم الشغل على الزمن. قامت كلا الرافعتين برفع الحمولة في دقيقة واحدة (60 ثانية).

من هنا:
N1 = 3,000,000 جول/60 ثانية = 50,000 واط = 50 كيلوواط.
N2 = 600000 جول/ 60 ثانية = 10000 واط = 10 كيلوواط.
من البيانات المذكورة أعلاه يتبين بوضوح أن الرافعة الأولى أقوى بخمس مرات من الثانية.

قبل الكشف عن موضوع "كيف يتم قياس العمل"، من الضروري إجراء استطراد صغير. كل شيء في هذا العالم يخضع لقوانين الفيزياء. يمكن تفسير كل عملية أو ظاهرة على أساس قوانين معينة في الفيزياء. ولكل كمية يتم قياسها هناك وحدة تقاس بها عادة. وحدات القياس ثابتة ولها نفس المعنى في جميع أنحاء العالم.

والسبب في ذلك هو ما يلي. وفي عام 1960، في المؤتمر العام الحادي عشر للأوزان والمقاييس، تم اعتماد نظام القياسات المعترف به في جميع أنحاء العالم. تم تسمية هذا النظام باسم Le Système International d'Unités, SI (SI System International). وقد أصبح هذا النظام هو الأساس في تحديد وحدات القياس المقبولة في جميع أنحاء العالم والعلاقات بينها.

المصطلحات والمصطلحات الفيزيائية

في الفيزياء، تسمى وحدة قياس عمل القوة J (جول)، تكريما للفيزيائي الإنجليزي جيمس جول، الذي قدم مساهمة كبيرة في تطوير فرع الديناميكا الحرارية في الفيزياء. جول واحد يساوي العملمصنوعة بواسطة قوة مقدارها نيوتن واحد، عندما يتحرك تطبيقها بمقدار متر واحد في اتجاه القوة. وان ن (نيوتن) يساوي القوة، بكتلة واحد كجم (كيلوجرام)، وتسارع قدره واحد م/ث2 (متر في الثانية) في اتجاه القوة.

لمعلوماتك.في الفيزياء، كل شيء مترابط، وأداء أي عمل يتطلب القيام بإجراءات إضافية. كمثال، يمكننا أن نأخذ مروحة منزلية. عندما يتم توصيل المروحة، تبدأ شفرات المروحة في الدوران. تؤثر الشفرات الدوارة على تدفق الهواء، مما يمنحه حركة اتجاهية. هذه هي نتيجة العمل. ولكن لأداء العمل، فإن تأثير القوى الخارجية الأخرى ضروري، والذي بدونه يكون العمل مستحيلا. وتشمل هذه التيار الكهربائي والطاقة والجهد والعديد من القيم الأخرى ذات الصلة.

التيار الكهربائي، في جوهره، هو الحركة المنتظمة للإلكترونات في موصل لكل وحدة زمنية. يعتمد التيار الكهربائي على جزيئات مشحونة إيجابيا أو سلبيا. يطلق عليهم الشحنات الكهربائية. يشار إليها بالأحرف C، q، Kl (كولوم)، والتي سميت على اسم العالم والمخترع الفرنسي تشارلز كولومب. في نظام SI، هي وحدة قياس لعدد الإلكترونات المشحونة. 1 C يساوي حجم الجسيمات المشحونة التي تتدفق عبر المقطع العرضي للموصل لكل وحدة زمنية. وحدة الزمن هي ثانية واحدة. تظهر صيغة الشحنة الكهربائية في الشكل أدناه.

يشار إلى قوة التيار الكهربائي بالحرف A (أمبير). الأمبير هي وحدة في الفيزياء تميز قياس عمل القوة المنفقة لتحريك الشحنات على طول الموصل. التيار الكهربائي في جوهره هو الحركة المنتظمة للإلكترونات في الموصل تحت تأثير المجال الكهرومغناطيسي. الموصل عبارة عن مادة أو ملح منصهر (إلكتروليت) يتمتع بمقاومة قليلة لمرور الإلكترونات. تتأثر قوة التيار الكهربائي بكميتين فيزيائيتين: الجهد والمقاومة. سيتم مناقشتها أدناه. تتناسب القوة الحالية دائمًا بشكل مباشر مع الجهد وتتناسب عكسيًا مع المقاومة.

كما ذكرنا سابقًا، التيار الكهربائي هو الحركة المنتظمة للإلكترونات في الموصل. ولكن هناك تحذير واحد: إنهم بحاجة إلى تأثير معين للتحرك. يتم إنشاء هذا التأثير عن طريق خلق فرق محتمل. الشحنة الكهربائيةقد تكون إيجابية أو سلبية. تميل الرسوم الإيجابية دائمًا إلى ذلك رسوم سلبية. وهذا ضروري لتوازن النظام. ويسمى الفرق بين عدد الجسيمات المشحونة إيجابيا وسلبيا بالجهد الكهربائي.

القدرة هي كمية الطاقة المنفقة لإنجاز شغل J (جول) واحد خلال فترة زمنية قدرها ثانية واحدة. وحدة القياس في الفيزياء تسمى W (Watt)، في نظام SI W (Watt). وبما أن الطاقة الكهربائية تؤخذ بعين الاعتبار، فإن قيمة ما يتم إنفاقه هنا هي طاقة كهربائيةللتنفيذ عمل معينفي فترة من الزمن.

المعلومات النظرية الأساسية

عمل ميكانيكي

يتم تقديم خصائص الطاقة للحركة بناءً على هذا المفهوم العمل الميكانيكي أو العمل القسري. العمل انتهى قوة ثابتة F، مُسَمًّى الكمية المادية، يساوي ناتج وحدات القوة والإزاحة مضروبًا في جيب تمام الزاوية بين متجهات القوة Fوالحركات س:

العمل هو كمية عددية. يمكن أن تكون إما موجبة (0° ≥ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≥ 180 درجة). في α = 90° الشغل الذي تبذله القوة يساوي صفراً. في نظام SI، يتم قياس العمل بالجول (J). الجول يساوي الشغل الذي تبذله قوة مقدارها 1 نيوتن للتحرك مسافة متر واحد في اتجاه القوة.

إذا تغيرت القوة بمرور الوقت، للعثور على الشغل، قم ببناء رسم بياني للقوة مقابل الإزاحة والعثور على مساحة الشكل الموجود أسفل الرسم البياني - هذا هو العمل:

مثال على القوة التي يعتمد معاملها على الإحداثيات (الإزاحة) هي القوة المرنة للزنبرك، والتي تخضع لقانون هوك ( Fالتحكم = kx).

