งานเครื่องกล. งานเครื่องกลและกำลังของแรง งานทางไกล

เพื่อให้สามารถระบุลักษณะเฉพาะด้านพลังงานของการเคลื่อนที่ได้ จึงได้นำแนวคิดของงานเครื่องกลมาใช้ และสำหรับเธอในการแสดงออกต่าง ๆ ของเธอที่บทความนี้อุทิศ การทำความเข้าใจหัวข้อนั้นทั้งง่ายและค่อนข้างซับซ้อน ผู้เขียนพยายามอย่างจริงใจเพื่อให้เข้าใจและเข้าใจได้มากขึ้นและใคร ๆ ก็หวังได้ว่าบรรลุเป้าหมายแล้ว

งานเครื่องกลคืออะไร?

มันเรียกว่าอะไร? หากมีแรงบางอย่างเกิดขึ้นกับร่างกาย และเป็นผลจากการกระทำของแรงนี้ ร่างกายจึงเคลื่อนที่ สิ่งนั้นเรียกว่างานทางกล เมื่อเข้าหาจากมุมมองของปรัชญาวิทยาศาสตร์สามารถแยกแยะประเด็นเพิ่มเติมได้หลายประการที่นี่ แต่บทความนี้จะครอบคลุมหัวข้อจากมุมมองของฟิสิกส์ งานเครื่องกลไม่ใช่เรื่องยากถ้าคุณคิดอย่างรอบคอบเกี่ยวกับคำที่เขียนไว้ที่นี่ แต่มักจะไม่เขียนคำว่า "เครื่องกล" และทุกอย่างก็ลดเหลือคำว่า "งาน" แต่ไม่ใช่ทุกงานที่เป็นกลไก ที่นี่ผู้ชายคนหนึ่งนั่งและคิด มันได้ผลเหรอ? ในใจใช่! แต่มันเป็นงานเครื่องกลเหรอ? เลขที่ เกิดอะไรขึ้นถ้าบุคคลนั้นกำลังเดิน? หากร่างกายเคลื่อนไหวภายใต้อิทธิพลของแรงแสดงว่าเป็นงานทางกล ทุกอย่างเป็นเรื่องง่าย กล่าวอีกนัยหนึ่ง แรงที่กระทำต่อร่างกายจะทำงาน (ทางกล) และอีกอย่างหนึ่ง: เป็นงานที่สามารถกำหนดลักษณะผลลัพธ์ของการกระทำของแรงบางอย่างได้ ดังนั้นหากบุคคลหนึ่งเดินแรงบางอย่าง (แรงเสียดทานแรงโน้มถ่วง ฯลฯ ) จะทำงานทางกลกับบุคคลและจากการกระทำของพวกเขาบุคคลนั้นจะเปลี่ยนตำแหน่งของเขาหรืออีกนัยหนึ่งก็คือเขาเคลื่อนที่

งานเป็นปริมาณทางกายภาพเท่ากับแรงที่กระทำต่อร่างกาย คูณด้วยเส้นทางที่ร่างกายสร้างขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงนี้และในทิศทางที่ระบุ เราสามารถพูดได้ว่างานกลไกเสร็จสิ้นได้หากตรงตามเงื่อนไข 2 ประการพร้อมกัน นั่นคือ แรงที่กระทำต่อร่างกาย และแรงที่กระทำต่อร่างกาย และแรงที่กระทำต่อร่างกาย แต่มันไม่ได้ทำหรือไม่ทำถ้าแรงกระทำ และร่างกายไม่ได้เปลี่ยนตำแหน่งในระบบพิกัด ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ ที่ไม่ได้ทำงานด้านกลไก:

1. ดังนั้นบุคคลจึงสามารถล้มลงบนก้อนหินขนาดใหญ่เพื่อเคลื่อนย้ายได้ แต่มีกำลังไม่เพียงพอ แรงกระทำต่อหิน แต่หินไม่เคลื่อนที่ และไม่มีงานเกิดขึ้น
2. ร่างกายเคลื่อนที่ในระบบพิกัด และแรงมีค่าเท่ากับศูนย์หรือทั้งหมดได้รับการชดเชย สิ่งนี้สามารถสังเกตได้ระหว่างการเคลื่อนที่เฉื่อย
3. เมื่อทิศทางที่ร่างกายเคลื่อนที่ตั้งฉากกับแรง เมื่อรถไฟเคลื่อนที่ไปตามเส้นแนวนอน แรงโน้มถ่วงจะไม่ทำงาน

