Jismlar va ularning tizimlarining kosmosdagi harakatlarini ko'rib chiqishda ko'pincha ma'lum kuchlarning ishini hisoblash kerak bo'ladi. Ushbu maqolada biz fizikadagi mexanik ishning ta'rifini beramiz, uning energiya bilan qanday bog'liqligini tushuntiramiz, shuningdek, ushbu mavzu bo'yicha masalalarni echishga misollar keltiramiz.
Energiya va ish oʻrtasidagi farq nima?
Fizika bo'yicha ish o'rganayotganda (umumiy o'rta maktablarning 9-sinfi) ko'p o'quvchilar bu qiymatni energiya bilan aralashtirib yuborishadi. Buni tushunishingiz mumkin: axir, ikkala xususiyat ham joulda aniqlanadi. Biroq, energiya asosiy xususiyatdir. U paydo bo'lishi yoki yo'qolishi mumkin emas, faqat turli holat va shakllarga o'tishi mumkin. Yakkalangan sistemada uning saqlanish qonunining mohiyati shundan iborat. Ish - bu jismlarning fazoviy harakatiga olib keladigan energiyani amalga oshirish shakllaridan biri.
Shunday qilib, gaz qizdirilganda uning ichki energiyasi ortadi, ya'ni tizim uning hisobiga qandaydir mexanik ishlarni bajarish imkoniyatini oladi. Ikkinchisi gazning kengayishi, ko'payishi boshlanganda sodir bo'ladiovozingiz.
Fizikadagi ishning qat'iy ta'rifi
Fizikadagi qat'iy ta'rif aniq matematik asoslashni nazarda tutadi. Ko'rib chiqilayotgan miqdorga kelsak, biz quyidagilarni aytishimiz mumkin: agar tanaga ma'lum bir F¯ kuch ta'sir etsa, buning natijasida u S¯ vektori bo'ylab harakatlana boshlasa, u holda A ish bunday miqdor deb ataladi:
A=(F¯S¯)
A skalyar qiymat boʻlgani uchun tenglikning oʻng tomonidagi qavslar ikkala vektor ham skalar tarzda koʻpaytirilishini bildiradi.
Yozma ifodadan muhim fakt kelib chiqadi: agar kuch siljishga perpendikulyar ta'sir etsa, u ishlamaydi. Shunday qilib, ko'plab maktab o'quvchilari, masalan, 10-sinfda fizika bo'yicha testlarni echishda tez-tez xatoga yo'l qo'yishadi. Ular tortishish kuchi tufayli og'ir yukni gorizontal ravishda aniq ko'chirish qiyin deb hisoblashadi. Ish formulasidan ko'rinib turibdiki, gorizontal harakat paytida tortishish kuchi nol ish qiladi, chunki u vertikal pastga yo'n altirilgan. Darhaqiqat, og'ir yukni ko'chirishning qiyinligi tortishish kuchiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lgan ishqalanish kuchining ta'siridan kelib chiqadi.
A uchun ifoda aniq quyidagicha yozilishi mumkin:
A=Fcos(ph)S
Fcos(ph) ko'paytma kuch vektorining siljish vektoriga proyeksiyasidir.
Ish va samaradorlik
Barcha energiyani sarflaydigan mexanizm yaratishni hamma biladifoydali ishga aylantirilsa, amalda imkonsiz bo'lib chiqadi. Shu munosabat bilan samaradorlik omili (COP) tushunchasi kiritildi. Agar siz quyidagi iborani ishlatsangiz, uni hisoblash oson:
SAMARALIK=Ap/Az100%
Bu yerda Ap, Az - mos ravishda foydali va sarflangan ish. Shu bilan birga, Az har doim Ap dan katta, shuning uchun samaradorlik har doim 100% dan kam. Masalan, ichki yonish dvigatelining samaradorligi 25-40% oralig'ida. Bu raqamlar yonish paytida yoqilg'ining katta qismi avtomobilni harakatlantirish uchun emas, balki atrof-muhitni isitish uchun sarflanishini ko'rsatadi.