قوة

يسمى العمل الذي تبذله القوة لكل وحدة زمنية قوة. قوة ص(يُشار إليه أحيانًا بالحرف ن) – الكمية الفيزيائية تساوي نسبة الشغل أإلى فترة من الزمن رتم خلالها الانتهاء من هذا العمل:

تحسب هذه الصيغة متوسط ​​القوة، أي. القوة التي تميز العملية بشكل عام. لذلك، يمكن أيضًا التعبير عن العمل من حيث القوة: أ = نقطة(إذا كانت قوة ووقت إنجاز العمل معروفين بالطبع). وحدة الطاقة تسمى واط (W) أو 1 جول في الثانية. إذا كانت الحركة موحدة فإن:

باستخدام هذه الصيغة يمكننا الحساب قوة فورية(القوة في وقت معين)، إذا قمنا بدلاً من السرعة باستبدال قيمة السرعة اللحظية في الصيغة. كيف تعرف ما هي قوة العد؟ إذا كانت المسألة تطلب القدرة في لحظة من الزمن أو في نقطة ما في الفضاء، فسيتم اعتبارها لحظية. إذا سألوا عن القوة خلال فترة زمنية معينة أو جزء من الطريق، فابحث عن القوة المتوسطة.

الكفاءة - عامل الكفاءة، تساوي نسبة العمل المفيد إلى المنفق، أو الطاقة المفيدة إلى المنفقة:

أي عمل مفيد وأي عمل يهدر يتم تحديده من شروط مهمة معينة من خلال التفكير المنطقي. على سبيل المثال، إذا كانت الرافعة تقوم بعمل رفع حمولة إلى ارتفاع معين، فسيكون العمل المفيد هو عمل رفع الحمولة (نظرًا لأنه لهذا الغرض تم إنشاء الرافعة)، وسيكون العمل المنفق هو العمل الذي يقوم به المحرك الكهربائي للرافعة.

لذا فإن القوة المفيدة والمستهلكة ليس لها تعريف صارم، ويتم العثور عليها عن طريق التفكير المنطقي. في كل مهمة، يجب علينا أنفسنا أن نحدد ما هو الهدف من القيام بالعمل (العمل المفيد أو القوة) في هذه المهمة، وما هي الآلية أو الطريقة للقيام بكل العمل (القوة أو الشغل المبذول).

وبشكل عام، توضح الكفاءة مدى كفاءة الآلية في تحويل نوع من الطاقة إلى نوع آخر. إذا تغيرت القوة مع مرور الوقت، فسيتم العثور على الشغل كمساحة الشكل تحت الرسم البياني للقوة مقابل الوقت:

الطاقة الحركية

تسمى الكمية الفيزيائية التي تساوي نصف حاصل ضرب كتلة الجسم ومربع سرعته الطاقة الحركية للجسم (طاقة الحركة):

أي أنه إذا تحركت سيارة وزنها 2000 كجم بسرعة 10 م/ث، فإن طاقة حركتها تساوي ه k = 100 kJ، وهو قادر على بذل شغل مقداره 100 kJ. هذه الطاقة يمكن أن تتحول إلى حرارة (عند فرملة السيارة تسخن إطارات العجلات والطريق وأقراص المكابح) أو يمكن إنفاقها على تشويه السيارة والجسم الذي تصطدم به السيارة (في حادث). عند الحساب الطاقة الحركيةلا يهم المكان الذي تتحرك فيه السيارة، لأن الطاقة، مثل الشغل، هي كمية قياسية.

يتمتع الجسم بالطاقة إذا كان يستطيع بذل شغل.على سبيل المثال، الجسم المتحرك لديه طاقة حركية، أي. طاقة الحركة، وهي قادرة على بذل شغل لتشويه الأجسام أو إعطاء تسارع للأجسام التي يحدث معها الاصطدام.

المعنى الجسديالطاقة الحركية : لكي يستقر الجسم مع الكتلة مبدأت تتحرك بسرعة الخامسمن الضروري القيام بعمل يساوي القيمة التي تم الحصول عليها من الطاقة الحركية. إذا كان الجسم ذو كتلة ميتحرك بسرعة الخامس، ومن أجل إيقافه من الضروري بذل شغل مساوٍ لطاقة حركته الأولية. عند الكبح، يتم "إزالة" الطاقة الحركية بشكل أساسي (باستثناء حالات الاصطدام، عندما تتشوه الطاقة) بواسطة قوة الاحتكاك.

نظرية الطاقة الحركية: عمل القوة المحصلة يساوي التغير في الطاقة الحركية للجسم:

نظرية الطاقة الحركية صحيحة أيضًا في الحالة العامة، عندما يتحرك جسم تحت تأثير قوة متغيرة، لا يتطابق اتجاهها مع اتجاه الحركة. ومن الملائم تطبيق هذه النظرية في المسائل التي تتضمن تسارع وتباطؤ الجسم.

الطاقة الكامنة

إلى جانب الطاقة الحركية أو طاقة الحركة، يلعب هذا المفهوم دورًا مهمًا في الفيزياء الطاقة الكامنة أو طاقة تفاعل الأجسام.

يتم تحديد الطاقة الكامنة من خلال الموقع النسبي للأجسام (على سبيل المثال، موقع الجسم بالنسبة لسطح الأرض). لا يمكن تقديم مفهوم الطاقة الكامنة إلا للقوى التي لا يعتمد عملها على مسار الجسم ويتم تحديدها فقط من خلال الوضعين الأولي والنهائي (ما يسمى القوى المحافظة). الشغل الذي تبذله هذه القوى على مسار مغلق يساوي صفرًا. تمتلك هذه الخاصية الجاذبية والقوة المرنة. بالنسبة لهذه القوى يمكننا تقديم مفهوم الطاقة الكامنة.

الطاقة الكامنة لجسم في مجال الجاذبية الأرضيةتحسب بواسطة الصيغة:

المعنى الفيزيائي للطاقة الكامنة لجسم: الطاقة الكامنة تساوي الشغل الذي تبذله الجاذبية عند خفض الجسم إلى مستوى الصفر ( ح– المسافة من مركز ثقل الجسم إلى مستوى الصفر). إذا كان لدى الجسم طاقة كامنة، فهو قادر على بذل شغل عندما يسقط هذا الجسم من ارتفاع حإلى مستوى الصفر. الشغل الذي تبذله الجاذبية يساوي التغير في الطاقة الكامنة للجسم، مع الإشارة المعاكسة:

في كثير من الأحيان، في مشاكل الطاقة، يتعين على المرء أن يجد عمل رفع (قلب، الخروج من الحفرة) الجسم. في كل هذه الحالات، من الضروري النظر في حركة ليس الجسم نفسه، ولكن فقط مركز ثقله.