งานทางกลอาจเป็นค่าลบและบวกได้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขบางประการ ดังนั้นหากทิศทางและแรงและการเคลื่อนไหวของร่างกายเหมือนกัน งานด้านบวกก็จะเกิดขึ้น ตัวอย่างของการทำงานเชิงบวกคือผลกระทบของแรงโน้มถ่วงต่อหยดน้ำที่ตกลงมา แต่ถ้าแรงและทิศทางการเคลื่อนที่ตรงกันข้าม งานทางกลเชิงลบก็จะเกิดขึ้น ตัวอย่างของตัวเลือกดังกล่าวคือ บอลลูนที่กำลังลอยขึ้นและแรงโน้มถ่วง ซึ่งให้ผลเชิงลบ เมื่อวัตถุตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงหลายๆ แรง งานดังกล่าวเรียกว่า "งานแรงลัพธ์"

คุณสมบัติการใช้งานจริง (พลังงานจลน์)

เราผ่านจากทฤษฎีไปสู่ภาคปฏิบัติ แยกกันเราควรพูดถึงงานเครื่องกลและการใช้ในฟิสิกส์ อย่างที่หลายๆ คนคงจำได้ พลังงานทั้งหมดของร่างกายแบ่งออกเป็นจลน์และศักย์ไฟฟ้า เมื่อวัตถุอยู่ในสภาวะสมดุลและไม่เคลื่อนที่ไปไหนเลย พลังงานศักย์ของมันจะเท่ากับพลังงานทั้งหมด และพลังงานจลน์ของมันจะเป็นศูนย์ เมื่อการเคลื่อนไหวเริ่มต้นขึ้น พลังงานศักย์เริ่มลดลง พลังงานจลน์จะเพิ่มขึ้น แต่โดยรวมแล้วพลังงานทั้งหมดจะเท่ากับพลังงานทั้งหมดของวัตถุ สำหรับจุดวัตถุ พลังงานจลน์ถูกกำหนดให้เป็นงานของแรงที่เร่งจุดจากศูนย์ไปเป็นค่า H และในรูปแบบสูตร จลนศาสตร์ของร่างกายคือ 1/2 * M * H โดยที่ M คือมวล ในการหาพลังงานจลน์ของวัตถุที่ประกอบด้วยอนุภาคจำนวนมาก คุณต้องหาผลรวมของพลังงานจลน์ทั้งหมดของอนุภาค และนี่จะเป็นพลังงานจลน์ของร่างกาย

คุณสมบัติของการประยุกต์ใช้งานจริง (พลังงานศักย์)

ในกรณีที่แรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกายเป็นแบบอนุรักษ์นิยม และพลังงานศักย์เท่ากับพลังงานทั้งหมด ก็ไม่มีงานใดเกิดขึ้น สมมุติฐานนี้เรียกว่ากฎการอนุรักษ์พลังงานกล พลังงานกลในระบบปิดจะคงที่ในช่วงเวลาหนึ่ง กฎหมายอนุรักษ์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการแก้ปัญหาจากกลศาสตร์คลาสสิก

คุณสมบัติของการประยุกต์ใช้งานจริง (อุณหพลศาสตร์)

ในอุณหพลศาสตร์ งานที่ทำโดยแก๊สระหว่างการขยายตัวจะคำนวณโดยอินทิกรัลของความดันคูณด้วยปริมาตร วิธีการนี้ใช้ไม่เพียงแต่ในกรณีที่มีฟังก์ชันปริมาตรที่แน่นอน แต่ยังรวมถึงกระบวนการทั้งหมดที่สามารถแสดงในระนาบความดัน/ปริมาตรด้วย ความรู้เกี่ยวกับงานเครื่องกลไม่เพียงแต่นำไปใช้กับก๊าซเท่านั้น แต่ยังนำไปใช้กับทุกสิ่งที่สามารถออกแรงกดดันได้

คุณสมบัติของการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติในทางปฏิบัติ (กลศาสตร์เชิงทฤษฎี)

