Мы объясним, что такое механическая работа в физике, ее характеристики и формулу для ее расчета. Кроме того, какие типы существуют и примеры
Механическая работа – это количество энергии, передаваемое телу под действием силы
Что такое механическая работа?
физике , а точнее в ветви механики , механическая работа (или просто работа ) означает действие силы на тело в покое или в движении , чтобы произвести перемещение тела, пропорциональное энергии , вложенной в силу, которая его перемещает. Другими словами, механическая работа – это количество энергии, переданное телу действующей на него силой
Механическая работа – это скалярная величина , обычно измеряемая в Международной системе (СИ) в джоулях или джоулях (J) и обозначаемая буквой W (Work). Кроме того, мы обычно говорим о положительной или отрицательной работе в зависимости от того, передает ли сила энергию объекту (положительная работа) или вычитает энергию из него (отрицательная работа). Так, например, бросающий мяч совершает положительную работу, а ловящий мяч – отрицательную
Характеристики механической работы
Механическая работа характеризуется:
- Это скалярная величина, которая измеряется в джоулях (т.е. килограммах на квадратный метр в квадратную секунду) и обозначается буквой W.
- Она напрямую зависит от силы, которая ее вызывает , поэтому для того, чтобы над телом была совершена механическая работа, к нему должна быть приложена механическая сила по определенному пути.
- В обыденной речи термин ‘работа’ используется для определения того механического действия, на выполнение которого затрачивается определенное количество энергии.
- Передача тепла тепловая энергия ) не считается формой работы, хотя это и передача энергии.
Формула для механической работы
Простейшая формула для вычисления работы тела, перемещаемого силой, обычно выглядит следующим образом:
W = F x d
где W – произведенная работа, F – сила, действующая на тело, а D – расстояние перемещения тела
Однако сила и расстояние обычно рассматриваются как векторные величины, которые требуют определенной ориентации в пространстве. Таким образом, приведенная выше формула может быть переформулирована для включения такого руководства следующим образом:
W = F x d x cos?
где косинус альфа (cos?) определяет угол, образованный направлением приложения силы и направлением, в котором в результате перемещается объект
Виды механической работы
Отрицательная работа возникает, когда приложенная сила противодействует движению, которое совершал объект.
Механическая работа может быть трех видов, в зависимости от того, прибавляет, отнимает или сохраняет уровень энергии в движущемся теле. Таким образом, мы можем говорить о:
- положительная работа (W > 0) . Это происходит, когда сила придает энергию рассматриваемому объекту, производя смещение в том же направлении, в котором была приложена сила. Примером может служить гольфист, ударяющий клюшкой по мячу и отправляющий его в полет на несколько метров, или бейсболист, ударяющий по движущемуся мячу, изменяя его траекторию.
- Нулевая работа (W = 0). Возникает, когда приложенная сила не приводит к смещению объекта, хотя при этом расходуется энергия. Примером может служить человек, толкающий очень тяжелый предмет мебели, не заставив его сдвинуться ни на миллиметр.
- Отрицательная работа (W < 0) . Возникает, когда приложенная сила отнимает энергию у рассматриваемого объекта, либо сопротивляясь движению, которое объект уже совершал, либо уменьшая его перемещение. Примером может служить бейсболист, который ловит мяч, брошенный другим игроком, не давая ему продолжить движение по траектории; или человек, который стоит на пути предмета, падающего с холма, и хотя ему не удается остановить его полностью, ему удается замедлить скорость его падения.
Примеры механической работы
Примерами механической работы являются:
- Во время футбольного матча судья назначает штрафной удар, и Лионель Месси бьет по мячу в направлении ворот с силой 500 Н, в результате чего мяч пролетает около 15 метров, не касаясь земли. Сколько работы он проделал, забивая этот гол?
Ответ : применяя формулу W = F x d, получаем, что Месси совершил работу 500 Н x 15 м, то есть работу, эквивалентную 7500 Дж
- Поезд движется на юг на полной скорости, прямо навстречу автомобилю, застрявшему на путях. Супергерой, осознав опасность, решает встать перед локомотивом и остановить его продвижение. Учитывая, что поезд движется с силой 20 000 Н, что супергерой неуязвим и что локомотив находится в 700 метрах от застрявшего вагона, сколько работы должен совершить супергерой, чтобы остановить поезд?
Ответить : Учитывая, что для торможения локомотива требуется не менее 20 000 Н в обратном направлении, и что супергерой хотел бы оставить запас между локомотивом и застрявшим вагоном не менее 2 метров, мы знаем, что он должен приложить работу, равную 20 000 Н х 698 м, то есть отрицательную работу в 13 960 000 Дж
Следите: Сила в физике
Добавить комментарий