تعتمد الطاقة المحتملة Ep على اختيار مستوى الصفر، أي على اختيار أصل محور OY. في كل مشكلة، يتم اختيار مستوى الصفر لأسباب تتعلق بالملاءمة. وما له معنى فيزيائي ليس طاقة الوضع نفسها، بل تغيرها عندما يتحرك الجسم من موضع إلى آخر. وهذا التغيير مستقل عن اختيار مستوى الصفر.

الطاقة الكامنة لربيع ممتدتحسب بواسطة الصيغة:

أين: ك- تصلب الربيع. يمكن للزنبرك الممتد (أو المضغوط) أن يحرك الجسم المرتبط به، أي ينقل الطاقة الحركية إلى هذا الجسم. وبالتالي، فإن مثل هذا الربيع لديه احتياطي من الطاقة. التوتر أو الضغط Xيجب حسابه من الحالة غير المشوهة للجسم.

الطاقة الكامنة لجسم مشوه بشكل مرن تساوي الشغل الذي تبذله القوة المرنة أثناء الانتقال من حالة معينة إلى حالة خالية من التشوه. إذا كان الربيع مشوهًا بالفعل في حالته الأولية، وكان استطالته مساوية س 1، ثم عند الانتقال إلى حالة جديدة مع الاستطالة س 2، ستقوم القوة المرنة بعمل مساوٍ للتغير في الطاقة الكامنة، مأخوذة بالإشارة المعاكسة (نظرًا لأن القوة المرنة موجهة دائمًا ضد تشوه الجسم):

الطاقة المحتملة أثناء التشوه المرن هي طاقة تفاعل الأجزاء الفردية من الجسم مع بعضها البعض بواسطة القوى المرنة.

يعتمد عمل قوة الاحتكاك على المسار المسافر (هذا النوع من القوة الذي يعتمد عمله على المسار والمسار المسافر يسمى: قوى تبديد). لا يمكن تقديم مفهوم الطاقة الكامنة لقوة الاحتكاك.

كفاءة

عامل الكفاءة (الكفاءة)- خاصية كفاءة النظام (الجهاز، الآلة) فيما يتعلق بتحويل أو نقل الطاقة. يتم تحديده من خلال نسبة الطاقة المستخدمة بشكل مفيد إلى إجمالي كمية الطاقة التي يتلقاها النظام (تم بالفعل تقديم الصيغة أعلاه).

يمكن حساب الكفاءة من خلال العمل ومن خلال القوة. يتم دائمًا تحديد العمل المفيد والمستهلك (القوة) من خلال التفكير المنطقي البسيط.

في المحركات الكهربائية، الكفاءة هي نسبة العمل الميكانيكي المنجز (المفيد) إلى الطاقة الكهربائية الواردة من المصدر. في المحركات الحرارية، نسبة العمل الميكانيكي المفيد إلى كمية الحرارة المستهلكة. في المحولات الكهربائية، نسبة الطاقة الكهرومغناطيسية الواردة في الملف الثانوي إلى الطاقة التي يستهلكها الملف الأولي.

ونظرًا لعموميته، فإن مفهوم الكفاءة يجعل من الممكن مقارنتها وتقييمها أنظمة مختلفةمثل المفاعلات النووية والمولدات والمحركات الكهربائية ومحطات الطاقة الحرارية وأجهزة أشباه الموصلات والأجسام البيولوجية وغيرها.

بسبب فقدان الطاقة الحتمي بسبب الاحتكاك وتسخين الأجسام المحيطة وما إلى ذلك. الكفاءة دائما أقل من الوحدة.وبناء على ذلك، يتم التعبير عن الكفاءة كجزء صغير من الطاقة المستهلكة، أي ككسر مناسب أو كنسبة مئوية، وهي كمية بلا أبعاد. الكفاءة تميز مدى كفاءة تشغيل الآلة أو الآلية. تصل كفاءة محطات الطاقة الحرارية إلى 35-40%، للمحركات الاحتراق الداخليمع الشحن الفائق والتبريد المسبق - 40-50%، الدينامو والمولدات عالية الطاقة - 95%، المحولات - 98%.

المشكلة التي تحتاج فيها إلى العثور على الكفاءة أو معرفة ذلك، عليك أن تبدأ بالتفكير المنطقي - ما هو العمل المفيد وما الذي يضيع.

قانون الحفاظ على الطاقة الميكانيكية

إجمالي الطاقة الميكانيكيةيسمى مجموع الطاقة الحركية (أي طاقة الحركة) والإمكانات (أي طاقة تفاعل الأجسام بواسطة قوى الجاذبية والمرونة):

إذا لم تتحول الطاقة الميكانيكية إلى أشكال أخرى، على سبيل المثال، إلى طاقة داخلية (حرارية)، فإن مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة يبقى دون تغيير. إذا تحولت الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية فإن التغير في الطاقة الميكانيكية يساوي عمل قوة الاحتكاك أو الطاقة المفقودة أو كمية الحرارة المنطلقة وهكذا، بمعنى آخر التغير في الطاقة الميكانيكية الكلية يساوي عمل قوة الاحتكاك أو الطاقة المفقودة لعمل القوى الخارجية :

مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة للأجسام التي تشكل نظامًا مغلقًا (أي نظام لا توجد فيه قوى خارجية مؤثرة، وعملها هو في المقابل صفر) وقوى الجاذبية والمرونة المتفاعلة مع بعضها البعض تبقى دون تغيير:

يعبر هذا البيان قانون حفظ الطاقة (LEC) في العمليات الميكانيكية. إنها نتيجة لقوانين نيوتن. لا يتحقق قانون حفظ الطاقة الميكانيكية إلا عندما تتفاعل الأجسام الموجودة في نظام مغلق مع بعضها البعض بواسطة قوى المرونة والجاذبية. في جميع المسائل المتعلقة بقانون حفظ الطاقة، سيكون هناك دائمًا حالتان على الأقل من نظام الأجسام. وينص القانون على أن الطاقة الإجمالية للحالة الأولى ستكون مساوية للطاقة الإجمالية للحالة الثانية.

خوارزمية حل مسائل قانون حفظ الطاقة:

1. العثور على نقاط الوضع الأولي والنهائي للجسم.
2. اكتب ما أو ما هي الطاقات الموجودة في الجسم عند هذه النقاط.
3. مساواة الطاقة الأولية والنهائية للجسم.
4. إضافة معادلات ضرورية أخرى من موضوعات الفيزياء السابقة.
5. حل المعادلة أو نظام المعادلات الناتج باستخدام الطرق الرياضية.