ในกลศาสตร์เชิงทฤษฎี คุณสมบัติและสูตรทั้งหมดที่อธิบายไว้ข้างต้นได้รับการพิจารณาอย่างละเอียดยิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งเหล่านี้คือเส้นโครง เธอยังให้คำจำกัดความของตัวเองสำหรับสูตรต่างๆ ของงานเครื่องกล (ตัวอย่างของคำจำกัดความสำหรับอินทิกรัลของ Rimmer): ขีดจำกัดที่ผลรวมของแรงทั้งหมดของงานเบื้องต้นมีแนวโน้มที่จะเมื่อความละเอียดของพาร์ติชันมีแนวโน้มเป็นศูนย์เรียกว่า การทำงานของแรงตามแนวโค้ง คงจะยากใช่ไหม? แต่ไม่มีอะไรเลย ทุกอย่างมีกลศาสตร์เชิงทฤษฎี ใช่แล้ว งานเครื่องกล ฟิสิกส์ และปัญหาอื่นๆ จบลงแล้ว นอกจากนี้จะเป็นเพียงตัวอย่างและข้อสรุปเท่านั้น

หน่วยงานด้านเครื่องกล

SI ใช้จูลในการวัดงาน ในขณะที่ GHS ใช้ ergs:

1. 1 J = 1 กิโลกรัม ตร.ม./วินาที = 1 นิวตันเมตร
2. 1 เอิร์ก = 1 กรัม cm²/s² = 1 ดายน์ ซม
3. 1 เอิร์ก = 10 −7 เจ

ตัวอย่างงานเครื่องกล

เพื่อที่จะเข้าใจแนวคิดเช่นงานเครื่องจักรกลในที่สุดคุณควรศึกษาตัวอย่างแยกกันสองสามตัวอย่างที่จะช่วยให้คุณสามารถพิจารณาได้จากหลาย ๆ ด้าน แต่ไม่ใช่ทั้งหมด:

1. เมื่อมีคนยกหินด้วยมือ งานกลจะเกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของความแข็งแรงของกล้ามเนื้อของมือ
2. เมื่อรถไฟแล่นไปตามราง รถไฟจะถูกดึงโดยแรงดึงของรถแทรกเตอร์ (หัวรถจักรไฟฟ้า หัวรถจักรดีเซล ฯลฯ)
3. หากคุณหยิบปืนและยิงมันด้วยแรงกดดันที่ก๊าซผงจะเกิดขึ้นงานก็จะเสร็จสิ้น: กระสุนถูกเคลื่อนที่ไปตามลำกล้องปืนในเวลาเดียวกันกับที่ความเร็วของกระสุนเพิ่มขึ้น
4. นอกจากนี้ยังมีงานทางกลเมื่อแรงเสียดทานกระทำต่อร่างกายบังคับให้ลดความเร็วในการเคลื่อนที่
5. ตัวอย่างข้างต้นเกี่ยวกับลูกบอล เมื่อพวกมันลอยขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามสัมพันธ์กับทิศทางของแรงโน้มถ่วง ก็เป็นตัวอย่างหนึ่งของงานทางกลด้วย แต่นอกเหนือจากแรงโน้มถ่วงแล้ว แรงอาร์คิมิดีสยังทำหน้าที่เมื่อทุกสิ่งที่เบากว่าอากาศลอยขึ้นด้วย

อำนาจคืออะไร?

สุดท้ายนี้ผมอยากจะพูดถึงหัวข้อเรื่องอำนาจ งานที่กระทำด้วยกำลังในหนึ่งหน่วยเวลาเรียกว่ากำลัง ในความเป็นจริง กำลังคือปริมาณทางกายภาพที่สะท้อนอัตราส่วนของงานต่อระยะเวลาหนึ่งในระหว่างที่งานนี้เสร็จ: M = P / B โดยที่ M คือกำลัง P คืองาน B คือเวลา หน่วย SI ของกำลังคือ 1 วัตต์ วัตต์เท่ากับกำลังงานหนึ่งจูลในหนึ่งวินาที: 1 W = 1J \ 1s

คำนิยาม

งานเครื่องกลคือผลคูณของแรงที่กระทำต่อวัตถุคูณกับการกระจัดที่เกิดจากแรงนั้น

- งาน (แสดงเป็น) - แรง - การกระจัด

หน่วยวัดการทำงาน - เจ (จูล).

