Сансар огторгуйд биеийн нийт энергийг өөрчлөхөд хүргэдэг аливаа хөдөлгөөн нь ажилтай холбоотой байдаг. Энэ нийтлэлд бид энэ хэмжигдэхүүн гэж юу болох, ямар механик ажлыг хэмждэг, хэрхэн тэмдэглэдэг талаар авч үзэх бөгөөд энэ сэдвээр сонирхолтой асуудлыг шийдэх болно.
Физик хэмжигдэхүүнээр ажиллах
Механик ажил юугаар хэмжигддэг вэ гэсэн асуултад хариулахаасаа өмнө энэ утгатай танилцацгаая. Тодорхойлолтын дагуу ажил гэдэг нь хүчнээс үүссэн биеийн шилжилтийн вектор ба хүчний скаляр үржвэр юм. Математикийн хувьд бид дараах тэгшитгэлийг бичиж болно:
A=(F¯S¯).
Дугуй хаалт нь цэгэн бүтээгдэхүүнийг заана. Түүний шинж чанарыг харгалзан энэ томьёог дараах байдлаар дахин бичих болно:
A=FScos(α).
Энд α нь хүч ба шилжилтийн векторуудын хоорондох өнцөг юм.
Бичсэн илэрхийллээс харахад ажил нь метр тутамд Ньютоноор (Nm) хэмжигддэг. Мэдэгдэж байгаагаар,энэ хэмжигдэхүүнийг жоуль (J) гэж нэрлэдэг. Өөрөөр хэлбэл, физикийн хувьд механик ажлыг ажлын нэгж Joule-ээр хэмждэг. Биеийн хөдөлгөөнтэй зэрэгцэн үйлчлэх нэг Ньютоны хүч нь орон зай дахь байрлалаа нэг метрээр өөрчлөхөд хүргэдэг ийм ажилд нэг Жоуль тохирно.
Физикийн механик ажлын тэмдэглэгээний хувьд А үсгийг ихэвчлэн ашигладаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй (Германы ardeit - хөдөлмөр, ажил). Англи хэл дээрх уран зохиолд та энэ утгын тэмдэглэгээг латин W үсгээр олох боломжтой. Орос хэл дээрх уран зохиолд энэ үсгийг эрх мэдэлд зориулав.
Ажил ба эрч хүч
Механик ажлыг хэрхэн хэмждэг вэ гэсэн асуултыг тодорхойлохдоо түүний нэгжүүд нь эрчим хүчнийхтэй давхцаж байгааг олж харлаа. Энэ давхцал санамсаргүй биш юм. Баримт нь харгалзан үзсэн физик хэмжигдэхүүн нь байгаль дахь энергийн илрэлийн нэг арга юм. Хүчний талбарт эсвэл тэдгээр нь байхгүй тохиолдолд биеийн аливаа хөдөлгөөн нь эрчим хүчний зардал шаарддаг. Сүүлийнх нь биеийн кинетик болон потенциал энергийг өөрчлөхөд ашиглагддаг. Энэ өөрчлөлтийн үйл явц нь хийж буй ажлаар тодорхойлогддог.
Энерги бол биеийн үндсэн шинж чанар юм. Энэ нь тусгаарлагдсан системд хадгалагддаг бөгөөд үүнийг механик, химийн, дулааны, цахилгаан болон бусад хэлбэрээр хувиргаж болно. Ажил бол зөвхөн эрчим хүчний үйл явцын механик илрэл юм.
Хийд ажиллах
Ажиллахын тулд дээр бичсэн илэрхийлэлсуурь юм. Гэсэн хэдий ч энэ томъёо нь физикийн янз бүрийн салбаруудын практик асуудлыг шийдвэрлэхэд тохиромжгүй байж болох тул үүнээс үүссэн бусад хэллэгийг ашигладаг. Ийм тохиолдлын нэг нь хийгээр хийсэн ажил юм. Үүнийг дараах томъёогоор тооцоолоход тохиромжтой:
A=∫V(PdV).
Энд P нь хийн даралт, V нь түүний эзэлхүүн юм. Механик ажлыг ямар хэмжүүрээр хэмждэгийг мэдэхийн тулд интеграл илэрхийллийн үнэн зөвийг батлахад хялбар байдаг:
Pam3=N/m2m3=N m=J.