ومن المهم أن نلاحظ أن قانون حفظ الطاقة الميكانيكية جعل من الممكن الحصول على علاقة بين إحداثيات وسرعات الجسم عند نقطتين مختلفتين من المسار دون تحليل قانون حركة الجسم في جميع النقاط الوسيطة. إن تطبيق قانون الحفاظ على الطاقة الميكانيكية يمكن أن يبسط إلى حد كبير حل العديد من المشاكل.

في الظروف الحقيقية، تتأثر الأجسام المتحركة دائمًا تقريبًا، جنبًا إلى جنب مع قوى الجاذبية والقوى المرنة والقوى الأخرى، بواسطة قوى الاحتكاك أو قوى المقاومة البيئية. يعتمد الشغل الذي تبذله قوة الاحتكاك على طول المسار.

إذا كانت قوى الاحتكاك تؤثر بين الأجسام التي تشكل نظامًا مغلقًا، فإن الطاقة الميكانيكية لا يتم حفظها. يتم تحويل جزء من الطاقة الميكانيكية إلى طاقة داخلية للأجسام (تدفئة). وبالتالي، فإن الطاقة ككل (أي ليس فقط الميكانيكية) يتم الحفاظ عليها في أي حال.

لأي التفاعلات الجسديةالطاقة لا تنشأ ولا تختفي. إنه يتغير فقط من شكل إلى آخر. هذه الحقيقة المثبتة تجريبيا تعبر عن قانون أساسي للطبيعة - قانون حفظ وتحويل الطاقة.

إحدى النتائج المترتبة على قانون حفظ وتحويل الطاقة هو التصريح عن استحالة إنشاء "آلة الحركة الدائمة" (المتنقلة الدائمة) - وهي آلة يمكنها القيام بالعمل إلى أجل غير مسمى دون استهلاك الطاقة.

مهام مختلفة للعمل

إذا كانت المشكلة تتطلب العثور على عمل ميكانيكي، فاختر أولاً طريقة للعثور عليه:

1. يمكن العثور على وظيفة باستخدام الصيغة: أ = خ.س∙كوس α . أوجد القوة التي تبذل الشغل، ومقدار إزاحة الجسم تحت تأثير هذه القوة في الإطار المرجعي المختار. لاحظ أنه يجب اختيار الزاوية بين متجهات القوة والإزاحة.
2. يمكن إيجاد الشغل الذي تبذله قوة خارجية على أنه الفرق في الطاقة الميكانيكية في الوضعين النهائي والأولي. الطاقة الميكانيكية تساوي مجموع الطاقات الحركية والطاقات الكامنة للجسم.
3. يمكن إيجاد الشغل المبذول لرفع جسم بسرعة ثابتة باستخدام الصيغة: أ = mgh، أين ح- الارتفاع الذي يرتفع إليه مركز ثقل الجسم.
4. يمكن العثور على العمل باعتباره نتاج القوة والوقت، أي. وفقا للصيغة: أ = نقطة.
5. يمكن إيجاد الشغل على شكل مساحة الشكل تحت الرسم البياني للقوة مقابل الإزاحة أو القدرة مقابل الزمن.

قانون الحفاظ على الطاقة وديناميكيات الحركة الدورانية

إن مشاكل هذا الموضوع معقدة للغاية من الناحية الرياضية، ولكن إذا كنت تعرف النهج، فيمكن حلها باستخدام خوارزمية قياسية تمامًا. في جميع المشاكل، عليك أن تأخذ في الاعتبار دوران الجسم في المستوى الرأسي. سيأتي الحل في تسلسل الإجراءات التالي:

1. تحتاج إلى تحديد النقطة التي تهتم بها (النقطة التي تحتاج عندها إلى تحديد سرعة الجسم وقوة شد الخيط والوزن وما إلى ذلك).
2. اكتب قانون نيوتن الثاني عند هذه النقطة، مع الأخذ في الاعتبار أن الجسم يدور، أي أن له تسارعًا جذبًا مركزيًا.
3. أكتب قانون حفظ الطاقة الميكانيكية بحيث تحتوي على سرعة الجسم في نفس الوقت نقطة مثيرة للاهتماموكذلك خصائص حالة الجسم في بعض الحالات التي يُعرف عنها شيء ما.
4. اعتمادًا على الشرط، عبِّر عن السرعة المربعة من إحدى المعادلات واستبدلها بالمعادلة الأخرى.
5. قم بإجراء العمليات الحسابية الضرورية المتبقية للحصول على النتيجة النهائية.

عند حل المشكلات، عليك أن تتذكر ما يلي:

• الشرط لتمرير النقطة العليا عند الدوران على خيط بأدنى سرعة هو قوة رد الفعل الداعمة نعند النقطة العليا هو 0. ويتم استيفاء نفس الشرط عند تمرير النقطة العليا للحلقة الميتة.
• عند الدوران على قضيب، فإن شرط اجتياز الدائرة بأكملها هو: الحد الأدنى للسرعة عند النقطة العليا هو 0.
• شرط انفصال جسم عن سطح الكرة هو أن تكون قوة رد الفعل الداعمة عند نقطة الانفصال صفرًا.

الاصطدامات غير المرنة

يتيح قانون حفظ الطاقة الميكانيكية وقانون حفظ الزخم إيجاد حلول للمشكلات الميكانيكية في الحالات غير المعروفة القوى النشطة. مثال على هذا النوع من المشاكل هو تأثير تفاعل الأجسام.

عن طريق التأثير (أو الاصطدام)من المعتاد أن نطلق على تفاعل قصير المدى بين الأجسام، ونتيجة لذلك تشهد سرعتها تغيرات كبيرة. أثناء تصادم الأجسام، تعمل قوى التأثير قصيرة المدى بينهما، وعادة ما يكون حجمها غير معروف. ولذلك، فإنه من المستحيل النظر في تفاعل التأثير مباشرة باستخدام قوانين نيوتن. إن تطبيق قوانين حفظ الطاقة والزخم في كثير من الأحيان يجعل من الممكن استبعاد عملية التصادم نفسها من الاعتبار والحصول على ارتباط بين سرعتي الأجسام قبل التصادم وبعده، متجاوزا جميع القيم الوسيطة لهذه الكميات.

غالبًا ما يتعين على المرء أن يتعامل مع تأثير تفاعل الأجسام الحياة اليوميةفي التكنولوجيا وفي الفيزياء (خاصة في فيزياء الذرات والجسيمات الأولية). في الميكانيكا، غالبًا ما يتم استخدام نموذجين لتفاعل التصادم - تأثيرات مرنة تمامًا وغير مرنة تمامًا.