สูตรนี้ใช้ได้กับวัตถุที่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและมีค่าคงที่ของแรงที่กระทำต่อวัตถุนั้น หากมีมุมระหว่างเวกเตอร์แรงกับเส้นตรงที่อธิบายวิถีการเคลื่อนที่ของร่างกาย สูตรจะอยู่ในรูปแบบ:

นอกจากนี้แนวคิดของงานสามารถกำหนดได้ว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงพลังงานของร่างกาย:

การประยุกต์ใช้แนวคิดนี้มักพบในปัญหา

ตัวอย่างการแก้ปัญหาในหัวข้อ “งานเครื่องกล”

ตัวอย่างที่ 1

ตัวอย่างที่ 2

ทุกร่างกายที่เคลื่อนไหวสามารถเรียกได้ว่าเป็นงาน กล่าวอีกนัยหนึ่ง มันเป็นลักษณะของการกระทำของกองกำลัง

งานถูกกำหนดเป็น:
ผลคูณของโมดูลัสแรงและเส้นทางที่ร่างกายเคลื่อนที่ คูณด้วยโคไซน์ของมุมระหว่างทิศทางของแรงและการเคลื่อนที่

งานมีหน่วยเป็นจูลส์:
1 [เจ] = = [กก.* ม2/วินาที2]

ตัวอย่างเช่น ตัว A ซึ่งผ่านไปแล้ว 10 ม. ภายใต้อิทธิพลของแรง 5 N พิจารณางานที่ร่างกายทำ

เนื่องจากทิศทางการเคลื่อนที่และการกระทำของแรงเท่ากัน มุมระหว่างเวกเตอร์แรงและเวกเตอร์การกระจัดจะเป็น 0° สูตรนี้ทำให้ง่ายขึ้นเพราะโคไซน์ของมุมที่ 0° คือ 1

แทนที่พารามิเตอร์เริ่มต้นลงในสูตรเราจะพบว่า:
ก= 15 เจ

ลองพิจารณาอีกตัวอย่างหนึ่ง วัตถุที่มีมวล 2 กก. เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง 6 m / s2 ผ่าน 10 ม. พิจารณางานที่ร่างกายทำถ้ามันเคลื่อนขึ้นด้านบนตามระนาบเอียงที่มุม 60 °

ขั้นแรกเราคำนวณว่าต้องใช้แรงเท่าใดเพื่อแจ้งให้ร่างกายทราบถึงความเร่ง 6 m / s2

F = 2 กก. * 6 ม./วินาที2 = 12 ชม.
ภายใต้การกระทำของแรง 12H ร่างกายเดินทางได้ 10 ม. งานสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรที่ทราบอยู่แล้ว:

โดยที่ a เท่ากับ 30 ° แทนที่ข้อมูลเริ่มต้นลงในสูตรเราจะได้:
ก= 103.2 เจ

พลัง

เครื่องจักรหลายกลไกทำงานแบบเดียวกันในช่วงเวลาที่ต่างกัน เพื่อเปรียบเทียบแนวคิดเรื่องอำนาจได้ถูกนำมาใช้
กำลังคือค่าที่แสดงปริมาณงานที่ทำต่อหน่วยเวลา

กำลังไฟฟ้ามีหน่วยวัดเป็นวัตต์ ตามชื่อวิศวกรชาวสก็อตแลนด์ เจมส์ วัตต์
1 [วัตต์] = 1 [จูล/วินาที]

เช่น เครนขนาดใหญ่สามารถยกของหนัก 10 ตันให้สูง 30 เมตรได้ภายใน 1 นาที เครนขนาดเล็กยกอิฐหนัก 2 ตันให้สูงเท่ากันได้ใน 1 นาที เปรียบเทียบความสามารถของเครน
กำหนดงานที่ดำเนินการโดยเครน ภาระจะเพิ่มขึ้น 30 ม. ในขณะที่เอาชนะแรงโน้มถ่วง ดังนั้นแรงที่ใช้ในการยกของจะเท่ากับแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโลกกับภาระ (F = m * g) และงานเป็นผลคูณของแรงและระยะทางที่สินค้าเดินทางได้ ซึ่งก็คือความสูง

