- Що таке механічна робота?
- Характеристика механічної роботи
- Формула механічної роботи
- Види механічної роботи
- Приклади механічної роботи
Ми пояснюємо, що таке механічна робота у фізиці, її характеристики та формулу для її розрахунку. Крім того, які типи існують і приклади.
Що таке механічна робота?
в фізичний, а точніше в відділення з механіка, мається на увазі механічна робота (або просто працював) до дії a сила на тілі в стані спокою рух, щоб створити a переміщення в тілі пропорційно в Енергія вкладено в силу, яка рухає його. Інакше кажучи, механічна робота — це кількість енергії, яка передається тілу силою, що діє на нього.
Механічна робота є величина скаляр, який зазвичай вимірюється в Міжнародна система (SI) через джоулі або джоулі (J) і позначається літерою W (від англ працювати, «Працював»). Крім того, ми часто говоримо про позитивну або негативну роботу залежно від того, передає сила енергію об’єкту (позитивна робота) чи віднімає її (негативна робота). Так, наприклад, той, хто кидає м'яч, виконує позитивну роботу, а той, хто його ловить, виконує негативну роботу.
Характеристика механічної роботи
Механічна робота характеризується:
- Це скалярна величина, яка вимірюється через джоулі (тобто кілограми на квадратний метр, поділені на секунду в квадраті) і позначається буквою W.
- Вона безпосередньо залежить від сили, яка її викликає, тому для того, щоб над тілом відбувалася механічна робота, до нього має бути прикладена механічна сила вздовж визначеної траєкторії.
- У сучасній мові термін «робота» використовується для визначення тієї механічної діяльності, виконання якої споживає певну кількість енергії.
- Перенесення тепло (калорійність енергії) не вважається формою роботи, навіть якщо вона складається з передачі енергії.
Формула механічної роботи
Найпростіша формула для обчислення роботи тіла, яке переміщується силою, зазвичай така:
W = F x D
де W — виконана робота, F — сила, що діє на тіло, D — відстань переміщення, яку зазнало тіло.
Однак силу і відстань зазвичай вважають векторними величинами, які вимагають певної орієнтації в просторі. Таким чином, наведену вище формулу можна переформулювати, щоб включити таку орієнтацію, як показано нижче:
W = F x d x cos𝛂
де косинус альфа (cos𝛂) визначає кут між напрямком, у якому прикладена сила, та напрямком, у якому в результаті рухається об’єкт.
Види механічної роботи
Механічна робота може бути трьох типів, залежно від того, додає, віднімає або підтримує рівень енергії в тілі, що рухається. Таким чином, можна говорити про:
- Позитивна робота (W > 0). Це відбувається, коли сила передає енергію об’єкту, про який йде мова, викликаючи зміщення в тому ж напрямку, у якому була застосована сила. Прикладом цього може бути гравець у гольф, який б’є по м’ячу ключкою і змушує його пролетіти на кілька метрів, або бейсболіст, який б’є по м’ячу під час руху, змінюючи його траєкторію.
- Нульова робота (W = 0). Це відбувається, коли прикладена сила не викликає зміщення об’єкта, навіть якщо вона споживає енергію в процесі. Прикладом цього може бути людина, яка штовхає дуже важкий предмет меблів, не змушуючи його рухатися ні на дюйм.
- Від’ємна робота (W < 0).Це відбувається, коли прикладена сила віднімає енергію від об’єкта, про який йде мова, протидіючи руху, який об’єкт уже приніс, або зменшуючи його зміщення. Прикладом цього може бути бейсболіст, який ловить м’яч, кинутий іншим, не даючи йому продовжити свою траєкторію; або людина, яка стоїть перед об’єктом, що падає з пагорба, і, хоча не може повністю його зупинити, встигає уповільнити його падіння.
Приклади механічної роботи
Деякі приклади механічної роботи:
- У футбольному матчі арбітр виконує пенальті, і Ліонель Мессі б’є м’яч у напрямку воріт із силою 500 Н, змушуючи м’яч рухатися приблизно на 15 метрів, не торкаючись землі. Скільки роботи ви вклали, щоб забити цей гол?
Відповідь: застосовуючи формулу W = F x d, маємо, що Мессі виконав роботу 500 Н x 15 м, тобто роботу, еквівалентну 7500 Дж.
- Поїзд на повній швидкості прямує на південь, прямуючи до автомобіля, який застряг на коліях. Супергерой, усвідомивши небезпеку, вирішує встати навпроти локомотива і зупинити його рух. Враховуючи, що потяг приносить із собою силу 20 000 Н, що супергерой невразливий, а локомотив знаходиться за 700 метрів від заблокованого вагона, скільки роботи має зробити супергерой, щоб зупинити його?
Відповідь: Оскільки для гальмування локомотива потрібно принаймні 20 000 Н у протилежному напрямку, а супергерой хотів би залишити запас принаймні 2 метри між локомотивом і вагоном, який потрапив у пастку, ми знаємо, що він повинен застосувати роботу, рівну 20 000 Н x 698 м, тобто негативна робота 13 960 000 Дж.