تأثير غير مرن على الاطلاقيسمون هذا التأثير بالتفاعل حيث تتصل الأجسام ببعضها البعض وتتحرك كجسم واحد.

في التصادم غير المرن تماما، لا يتم حفظ الطاقة الميكانيكية. ويتحول جزئيا أو كليا إلى الطاقة الداخلية للأجسام (التدفئة). لوصف أي تأثيرات، تحتاج إلى كتابة كل من قانون الحفاظ على الزخم وقانون الحفاظ على الطاقة الميكانيكية، مع مراعاة الحرارة المنبعثة (يُنصح بشدة بإجراء رسم أولاً).

تأثير مرن تمامًا

تأثير مرن تمامًايسمى التصادم الذي يتم فيه الحفاظ على الطاقة الميكانيكية لنظام الأجسام. في كثير من الحالات، تخضع اصطدامات الذرات والجزيئات والجسيمات الأولية لقوانين التأثير المرن المطلق. مع تأثير مرن تمامًا، إلى جانب قانون الحفاظ على الزخم، يتم استيفاء قانون الحفاظ على الطاقة الميكانيكية. مثال بسيطيمكن أن يكون الاصطدام المرن تمامًا بمثابة تصادم مركزي بين كرتين بلياردو، إحداهما كانت في حالة سكون قبل الاصطدام.

الإضراب المركزييسمى تصادم الكرات حيث يتم توجيه سرعات الكرات قبل وبعد الاصطدام على طول خط المراكز. وهكذا، باستخدام قوانين حفظ الطاقة الميكانيكية وكمية الحركة، من الممكن تحديد سرعات الكرات بعد الاصطدام إذا كانت سرعتها قبل الاصطدام معروفة. نادرا ما يتم تنفيذ الضربة المركزية عمليا، خاصة إذا نحن نتحدث عنحول تصادم الذرات أو الجزيئات. في التصادم المرن غير المركزي، لا تكون سرعات الجسيمات (الكرات) قبل وبعد الاصطدام موجهة في خط مستقيم واحد.

يمكن أن تكون إحدى الحالات الخاصة للتأثير المرن خارج المركز هي اصطدام كرتين بلياردو لهما نفس الكتلة، إحداهما كانت ساكنة قبل الاصطدام، وسرعة الثانية لم تكن موجهة على طول خط مراكز الكرات . في هذه الحالة، يتم دائمًا توجيه متجهات سرعة الكرات بعد الاصطدام المرن بشكل عمودي على بعضها البعض.

قوانين الحفظ. المهام المعقدة

أجساد متعددة

في بعض المسائل المتعلقة بقانون حفظ الطاقة، يمكن أن تكون للكابلات التي يتم نقل بعض الأجسام بها كتلة (أي لا تكون عديمة الوزن، كما قد تكون معتادًا بالفعل). وفي هذه الحالة، يجب أيضًا أن يؤخذ في الاعتبار عمل تحريك هذه الكابلات (أي مراكز ثقلها).

إذا كان جسمان متصلان بقضيب عديم الوزن يدوران في مستوى رأسي فإن:

1. اختر مستوى الصفر لحساب الطاقة الكامنة، على سبيل المثال عند مستوى محور الدوران أو عند مستوى أدنى نقطة لأحد الأوزان وتأكد من عمل الرسم؛
2. نكتب قانون حفظ الطاقة الميكانيكية، حيث نكتب على الجانب الأيسر مجموع الطاقة الحركية وطاقة الوضع لكلا الجسمين في الوضع الأولي، وعلى الجانب الأيمن نكتب مجموع الطاقة الحركية وطاقة الوضع كلا الجسدين في الوضع النهائي؛
3. ضع في اعتبارك أن السرعات الزاوية للأجسام هي نفسها سرعات خطيةالأجسام تتناسب مع نصف قطر الدوران.
4. إذا لزم الأمر، اكتب قانون نيوتن الثاني لكل جسم على حدة.

انفجرت قذيفة

عندما تنفجر قذيفة، يتم إطلاق الطاقة المتفجرة. للعثور على هذه الطاقة، من الضروري طرح الطاقة الميكانيكية للقذيفة قبل الانفجار من مجموع الطاقات الميكانيكية للشظايا بعد الانفجار. سنستخدم أيضًا قانون حفظ الزخم، المكتوب على شكل نظرية جيب التمام (طريقة المتجهات) أو على شكل إسقاطات على محاور مختارة.

الاصطدام بلوحة ثقيلة

دعونا نلتقي بلوحة ثقيلة تتحرك بسرعة الخامس، كرة خفيفة من التحركات الجماعية مبسرعة شن. وبما أن زخم الكرة أقل بكثير من زخم اللوحة، فلن تتغير سرعة اللوحة بعد الاصطدام، وستستمر في التحرك بنفس السرعة وفي نفس الاتجاه. نتيجة للتأثير المرن، سوف تطير الكرة بعيدا عن اللوحة. ومن المهم أن نفهم هنا ذلك لن تتغير سرعة الكرة بالنسبة للوحة. في هذه الحالة، بالنسبة للسرعة النهائية للكرة نحصل على:

وبالتالي فإن سرعة الكرة بعد الاصطدام تزيد بمقدار ضعف سرعة الجدار. سبب مماثل للحالة عندما كانت الكرة واللوحة تتحركان قبل الاصطدام في نفس الاتجاه يؤدي إلى انخفاض سرعة الكرة بمقدار ضعف سرعة الجدار:

في الفيزياء والرياضيات، من بين أمور أخرى، يجب تحقيق ثلاثة شروط مهمة:

1. دراسة جميع المواضيع وإكمال جميع الاختبارات والواجبات الواردة في المواد التعليمية على هذا الموقع. للقيام بذلك، لا تحتاج إلى أي شيء على الإطلاق، أي: تخصيص ثلاث إلى أربع ساعات كل يوم للتحضير لـ CT في الفيزياء والرياضيات، ودراسة النظرية وحل المشكلات. الحقيقة هي أن CT هو اختبار لا يكفي فيه مجرد معرفة الفيزياء أو الرياضيات، بل يجب أيضًا أن تكون قادرًا على حله بسرعة ودون إخفاقات عدد كبير منالمهام على مواضيع مختلفة ومتفاوتة التعقيد. ولا يمكن تعلم هذا الأخير إلا من خلال حل آلاف المشاكل.
2. تعلم جميع الصيغ والقوانين في الفيزياء، والصيغ والأساليب في الرياضيات. في الواقع، يعد هذا أيضًا أمرًا بسيطًا جدًا، حيث لا يوجد سوى حوالي 200 صيغة ضرورية في الفيزياء، وحتى أقل قليلاً في الرياضيات. يوجد في كل موضوع من هذه المواضيع حوالي اثنتي عشرة طريقة قياسية لحل المشكلات ذات المستوى الأساسي من التعقيد، والتي يمكن أيضًا تعلمها، وبالتالي حلها تلقائيًا تمامًا ودون صعوبة في الوقت المناسب معظمط م. بعد ذلك، سيكون عليك فقط التفكير في أصعب المهام.
3. حضور جميع المراحل الثلاث لاختبار البروفة في الفيزياء والرياضيات. يمكن زيارة كل RT مرتين لاتخاذ قرار بشأن كلا الخيارين. مرة أخرى، في CT، بالإضافة إلى القدرة على حل المشكلات بسرعة وكفاءة ومعرفة الصيغ والأساليب، يجب أيضًا أن تكون قادرًا على تخطيط الوقت بشكل صحيح، وتوزيع القوى، والأهم من ذلك، ملء نموذج الإجابة بشكل صحيح، دون الخلط بين أرقام الإجابات والمشكلات، أو اسم العائلة الخاص بك. أيضًا، أثناء RT، من المهم التعود على أسلوب طرح الأسئلة في المشكلات، والذي قد يبدو غير معتاد جدًا لشخص غير مستعد في DT.

سيسمح لك التنفيذ الناجح والدؤوب والمسؤول لهذه النقاط الثلاث بإظهار نتيجة ممتازة في التصوير المقطعي، وهو الحد الأقصى الذي يمكنك القيام به.

وجدت خطأ؟

إذا كنت تعتقد أنك وجدت خطأ في المواد التعليمية، ثم يرجى الكتابة عن ذلك عن طريق البريد الإلكتروني. يمكنك أيضًا الإبلاغ عن خطأ إلى شبكة اجتماعية(). في الرسالة، أشر إلى الموضوع (الفيزياء أو الرياضيات)، أو اسم أو رقم الموضوع أو الاختبار، أو رقم المشكلة، أو المكان في النص (الصفحة) الذي يوجد فيه خطأ في رأيك. قم أيضًا بوصف الخطأ المشتبه به. لن تمر رسالتك دون أن يلاحظها أحد، وسيتم تصحيح الخطأ، أو سيتم توضيح سبب عدم اعتباره خطأ.

ماذا يعني ذلك؟

في الفيزياء، "الشغل الميكانيكي" هو عمل قوة معينة (الجاذبية، المرونة، الاحتكاك، إلخ) على جسم، ونتيجة لذلك يتحرك الجسم.

في كثير من الأحيان، لا تتم كتابة كلمة "ميكانيكي" ببساطة.
في بعض الأحيان يمكنك أن تصادف عبارة "لقد بذل الجسم شغلًا"، وهو ما يعني من حيث المبدأ أن "القوة المؤثرة على الجسم بذلت شغلًا".

أعتقد - أنا أعمل.

أنا ذاهب - أنا أعمل أيضًا.

أين العمل الميكانيكي هنا؟

إذا تحرك الجسم تحت تأثير القوة، يتم تنفيذ العمل الميكانيكي.

يقولون أن الجسم يعمل.
أو بتعبير أدق، سيكون الأمر على النحو التالي: يتم الشغل من خلال القوة المؤثرة على الجسم.

العمل يميز نتيجة القوة.

القوى المؤثرة على الإنسان تؤدي عملاً ميكانيكيًا عليه، ونتيجة لعمل هذه القوى يتحرك الشخص.

الشغل هو كمية فيزيائية تساوي حاصل ضرب القوة المؤثرة على الجسم والمسار الذي قطعه الجسم تحت تأثير قوة في اتجاه هذه القوة.

أ- الأعمال الميكانيكية
ف - القوة،
س - المسافة المقطوعة.

تم العملإذا تحقق شرطان في وقت واحد: تؤثر القوة على الجسم وعليه
يتحرك في اتجاه القوة .

لم يتم إنجاز أي عمل(أي يساوي 0)، إذا:
1. القوة تؤثر ولكن الجسم لا يتحرك.

على سبيل المثال: نؤثر بقوة على حجر، لكن لا نستطيع تحريكه.

2. يتحرك الجسم وتكون القوة صفراً أو يتم تعويض جميع القوى (أي أن محصلة هذه القوى صفر).
على سبيل المثال: عند التحرك بالقصور الذاتي، لا يتم بذل أي شغل.
3. اتجاه القوة واتجاه حركة الجسم متعامدان.

على سبيل المثال: عندما يتحرك القطار أفقيًا، لا تعمل الجاذبية.

العمل يمكن أن يكون إيجابيا وسلبيا

1. إذا تطابق اتجاه القوة واتجاه حركة الجسم، يتم بذل شغل إيجابي.

على سبيل المثال: قوة الجاذبية المؤثرة على قطرة ماء تسقط تؤدي عملًا إيجابيًا.

2. إذا كان اتجاه القوة وحركة الجسم معاكساً يتم بذل عمل سلبي.

على سبيل المثال: قوة الجاذبية المؤثرة على ارتفاع بالون، يقوم بعمل سلبي.

إذا أثرت عدة قوى على جسم، فإن الشغل الإجمالي الذي تبذله جميع القوى يساوي الشغل الذي تبذله القوة الناتجة.

وحدات العمل

تكريما للعالم الإنجليزي د. جول، تم تسمية وحدة الشغل بـ 1 جول.

في النظام الدولي للوحدات (SI):
[أ] = ي = ن م
1J = 1N 1M

الشغل الميكانيكي يساوي 1 J إذا تحرك جسم مسافة 1 m في اتجاه هذه القوة تحت تأثير قوة مقدارها 1 N.

عند الطيران من إبهاميد الرجل على الفهرس
البعوضة تعمل - 0.000 000 000 000 000 000 000 000 001 J.

يبذل قلب الإنسان ما يقرب من 1 J من الشغل لكل انقباض، وهو ما يتوافق مع الشغل المبذول عند رفع حمولة تزن 10 كجم إلى ارتفاع 1 سم.

ابدأ العمل يا أصدقاء!