คำนิยาม

ในกรณีที่ภายใต้อิทธิพลของแรงมีการเปลี่ยนแปลงโมดูลัสของความเร็วของร่างกายพวกเขาก็บอกว่าแรงนั้นทำให้ งาน. เชื่อกันว่าถ้าความเร็วเพิ่มขึ้น งานก็จะเป็นบวก ถ้าความเร็วลดลง งานที่ทำโดยแรงจะเป็นลบ การเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ของจุดวัตถุระหว่างการเคลื่อนที่ระหว่างสองตำแหน่งจะเท่ากับงานที่ทำโดยแรง:

การกระทำของแรงบนจุดวัสดุสามารถระบุได้ไม่เพียงแต่โดยการเปลี่ยนความเร็วของร่างกายเท่านั้น แต่ยังโดยการใช้ขนาดของการกระจัดที่วัตถุนั้นเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของแรง ()

งานประถมศึกษา

งานเบื้องต้นของแรงบางอย่างถูกกำหนดให้เป็นผลคูณสเกลาร์:

รัศมี - เวกเตอร์ของจุดที่ใช้แรง - การเคลื่อนที่เบื้องต้นของจุดตามแนววิถี - มุมระหว่างเวกเตอร์ และ . ถ้างานเป็นมุมป้าน งานจะน้อยกว่าศูนย์ ถ้าเป็นมุมแหลม งานก็จะเป็นบวก โดยมี

ในพิกัดคาร์ทีเซียน สูตร (2) มีรูปแบบ:

โดยที่ F x ,F y ,F z เป็นเส้นโครงเวกเตอร์บนแกนคาร์ทีเซียน

เมื่อพิจารณาการทำงานของแรงที่ใช้กับจุดวัสดุ คุณสามารถใช้สูตรได้:

โดยที่ความเร็วของจุดวัสดุคือโมเมนตัมของจุดวัสดุ

หากมีแรงหลายแรงกระทำต่อร่างกาย (ระบบกลไก) พร้อมกัน งานเบื้องต้นที่แรงเหล่านี้ทำกับระบบจะเท่ากับ:

ในกรณีที่มีการดำเนินการรวมงานเบื้องต้นของกำลังทั้งหมด dt คือช่วงเวลาเล็กน้อยในระหว่างที่ดำเนินการงานเบื้องต้นบนระบบ

การทำงานของแรงภายในที่เกิดขึ้น แม้ว่าวัตถุที่แข็งเกร็งจะเคลื่อนไหวก็ยังเป็นศูนย์

ปล่อยให้วัตถุแข็งเกร็งหมุนรอบจุดคงที่ - ต้นกำเนิดของพิกัด (หรือแกนคงที่ที่ผ่านจุดนี้) ในกรณีนี้ งานเบื้องต้นของแรงภายนอกทั้งหมด (สมมติว่าจำนวนคือ n) ที่กระทำต่อร่างกายคือ:

โดยที่ โมเมนต์ผลลัพธ์ของแรงสัมพันธ์กับจุดหมุน คือเวกเตอร์การหมุนเบื้องต้น และคือความเร็วเชิงมุมชั่วขณะ

การทำงานของแรงในส่วนสุดท้ายของวิถี

หากแรงออกฤทธิ์เพื่อขยับร่างกายในส่วนสุดท้ายของวิถีการเคลื่อนที่ งานดังกล่าวจะพบได้ดังนี้:

ในกรณีที่เวกเตอร์แรงมีค่าคงที่ตลอดทั้งส่วนของการเคลื่อนไหว ดังนั้น:

โดยที่เส้นโครงของแรงที่มีต่อเส้นสัมผัสของวิถีโคจร

หน่วยงาน

หน่วยพื้นฐานของการวัดโมเมนต์การทำงานในระบบ SI คือ: [A] \u003d J \u003d N m

ใน CGS: [A]=erg=dyn ซม

1J=10 7 เช่น

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่าง

ออกกำลังกาย.จุดวัสดุเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง (รูปที่ 1) ภายใต้อิทธิพลของแรงที่กำหนดโดยสมการ: . แรงจะพุ่งไปตามการเคลื่อนที่ของจุดวัสดุ การทำงานของแรงนี้บนส่วนของเส้นทางจาก s=0 ถึง s=s 0 คืออะไร?