Ko'pchilik hollarda samaradorlikni=100% olishning mumkin emasligi ishqalanish kuchlarining doimiy mavjudligi bilan bog'liq. Tutqich kabi oddiy mexanizmda ham, qo'llab-quvvatlash sohasida harakat qiluvchi bu kuchlar samaradorlikning 80-90% gacha pasayishiga olib keladi.
Maqolaning keyingi qismida muhokama qilingan mavzu bo'yicha bir nechta muammolarni hal qilamiz.
Qiya tekislikda jism bilan muammo
Masasi 4 kg boʻlgan jism qiya tekislik boʻylab vertikal yuqoriga koʻtariladi. Uning ufqqa nisbatan moyillik burchagi 20o. 80 N ga teng bo'lgan (gorizontal yo'n altirilgan), shuningdek, 10 N bo'lgan ishqalanish kuchiga teng bo'lgan jismga tashqi kuch ta'sir qiladi. Har bir kuchning ishini va agar umumiy ishni hisoblash kerak bo'lsa. tana 10 metrlik tekislik bo'ylab harakatlandi.
Muammoni hal qilishni boshlashdan oldin, eslaylikki, ko'rsatilgan kuchlardan tashqari, tanaga tortishish va qo'llab-quvvatlash reaktsiyalari ham ta'sir qiladi. Ikkinchisini e'tiborsiz qoldirish mumkinchunki uning ishi nolga teng bo'ladi. Tananing qiyalik boʻylab harakatlanishida tortishish kuchi salbiy ish qiladi.
Avval F0 tashqi kuchning ishini hisoblaymiz. Bu shunday bo'ladi:
A0=F0Scos(20o)=751, 75 J.
E'tibor bering, hisoblangan ish ijobiy bo'ladi, chunki tashqi kuch vektori harakat yo'nalishi bilan o'tkir burchakka ega.
Tortishish kuchi Fgva ishqalanish Ff ishi manfiy bo’ladi. Keling, ularni tekislikning moyillik burchagi va tananing harakat yo'nalishini hisobga olgan holda hisoblaymiz:
A1=-FgSsin(20o)=-m gSsin(20o)=-134, 21 J;
A2=-FfS=-1010=-100 J.
Barcha kuchlarning umumiy ishi hisoblangan qiymatlar yig'indisiga teng bo'ladi, ya'ni:
A=A0+ A1+ A2=751, 75 - 134, 21 - 100=517,54 J.
Bu ish tananing kinetik energiyasini oshirishga sarflanadi.
Murakkab kuchga bogʻliqlik muammosi
Ma’lumki, moddiy nuqta to’g’ri chiziq bo’ylab harakatlanib, o’zining koordinatalarini x=2 dan x=5 m ga o’zgartiradi. Harakat jarayonida unga F kuch ta’sir qiladi, u quyidagiga ko’ra o’zgaradi. qonun:
F=3x2+ 2x - 5 N.
F nuqtaning harakat chizig'i bo'ylab harakat qiladi deb faraz qilsak, u bajaradigan ishni hisoblash kerak.
Kuch doimiy ravishda oʻzgarib turgani uchun maqolada yozilgan A formulasidan toʻgʻridan-toʻgʻri foydalanish mumkin boʻlmaydi. Ushbu qiymatni hisoblash uchunKeling, quyidagicha davom etamiz: dx yo'lning har bir elementar segmentida dA ishini hisoblang va keyin barcha natijalarni qo'shing. Shu tarzda bahslashib, biz fizikada ishlash uchun integral formulaga kelamiz:
A=∫x(Fdx).
Endi bizning holatimiz uchun bu integralni hisoblash qoladi:
A=∫52((3x2+ 2x - 5)dx)=(x3+ x2- 5x)|5 2=123 J.
Natijani joulda oldik, chunki x koordinatasi metrlarda, F kuchi esa nyutonlarda ifodalangan.