في الفيزياء، لمفهوم "الشغل" تعريف مختلف عن التعريف المستخدم في الفيزياء الحياة اليومية. على وجه الخصوص، يتم استخدام مصطلح "العمل" عندما القوة البدنيةيؤدي إلى تحرك الكائن. بشكل عام، إذا تسببت قوة كبيرة في تحرك جسم ما لمسافة بعيدة جدًا، فهذا يعني بذل الكثير من العمل. وإذا كانت القوة صغيرة أو لم يتحرك الجسم بعيدًا جدًا، فعندئذٍ يتم بذل قدر صغير فقط من الشغل. يمكن حساب القوة باستخدام الصيغة: العمل = F × D × جيب التمام (θ)حيث F = القوة (بالنيوتن)، D = الإزاحة (بالأمتار)، و θ = الزاوية بين متجه القوة واتجاه الحركة.

خطوات

الجزء 1

1. أوجد اتجاه متجه القوة واتجاه الحركة.للبدء، من المهم أولاً تحديد الاتجاه الذي يتحرك فيه الجسم، وكذلك مكان تطبيق القوة. ضع في اعتبارك أن الأشياء لا تتحرك دائمًا وفقًا للقوة المطبقة عليها - على سبيل المثال، إذا قمت بسحب عربة صغيرة من المقبض، فإنك تطبق قوة قطرية (إذا كنت أطول من العربة) لتحريكها للأمام . ومع ذلك، في هذا القسم، سنتعامل مع المواقف التي تكون فيها قوة (جهد) الجسم وحركته يملكنفس الاتجاه. للحصول على معلومات حول كيفية العثور على وظيفة عند هذه العناصر لالها نفس الاتجاه، اقرأ أدناه.

   • لتسهيل فهم هذه العملية، دعونا نتبع مثالا للمسألة. لنفترض أن عربة لعبة يتم سحبها للأمام مباشرة بواسطة قطار أمامها. في هذه الحالة، يشير متجه القوة واتجاه حركة القطار إلى نفس المسار - إلى الأمام. في الخطوات التالية، سوف نستخدم هذه المعلومات للمساعدة في العثور على العمل الذي يؤديه الكائن.

2. أوجد إزاحة الكائن.عادة ما يكون من السهل العثور على المتغير الأول D أو الإزاحة الذي نحتاجه لصيغة العمل. الإزاحة هي ببساطة المسافة التي تسببت فيها القوة في تحرك الجسم من موضعه الأصلي. في المشكلات التعليمية، عادةً ما تكون هذه المعلومات إما معطاة (معروفة) أو يمكن استنتاجها (العثور عليها) من معلومات أخرى في المشكلة. في الحياه الحقيقيهكل ما عليك فعله للعثور على الإزاحة هو قياس المسافة التي تتحركها الكائنات.

   • لاحظ أن وحدات المسافة يجب أن تكون بالأمتار في الصيغة لحساب العمل.
   • في مثال لعبة القطار، لنفترض أننا وجدنا الشغل الذي أنجزه القطار أثناء مروره على طول المسار. إذا بدأ عند نقطة معينة وتوقف عند مكان حوالي 2 متر على طول المسار، فيمكننا استخدامه 2 مترلقيمة "D" في الصيغة.

3. أوجد القوة المؤثرة على الجسم.بعد ذلك، أوجد مقدار القوة المستخدمة لتحريك الجسم. هذا مقياس لـ "قوة" القوة - كلما زاد حجمها، كلما دفعت الجسم أكثر وتسارعت بشكل أسرع. إذا لم يتم توفير مقدار القوة، فيمكن استخلاصها من كتلة وتسارع الإزاحة (بافتراض عدم وجود قوى متضاربة أخرى تؤثر عليها) باستخدام الصيغة F = M × A.

   • لاحظ أن وحدات القوة يجب أن تكون بالنيوتن لحساب صيغة الشغل.
   • في مثالنا، لنفترض أننا لا نعرف مقدار القوة. ومع ذلك، دعونا نفترض ذلك نعلمأن كتلة قطار اللعبة 0.5 كجم وأن هناك قوة تؤدي إلى تسارعه بسرعة 0.7 متر/ثانية 2 . في هذه الحالة يمكننا إيجاد القيمة بضرب M × A = 0.5 × 0.7 = 0.35 نيوتن.

4. ضرب القوة × المسافة.بمجرد أن تعرف مقدار القوة المؤثرة على الجسم والمسافة التي تحركها، يصبح الباقي سهلاً. ما عليك سوى ضرب هاتين القيمتين ببعضهما البعض للحصول على قيمة العمل.

   • حان الوقت لحل مشكلة المثال لدينا. إذا كانت قيمة القوة 0.35 نيوتن، وقيمة الإزاحة 2 متر، فإن إجابتنا هي سؤال الضرب البسيط: 0.35 × 2 = 0.7 جول.
   • ربما لاحظت أنه في الصيغة الواردة في المقدمة، هناك جزء إضافي للصيغة: جيب التمام (θ). كما نوقش أعلاه، في هذا المثال يتم تطبيق القوة واتجاه الحركة في نفس الاتجاه. وهذا يعني أن الزاوية بينهما 0 س. بما أن cosine(0) = 1، فلا يتعين علينا تضمينه - فنحن فقط نضربه في 1.

5. عبر عن إجابتك بالجول.في الفيزياء، تُعطى قيم الشغل (والعديد من الكميات الأخرى) دائمًا تقريبًا بوحدة تسمى الجول. يتم تعريف الجول الواحد على أنه 1 نيوتن من القوة المطبقة على كل متر، أو بمعنى آخر 1 نيوتن × متر. هذا منطقي - بما أنك تضرب المسافة بالقوة، فمن المنطقي أن يكون للإجابة التي تحصل عليها وحدة قياس تساوي وحدة مقدار قوتك مضروبة في المسافة.

   الجزء 2

   حساب الشغل باستخدام القوة الزاوية

   1. أوجد القوة والإزاحة كالمعتاد.لقد تعاملنا أعلاه مع مشكلة يتحرك فيها الجسم في نفس اتجاه القوة المؤثرة عليه. في الواقع، هذا ليس هو الحال دائما. في الحالات التي تكون فيها قوة الجسم وحركته في اتجاهين مختلفين، يجب أيضًا أخذ الفرق بين الاتجاهين في الاعتبار في المعادلة للحصول على نتيجة دقيقة. أولًا، أوجد مقدار قوة الجسم وإزاحته كما تفعل عادةً.

      • دعونا نلقي نظرة على مشكلة مثال آخر. في هذه الحالة، لنفترض أننا نسحب قطار اللعبة إلى الأمام كما في المثال أعلاه، ولكن هذه المرة نسحب إلى الأعلى بزاوية قطرية. سنأخذ هذا في الاعتبار في الخطوة التالية، لكن في الوقت الحالي سنلتزم بالأساسيات: حركة القطار ومقدار القوة المؤثرة عليه. لأغراضنا، لنفترض أن القوة لها المقدار 10 نيوتنوأنه قاد نفسه 2 مترإلى الأمام كما كان من قبل.