สารละลาย.เพื่อเป็นพื้นฐานในการแก้ปัญหาเราใช้สูตรในการคำนวณการทำงานของแบบฟอร์ม:

โดยที่เหมือนกับสภาพของปัญหา เราแทนที่นิพจน์สำหรับโมดูลัสแรงที่กำหนดตามเงื่อนไข โดยหาอินทิกรัล:

คำตอบ.

ตัวอย่าง

ออกกำลังกาย.จุดวัสดุเคลื่อนที่เป็นวงกลม ความเร็วของมันเปลี่ยนไปตามนิพจน์: . ในกรณีนี้ งานของแรงที่กระทำต่อจุดหนึ่งๆ จะเป็นสัดส่วนกับเวลา: . ค่าของ n คืออะไร?

« ฟิสิกส์ - เกรด 10 "

กฎการอนุรักษ์พลังงานเป็นกฎพื้นฐานของธรรมชาติที่ช่วยให้สามารถอธิบายปรากฏการณ์ส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นได้

คำอธิบายการเคลื่อนที่ของร่างกายยังเป็นไปได้ด้วยความช่วยเหลือของแนวคิดเรื่องพลวัตเช่นงานและพลังงาน

จำไว้ว่างานและพลังคืออะไรในฟิสิกส์

แนวคิดเหล่านี้สอดคล้องกับแนวคิดในชีวิตประจำวันเกี่ยวกับแนวคิดเหล่านี้หรือไม่?

การกระทำในแต่ละวันทั้งหมดของเราขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าด้วยความช่วยเหลือของกล้ามเนื้อ เราจะทำให้ร่างกายโดยรอบเคลื่อนไหวและรักษาการเคลื่อนไหวนี้ไว้ หรือหยุดร่างกายที่เคลื่อนไหว

วัตถุเหล่านี้เป็นเครื่องมือ (ค้อน ปากกา เลื่อย) ในเกม เช่น ลูกบอล ลูกยาง และตัวหมากรุก ในด้านการผลิตและการเกษตร ผู้คนต่างนำเครื่องมือต่างๆ มาใช้เช่นกัน

การใช้เครื่องจักรช่วยเพิ่มผลิตภาพแรงงานได้อย่างมากเนื่องจากการใช้เครื่องยนต์ในเครื่องจักร

วัตถุประสงค์ของเครื่องยนต์ใด ๆ คือเพื่อให้ร่างกายเคลื่อนไหวและรักษาการเคลื่อนไหวนี้ไว้แม้จะมีการเบรกด้วยแรงเสียดทานธรรมดาและความต้านทาน "การทำงาน" (เครื่องตัดจะต้องไม่เพียง แต่เลื่อนไปเหนือโลหะเท่านั้น แต่ยังชนเข้ากับมันด้วย เอาชิปออก ไถ ต้องคลายที่ดิน ฯลฯ) ในกรณีนี้ แรงจะต้องกระทำต่อตัวที่กำลังเคลื่อนที่จากด้านข้างของเครื่องยนต์

งานจะเกิดขึ้นตามธรรมชาติเสมอเมื่อมีแรง (หรือแรงหลายแรง) จากวัตถุอื่น (วัตถุอื่น) กระทำต่อวัตถุในทิศทางของการเคลื่อนที่หรือต่อต้านวัตถุนั้น

แรงโน้มถ่วงจะทำงานเมื่อมีฝนตกหรือหินตกลงมาจากหน้าผา ในเวลาเดียวกัน งานเสร็จสิ้นโดยแรงต้านที่กระทำกับหยดที่ตกลงมาหรือบนหินจากด้านข้างของอากาศ แรงยืดหยุ่นยังทำงานเมื่อต้นไม้ที่โค้งงอตามแรงลมยืดตัวตรง

คำจำกัดความของงาน

กฎข้อที่สองของนิวตันในรูปแบบหุนหันพลันแล่น ∆=∆ตช่วยให้คุณกำหนดได้ว่าความเร็วของร่างกายเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในค่าสัมบูรณ์และทิศทาง หากมีแรงกระทำต่อวัตถุในช่วงเวลา Δt

ผลกระทบต่อวัตถุของแรงซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโมดูลัสของความเร็วนั้นมีลักษณะเป็นค่าที่ขึ้นอยู่กับทั้งแรงและการกระจัดของวัตถุ ปริมาณในกลศาสตร์นี้เรียกว่า งานแห่งกำลัง.