Ерөнхий тохиолдолд даралт нь эзэлхүүний функц учраас интеграл нь дурын хэлбэрийг авч болно. Изобарын процессын хувьд хийн тэлэлт эсвэл агшилт нь тогтмол даралтаар явагддаг. Энэ тохиолдолд хийн ажил нь P утгын энгийн үржвэр ба түүний эзэлхүүний өөрчлөлттэй тэнцүү байна.
Биеийг тэнхлэгийн эргэн тойронд эргүүлж ажиллах
Эргэлтийн хөдөлгөөн нь байгаль, технологид өргөн тархсан. Энэ нь момент (хүч, импульс, инерци) гэсэн ойлголтоор тодорхойлогддог. Бие эсвэл системийг тодорхой тэнхлэгийн эргэн тойронд эргүүлэхэд хүргэсэн гадны хүчний ажлыг тодорхойлохын тулд эхлээд хүчний моментийг тооцоолох хэрэгтэй. Үүнийг дараах байдлаар тооцно:
M=Fd.
Энд d нь хүчний вектороос эргэлтийн тэнхлэг хүртэлх зайг мөр гэнэ. Системийг зарим тэнхлэгийн эргэн тойронд θ өнцгөөр эргүүлэхэд хүргэсэн эргэлтийн хүч M нь дараах ажлыг гүйцэтгэдэг:
A=Mθ.
Энд Мнь Nm, θ өнцөг нь радианаар илэрхийлэгдэнэ.
Механик ажилд зориулсан физикийн даалгавар
Өгүүлэлд дурдсанчлан ажил дандаа энэ юм уу, тэр хүч л хийдэг. Дараах сонирхолтой асуудлыг авч үзье.
Бие нь тэнгэрийн хаяанд 25o өнцгөөр хазайсан хавтгай дээр байна. Доошоо гулсах үед бие нь кинетик энергийг олж авсан. Энэ энерги, түүнчлэн таталцлын ажлыг тооцоолох шаардлагатай. Биеийн жин 1 кг, түүний онгоцоор явсан зам нь 2 метр юм. Гулсах үрэлтийн эсэргүүцлийг үл тоомсорлож болно.
Шилжилтийн дагуу чиглэсэн хүчний зөвхөн хэсэг л ажилладгийг дээр харуулсан. Энэ тохиолдолд таталцлын хүчний дараах хэсэг шилжилтийн дагуу үйлчилнэ гэдгийг харуулахад хялбар:
F=mgsin(α).
Энд α нь онгоцны налуу өнцөг юм. Дараа нь ажлыг дараах байдлаар тооцно:
A=mgsin(α)S=19.810.42262=8.29 Ж.
Энэ нь таталцал эерэг ажил хийдэг.
Одоо буух төгсгөлд биеийн кинетик энергийг тодорхойлъё. Үүнийг хийхийн тулд Ньютоны хоёр дахь хуулийг санаж, хурдатгалыг тооцоолно уу:
a=F/m=gsin(α).
Биеийн гулсалтыг жигд хурдасгадаг тул бид хөдөлгөөний цагийг тодорхойлохын тулд харгалзах кинематик томъёог ашиглах эрхтэй:
S=at2/2=>
t=√(2S/a)=√(2S/(gsin(α))).
Буугаарын төгсгөл дэх биеийн хурдыг дараах байдлаар тооцно:
v=at=gsin(α)√(2S/(gsin(α))))=√(2Sgsin(α)).
Хөрвүүлэлтийн хөдөлгөөний кинетик энергийг дараах илэрхийллээр тодорхойлно:
E=mv2/2=m2Sgsin(α)/2=mSgsin(α).
Бид сонирхолтой үр дүнд хүрсэн: кинетик энергийн томъёо нь урьд өмнө олж авсан таталцлын ажлын илэрхийлэлтэй яг таарч байна. Энэ нь F хүчний бүх механик ажил нь гулсах биеийн кинетик энергийг нэмэгдүүлэхэд чиглэгдэж байгааг харуулж байна. Үнэн хэрэгтээ, үрэлтийн хүчний улмаас А ажил үргэлж E энергиээс их байдаг.
