Сансар огторгуй дахь бие ба тэдгээрийн системийн хөдөлгөөнийг авч үзэхдээ тодорхой хүчний ажлыг тооцоолох шаардлагатай болдог. Энэ нийтлэлд бид физикийн механик ажлын тодорхойлолтыг өгч, энэ нь энергитэй хэрхэн холбоотой болохыг тайлбарлахаас гадна энэ сэдвээр асуудлыг шийдвэрлэх жишээг өгөх болно.
Эрчим хүч, ажил хоёрын ялгаа юу вэ?
Физикийн хичээлд (ерөнхий боловсролын сургуулийн 9-р анги) олон сурагчид энэ утгыг энергитэй андуурдаг. Та үүнийг ойлгож болно: Эцсийн эцэст, хоёулаа шинж чанарууд нь жоулаар тодорхойлогддог. Гэсэн хэдий ч эрчим хүч бол үндсэн шинж чанар юм. Энэ нь гарч ирэх эсвэл алга болж чадахгүй, гэхдээ зөвхөн өөр өөр төлөв, хэлбэрт шилжиж болно. Энэ нь тусгаарлагдсан системд хадгалагдах хуулийн мөн чанар юм. Ажил бол биеийн орон зайн хөдөлгөөнд хүргэдэг энергийн биелэх хэлбэрүүдийн нэг юм.
Тиймээс хий халах үед түүний дотоод энерги нэмэгддэг, өөрөөр хэлбэл систем нь түүний ачаар зарим механик ажил гүйцэтгэх боломжийг олж авдаг. Сүүлийнх нь хий нэмэгдэж, өргөжиж эхлэхэд тохиолдох болнотаны дууны хэмжээ.
Физикийн ажлын нарийн тодорхойлолт
Физикийн хатуу тодорхойлолт нь математикийн тодорхой үндэслэлийг илэрхийлдэг тодорхойлолт юм. Харгалзаж буй хэмжигдэхүүний тухайд бид дараахь зүйлийг хэлж болно: хэрэв биед тодорхой F¯ хүч үйлчилж, үүний үр дүнд энэ нь S¯ вектор дээр хөдөлж эхэлбэл А ажлыг ийм хэмжигдэхүүн гэж нэрлэдэг.
A=(F¯S¯)
А нь скаляр утга учир тэгш байдлын баруун талд байгаа хаалт нь вектор хоёулаа скаляраар үржүүлж байгааг харуулж байна.
Бичсэн илэрхийллээс нэг чухал баримт гарч ирдэг: хэрэв хүч нь шилжилт хөдөлгөөнд перпендикуляр үйлчилдэг бол энэ нь ажиллахгүй болно. Тиймээс, жишээлбэл, олон сургуулийн сурагчид 10-р ангийн физикийн тестийг шийдвэрлэхдээ байнга алдаа гаргадаг. Тэд хүндийн хүчний улмаас хүнд ачааг хэвтээ чиглэлд нарийн зөөхөд хэцүү гэж үздэг. Ажлын томъёоноос харахад хэвтээ хөдөлгөөний үед таталцлын хүч нь босоо доош чиглэсэн тул тэг ажил хийдэг. Үнэн хэрэгтээ хүнд ачааг хөдөлгөхөд хүндрэлтэй байгаа нь таталцлын хүчтэй шууд пропорциональ үрэлтийн хүчний үйлчлэлээс шалтгаална.
А-ийн илэрхийллийг дараах байдлаар тодорхой бичиж болно:
A=Fcos(φ)S
Fcos(φ) үржвэр нь хүчний векторын шилжилтийн вектор дээрх проекц юм.
Ажил ба үр ашиг
Бүх энергийг зарцуулдаг механизм бий болгохыг хүн бүр мэддэг.ашигтай ажил болгон хөрвүүлбэл практикт боломжгүй зүйл болж хувирдаг. Үүнтэй холбогдуулан үр ашгийн хүчин зүйл (COP) гэсэн ойлголтыг нэвтрүүлсэн. Хэрэв та дараах илэрхийллийг ашиглавал үүнийг тооцоолоход хялбар болно:
ҮР АШИГТАЙ=Ap/Az100%
Энд Ап, Аз - тус тус хэрэгтэй, зарцуулсан ажил. Үүний зэрэгцээ, Az нь Ap-ээс үргэлж их байдаг тул үр ашиг нь үргэлж 100% -иас бага байдаг. Жишээлбэл, дотоод шаталтат хөдөлгүүр нь 25-40% -ийн үр ашигтай байдаг. Эдгээр тоонууд нь шаталтын явцад түлшний ихэнх хэсгийг машиныг хөдөлгөхөд бус харин хүрээлэн буй орчныг халаахад зарцуулдаг болохыг харуулж байна.