การเปลี่ยนแปลงความเร็วแบบโมดูโลจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อการฉายแรง F r ต่อทิศทางการเคลื่อนไหวของร่างกายไม่ใช่ศูนย์ มันเป็นเส้นโครงที่กำหนดการกระทำของแรงที่เปลี่ยนความเร็วของโมดูโลของร่างกาย เธอทำงาน ดังนั้นงานจึงถือเป็นผลคูณของการฉายภาพของแรง F r โดยโมดูลัสการกระจัด |Δ| (รูปที่ 5.1):

А = F r |Δ|. (5.1)

หากมุมระหว่างแรงและการกระจัดแสดงด้วย α แล้ว F r = Fcosα.

ดังนั้นงานจึงเท่ากับ:

A = |Δ|cosα. (5.2)

แนวคิดในการทำงานในแต่ละวันของเราแตกต่างจากคำจำกัดความของงานในวิชาฟิสิกส์ คุณกำลังถือกระเป๋าเดินทางหนักๆ และดูเหมือนว่าคุณกำลังทำงานอยู่ อย่างไรก็ตาม จากมุมมองของฟิสิกส์ งานของคุณมีค่าเท่ากับศูนย์

การทำงานของแรงคงที่เท่ากับผลคูณของโมดูลแรงและการกระจัดของจุดที่ใช้แรงและโคไซน์ของมุมระหว่างพวกมัน

ในกรณีทั่วไป เมื่อวัตถุแข็งเกร็งเคลื่อนที่ การกระจัดของจุดต่างๆ จะแตกต่างกัน แต่เมื่อพิจารณาการทำงานของแรง เราจะ Δ เข้าใจความเคลื่อนไหวของจุดใช้งาน ในการเคลื่อนที่แบบแปลนของวัตถุแข็งเกร็ง การกระจัดของจุดทั้งหมดเกิดขึ้นพร้อมกับการกระจัดของจุดที่ใช้แรง

งานไม่เหมือนกับแรงและการกระจัด ไม่ใช่เวกเตอร์ แต่เป็นปริมาณสเกลาร์ อาจเป็นค่าบวก ลบ หรือศูนย์ก็ได้

สัญลักษณ์ของงานถูกกำหนดโดยสัญลักษณ์ของโคไซน์ของมุมระหว่างแรงและการกระจัด ถ้า α< 90°, то А >0 เนื่องจากโคไซน์ของมุมแหลมเป็นบวก สำหรับ α > 90° งานจะเป็นลบ เนื่องจากโคไซน์ของมุมป้านเป็นลบ ที่ α = 90° (แรงตั้งฉากกับการกระจัด) ไม่มีงานใดเกิดขึ้น

หากมีแรงหลายแรงกระทำต่อร่างกาย การฉายภาพของแรงผลลัพธ์ต่อการกระจัดจะเท่ากับผลรวมของการคาดการณ์ของแรงแต่ละแรง:

ฟ r = ฟ 1r + ฟ 2r + ... .

ดังนั้นเราจึงได้งานของแรงลัพธ์มา

A = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + ... = ก 1 + ก 2 + .... (5.3)

หากมีแรงหลายแรงกระทำต่อร่างกาย งานทั้งหมด (ผลรวมเชิงพีชคณิตของงานของแรงทั้งหมด) จะเท่ากับงานของแรงผลลัพธ์

งานที่ทำโดยใช้กำลังสามารถแสดงเป็นภาพกราฟิกได้ ให้เราอธิบายสิ่งนี้โดยพรรณนาในรูปของการพึ่งพาของการฉายภาพของแรงบนพิกัดของร่างกายเมื่อมันเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง

ให้ลำตัวเคลื่อนไปตามแกน OX (รูปที่ 5.2) จากนั้น

Fcosα = F x , |Δ| = Δ x.