   2. أوجد الزاوية المحصورة بين متجه القوة والإزاحة.على عكس الأمثلة المذكورة أعلاه، حيث القوة في اتجاه مختلف عن حركة الجسم، فأنت بحاجة إلى إيجاد الفرق بين الاتجاهين من حيث الزاوية بينهما. إذا لم يتم توفير هذه المعلومات لك، فقد تحتاج إلى قياس الزاوية بنفسك أو استنتاجها من معلومات أخرى في المشكلة.

      • بالنسبة لمشكلة مثالنا، افترض أن القوة المطبقة تبلغ حوالي 60 درجة فوق المستوى الأفقي. إذا كان القطار لا يزال يتحرك للأمام بشكل مستقيم (أي أفقيًا)، فإن الزاوية بين متجه القوة وحركة القطار ستكون 60 س.

   3. اضرب القوة × المسافة × جيب التمام (θ).بمجرد معرفة إزاحة الجسم، ومقدار القوة المؤثرة عليه، والزاوية بين متجه القوة وحركته، يصبح الحل سهلاً تقريبًا بدون أخذ الزاوية في الاعتبار. ما عليك سوى أخذ جيب تمام الزاوية (قد تحتاج إلى آلة حاسبة علمية لهذا الغرض) وضربه في القوة والإزاحة للعثور على إجابة مشكلتك بالجول.

      • دعونا نحل مثالا لمشكلتنا. باستخدام الآلة الحاسبة نجد أن جيب تمام 60 o يساوي 1/2. بتضمين ذلك في الصيغة، يمكننا حل المشكلة على النحو التالي: 10 نيوتن × 2 متر × 1/2 = 10 جول.

   الجزء 3

   استخدام قيمة العمل

   1. قم بتعديل الصيغة للعثور على المسافة أو القوة أو الزاوية.صيغة العمل المذكورة أعلاه ليست كذلك فقطمفيد للعثور على عمل - كما أنه مفيد للعثور على أي متغيرات في المعادلة عندما تعرف بالفعل قيمة العمل. في هذه الحالات، ما عليك سوى عزل المتغير الذي تبحث عنه وحل المعادلة وفقًا للقواعد الأساسية للجبر.

      • على سبيل المثال، لنفترض أننا نعلم أنه يتم سحب القطار بقوة مقدارها 20 نيوتن بزاوية قطرية على مسافة 5 أمتار من المسار لبذل شغل قدره 86.6 جول. لكننا لا نعرف زاوية متجه القوة. للعثور على الزاوية، نعزل هذا المتغير ببساطة ونحل المعادلة كما يلي: 86.6 = 20 × 5 × Cosine(θ) 86.6/100 = Cosine(θ) Arccos(0.866) = θ = 30 س

   2. اقسم على الوقت الذي تقضيه في التحرك للعثور على القوة.في الفيزياء، يرتبط العمل ارتباطًا وثيقًا بنوع آخر من القياس يسمى الطاقة. القوة هي ببساطة وسيلة لتحديد مقدار السرعة التي يتم بها تنفيذ العمل على نظام معين على مدى فترة طويلة من الزمن. لذا، للعثور على القوة، كل ما عليك فعله هو تقسيم الشغل المستخدم لتحريك الكائن على الوقت الذي يستغرقه إكمال الحركة. يتم التعبير عن قياسات الطاقة بوحدات W (والتي تساوي جول/ثانية).

      • على سبيل المثال، بالنسبة للمشكلة المذكورة في الخطوة أعلاه، لنفترض أن الأمر استغرق 12 ثانية لتحريك القطار مسافة 5 أمتار. في هذه الحالة، كل ما عليك فعله هو تقسيم الشغل المبذول لتحريكه 5 أمتار (86.6 جول) على 12 ثانية للعثور على الإجابة لحساب القدرة: 86.6/12 = " 7.22 واط.

   3. استخدم الصيغة TME i + W nc = TME f للعثور على الطاقة الميكانيكية في النظام.يمكن أيضًا استخدام العمل للعثور على كمية الطاقة الموجودة في النظام. في الصيغة أعلاه TME i = أوليإجمالي الطاقة الميكانيكية في نظام TME f = أخيرإجمالي الطاقة الميكانيكية في النظام و W nc = الشغل المبذول في أنظمة الاتصالات بسبب القوى غير المحافظة. . وفي هذه الصيغة إذا أثرت قوة في اتجاه الحركة فهي إيجابية، وإذا ضغطت عليها فهي سلبية. لاحظ أنه يمكن العثور على متغيري الطاقة باستخدام الصيغة (½)mv 2، حيث m = الكتلة وV = الحجم.

      • على سبيل المثال، في المشكلة المذكورة أعلاه، افترض أن القطار كان لديه في البداية طاقة ميكانيكية إجمالية قدرها 100 جول. وبما أن القوة في المشكلة تسحب القطار في الاتجاه الذي كان يسير فيه بالفعل، فهي إيجابية. في هذه الحالة، الطاقة النهائية للقطار هي TME i + W nc = 100 + 86.6 = 186.6 ج.
      • لاحظ أن القوى غير المحافظة هي القوى التي تعتمد قدرتها على التأثير على تسارع الجسم على المسار الذي يقطعه الجسم. الاحتكاك هو مثال جيد- الجسم الذي يتم دفعه على طول مسار قصير ومستقيم سيشعر بآثار الاحتكاك لفترة قصيرة، في حين أن الجسم الذي يتم دفعه على طول مسار طويل متعرج إلى نفس الموقع النهائي سيشعر بمزيد من الاحتكاك بشكل عام.
   • إذا تمكنت من حل المشكلة، فابتسم وكن سعيدًا لنفسك!
   • التدرب على الحل قدر الإمكان أكثرالمهام، وهذا يضمن الفهم الكامل.
   • استمر في التدريب وحاول مرة أخرى إذا لم تنجح في المرة الأولى.
   • يستكشف النقاط التاليةالمتعلقة بالعمل:
     • يمكن أن يكون الشغل الذي تبذله القوة موجبًا أو سالبًا. (وبهذا المعنى، فإن مصطلحات "إيجابي أو سلبي" لها معناها الرياضي، ولكن معناها العادي).
     • يكون الشغل سالبًا عندما تؤثر القوة في الاتجاه المعاكس للإزاحة.
     • يكون الشغل المنجز موجبًا عندما تكون القوة في اتجاه الإزاحة.