Ихэнх тохиолдолд үр ашиг=100% -ийг олж авах боломжгүй байдаг нь үрэлтийн хүч байнга байдагтай холбоотой байдаг. Хөшүүрэг гэх мэт энгийн механизмд ч гэсэн дэмжлэгийн хэсэгт ажилладаг эдгээр хүч нь үр ашгийг 80-90% хүртэл бууруулахад хүргэдэг.
Өгүүллийн дараа бид ярилцсан сэдвээр хэд хэдэн асуудлыг шийдэх болно.
Налуу хавтгай дээрх биетэй холбоотой асуудал
4 кг жинтэй бие налуу хавтгайд босоогоор дээш хөдөлдөг. Тэнгэрийн хаяатай харьцуулахад түүний налуугийн өнцөг нь 20o байна. Гадны хүч нь 80 Н-тэй тэнцүү (хэвтээ чиглэлд чиглэсэн), түүнчлэн үрэлтийн хүч нь 10 Н-тэй тэнцүү бие дээр ажилладаг. Хэрэв хүч тус бүрийн ажил, нийт ажлыг тооцоолох шаардлагатай. бие 10 метрийн хавтгай дагуу хөдөлсөн.
Асуудлыг шийдэж эхлэхийн өмнө бие махбодид заасан хүчнээс гадна таталцлын болон дэмжлэг үзүүлэх урвалууд нөлөөлдөг гэдгийг санацгаая. Сүүлийнхийг үл тоомсорлож болноУчир нь түүний ажил тэг байх болно. Биеийг налуу өгсөхөд хүндийн хүч сөрөг ажил хийдэг.
Эхлээд F0 гадаад хүчний ажлыг тооцоолъё. Энэ нь: байх болно
A0=F0Scos(20o)=751, 75 Ж.
Гадаад хүчний вектор нь хөдөлгөөний чиглэлтэй хурц өнцөгтэй тул тооцоолсон ажил эерэг байх болно гэдгийг анхаарна уу.
Таталцлын хүчний ажил Fg ба үрэлтийн Ff сөрөг байх болно. Онгоцны налуу өнцөг болон биеийн хөдөлгөөний чиглэлийг харгалзан тэдгээрийг тооцоолъё:
A1=-FgSsin(20o)=-m gSsin(20o)=-134, 21 Ж;
A2=-FfS=-1010=-100 Ж.
Бүх хүчний нийт ажил нь тооцоолсон утгуудын нийлбэртэй тэнцүү байх болно, өөрөөр хэлбэл:
A=A0+ A1+ A2=751, 75 - 134, 21 - 100=517.54 Ж.
Энэ ажил нь биеийн кинетик энергийг нэмэгдүүлэхэд зарцуулагддаг.
Цогц хүчний хамаарлын асуудал
Материалын цэг шулуун шугамын дагуу хөдөлж, координатаа x=2-оос x=5 м болгон өөрчилдөг нь мэдэгдэж байна. Хөдөлгөөний явцад түүн дээр F хүч үйлчлэх бөгөөд энэ нь дараах байдлаар өөрчлөгддөг. хууль:
F=3x2+ 2x - 5 N.
F нь цэгийн хөдөлгөөний шугамын дагуу үйлчилдэг гэж үзвэл түүний хийх ажлыг тооцоолох шаардлагатай.
Хүч нь байнга өөрчлөгдөж байдаг тул өгүүлэлд бичсэн А-ийн томьёог шууд ашиглах боломжгүй. Энэ утгыг тооцоолохын тулдДараах байдлаар үргэлжлүүлье: dx замын энгийн сегмент бүр дээр dA ажлыг тооцоолж, дараа нь бүх үр дүнг нэмнэ. Ингэж маргаж, бид физикт ажиллах салшгүй томьёонд хүрлээ:
A=∫x(Fdx).
Одоо манай тохиолдолд энэ интегралыг тооцоолоход л үлдлээ:
A=∫52((3x2+ 2x - 5)dx)=(x3+ x2- 5x)|5 2=123 Ж.
Х-координатыг метрээр, F хүчийг Ньютоноор илэрхийлдэг тул бид үр дүнг жоульоор авсан.