สำหรับงานของกำลังเราได้รับ

А = F|Δ|cosα = F x Δx.

เห็นได้ชัดว่าพื้นที่ของสี่เหลี่ยมที่แรเงาในรูปที่ (5.3, a) เท่ากับตัวเลขงานที่ทำเมื่อเคลื่อนย้ายร่างกายจากจุดที่มีพิกัด x1 ไปยังจุดที่มีพิกัด x2

สูตร (5.1) ใช้ได้เมื่อการฉายภาพของแรงต่อการกระจัดมีค่าคงที่ ในกรณีของวิถีโค้ง แรงคงที่หรือแรงแปรผัน เราจะแบ่งวิถีวิถีออกเป็นส่วนเล็กๆ ซึ่งถือได้ว่าเป็นเส้นตรง และการฉายภาพของแรงบนการเคลื่อนที่เล็กน้อย Δ - ถาวร.

หน่วยงาน.

สามารถกำหนดหน่วยการทำงานได้โดยใช้สูตรพื้นฐาน (5.2) ถ้าเมื่อเคลื่อนที่วัตถุต่อความยาวหนึ่งหน่วย แรงกระทำต่อวัตถุนั้น โมดูลัสซึ่งเท่ากับ 1 และทิศทางของแรงเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางการเคลื่อนที่ของจุดใช้งาน (α = 0) ดังนั้น งานจะเท่ากับหนึ่ง ในระบบสากล (SI) หน่วยของงานคือจูล (แทนด้วย J):

1 เจ = 1 นิวตัน 1 ม. = 1 นิวตัน ม.

จูลคืองานที่ทำโดยแรง 1 N โดยมีการกระจัด 1 ถ้าทิศทางของแรงและการกระจัดตรงกัน

มักใช้หลายหน่วยงาน - กิโลจูลและเมกะจูล:

1 กิโลจูล = 1,000 เจ,
1 เมกะจูล = 1000000 เจ.

งานสามารถทำได้ในระยะเวลานานหรือในระยะเวลาอันสั้นมาก อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ การทำงานสามารถทำได้เร็วหรือช้าก็ไม่ใช่เรื่องไกลตัว เวลาที่งานเสร็จสิ้นจะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ มอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กสามารถทำงานได้มาก แต่จะใช้เวลานาน ดังนั้นพร้อมกับงานจึงมีการแนะนำค่าที่กำหนดลักษณะความเร็วที่ผลิตได้ - กำลัง

กำลังคืออัตราส่วนของงาน A ต่อช่วงเวลา Δt ที่งานนี้เสร็จ เช่น กำลังคืออัตราของงาน:

เราได้รับแทนในสูตร (5.4) แทนงาน A นิพจน์ (5.2)

ดังนั้น หากแรงและความเร็วของร่างกายคงที่ พลังงานจะเท่ากับผลคูณของโมดูลัสของเวกเตอร์แรงด้วยโมดูลัสของเวกเตอร์ความเร็วและโคไซน์ของมุมระหว่างทิศทางของเวกเตอร์เหล่านี้ หากปริมาณเหล่านี้แปรผัน ตามสูตร (5.4) เราสามารถกำหนดกำลังเฉลี่ยได้คล้ายกับการหาความเร็วเฉลี่ยของร่างกาย

แนวคิดเรื่องกำลังถูกนำมาใช้เพื่อประเมินงานต่อหน่วยเวลาที่ดำเนินการโดยกลไกบางอย่าง (ปั๊ม เครน มอเตอร์เครื่องจักร ฯลฯ) ดังนั้นในสูตร (5.4) และ (5.5) จึงหมายถึงแรงผลักดันเสมอ

ใน SI กำลังแสดงในรูปของ วัตต์ (W).

กำลังคือ 1 W ถ้างานเท่ากับ 1 J เสร็จภายใน 1 วินาที

นอกจากวัตต์แล้ว ยังใช้หน่วยกำลังที่ใหญ่กว่า (หลาย) หน่วยด้วย:

1 กิโลวัตต์ (กิโลวัตต์) = 1,000 วัตต์,
1 เมกะวัตต์ (เมกะวัตต์) = 1,000,000 วัตต์.