Մեխանիկայի ամենակարևոր հասկացություններից է ուժի աշխատանք .

Ուժային աշխատանք

Ամեն ինչ ֆիզիկական մարմիններմեզ շրջապատող աշխարհում դրանք ուժով են շարժվում: Եթե ​​անցնող կամ հակառակ ուղղությամբ շարժվող մարմնի վրա ազդում է մեկ կամ մի քանի մարմինների ուժ կամ մի քանի ուժ, ապա նրանք ասում են, որ աշխատանքն ընթացքի մեջ է .

Այսինքն՝ մեխանիկական աշխատանքը կատարվում է մարմնի վրա ազդող ուժով։ Այսպիսով, էլեկտրաքարշի ձգող ուժը քշում է ամբողջ գնացքը ՝ դրանով իսկ կատարելով մեխանիկական աշխատանք... Հեծանիվը շարժվում է հեծանվորդի ոտքերի մկանային ուժով: Հետեւաբար, այս ուժը նաեւ մեխանիկական աշխատանք է կատարում։

Ֆիզիկայի մեջ ուժի աշխատանք կոչվում է ֆիզիկական մեծություն, արտադրանքին հավասարուժի մոդուլ, ուժի և տեղաշարժի վեկտորների միջև անկյան ուժի և կոսինուսի կիրառման կետի տեղաշարժի մոդուլ։

A = F s cos (F, s) ,

որտեղ Ֆ ուժի մոդուլ,

s - շարժման մոդուլ .

Աշխատանքը միշտ կատարվում է, եթե ուժի և տեղաշարժի քամիների միջև անկյունը զրո չէ: Եթե ​​ուժը գործում է շարժման ուղղությամբ հակառակ ուղղությամբ, աշխատանքի ծավալը բացասական է։

Աշխատանքը չի կատարվում, եթե մարմնի վրա ուժեր չեն գործադրվում, կամ եթե կիրառվող ուժի և շարժման ուղղության միջև ընկած անկյունը 90 ° է (cos 90 ° = 0):

Եթե ​​ձին քաշում է սայլը, ապա ձիու մկանային ուժը կամ ձգողական ուժը, որն ուղղված է սայլի ուղղությամբ, կատարում է աշխատանքը: Իսկ ծանրության ուժը, որով վարորդը սեղմում է սայլին, աշխատանք չի կատարում, քանի որ այն ուղղված է դեպի ներքև ՝ ուղղահայաց շարժման ուղղությանը:

Ուժի աշխատանքը սկալյար մեծություն է։

SI աշխատանքի միավոր - ջուլ. 1 ջոուլը 1 մ հեռավորության վրա 1 նյուտոն ուժի կատարած աշխատանքն է, եթե ուժի և տեղաշարժի ուղղությունները համընկնում են։

Եթե ​​մարմնի կամ նյութական կետի վրա գործում են մի քանի ուժեր, ապա դրանք խոսում են դրանց արդյունք ուժի կատարած աշխատանքի մասին։

Եթե ​​կիրառվող ուժը հաստատուն չէ, ապա դրա աշխատանքը հաշվարկվում է որպես ինտեգրալ.

Ուժ

Այն մարմինը, որը շարժման մեջ է դնում, կատարում է մեխանիկական աշխատանք: Բայց թե ինչպես է այս աշխատանքը կատարվում արագ կամ դանդաղ, երբեմն շատ կարևոր է գործնականում իմանալ: Ի վերջո, նույն աշխատանքը կարող է կատարվել նաև ներսում տարբեր ժամանակ... Մեծ էլեկտրական շարժիչի աշխատանքը կարող է կատարվել փոքր շարժիչով: Բայց դրա համար նրան շատ ավելի երկար կպահանջվի:

Մեխանիկայի մեջ կա մի արժեք, որը բնութագրում է աշխատանքի արագությունը: Այս քանակությունը կոչվում է ուժ.

Հզորությունը որոշակի ժամանակահատվածում կատարված աշխատանքի հարաբերակցությունն է այս միջակայքի արժեքին:

N = A / ∆ տ

A-priory A = Ֆ ս cos α , ա s / ∆ t = v , հետևաբար

N = Ֆ v cos α = Ֆ v ,

որտեղ Ֆ - ուժ, v արագություն, α - ուժի ուղղության և արագության ուղղության միջև ընկած անկյունը.

Այն է ուժ - սա ուժի վեկտորի սկալյար արտադրյալն է մարմնի արագության վեկտորի կողմից.

Միջազգային SI համակարգում հզորությունը չափվում է վտ -ով (W):

1 Վտ հզորությունը 1 ջուլ ()) աշխատանք է, որը կատարվել է 1 վայրկյանում:

Հզորությունը կարող է ավելացվել ՝ աշխատանքն իրականացնող ուժի ավելացման կամ աշխատանքը կատարելու արագության բարձրացման միջոցով:

Յուրաքանչյուր շարժվող մարմին կարող է բնութագրվել աշխատանքով: Այսինքն՝ բնութագրում է ուժերի գործողությունը։

Աշխատանքը սահմանվում է որպես.
Ուժի մոդուլի և մարմնի անցած ուղու արտադրյալը՝ բազմապատկված ուժի և շարժման ուղղության անկյան կոսինուսով։

Աշխատանքը չափվում է Joules-ով.
1 [J] = = [կգ * մ2 / վրկ2]

Օրինակ՝ Ա մարմինը 5 Ն ուժի ազդեցությամբ անցել է 10 մ, Որոշի՛ր մարմնի կատարած աշխատանքը։

Քանի որ շարժման ուղղությունը և ուժի գործողությունը համընկնում են, ուժի վեկտորի և տեղաշարժի վեկտորի միջև անկյունը հավասար կլինի 0 °: Բանաձևը պարզեցված է, քանի որ 0 ° անկյան կոսինուսը 1 է:

Փոխարինելով նախնական պարամետրերը բանաձևի մեջ, մենք գտնում ենք.
A = 15 J.

Դիտարկենք մեկ այլ օրինակ՝ 2 կգ զանգվածով մարմինը, որը շարժվում է 6 մ/վ2 արագացումով, անցել է 10 մ: Որոշեք մարմնի կատարած աշխատանքը, եթե այն շարժվել է թեքված հարթության երկայնքով դեպի վեր՝ 60 ° անկյան տակ:

Նախ, եկեք հաշվարկենք, թե ինչ ուժ է պետք կիրառել մարմնին 6 մ/վ2 արագացում հաղորդելու համար:

F = 2 կգ * 6 մ / վ 2 = 12 Հ
12H ուժի ազդեցության տակ մարմինը անցավ 10 մ: Աշխատանքը կարող է հաշվարկվել ՝ օգտագործելով արդեն հայտնի բանաձևը.

Որտեղ, հավասար է 30 °: Նախնական տվյալները բանաձևի մեջ փոխարինելով՝ մենք ստանում ենք.
A = 103, 2 J.

Ուժ

Շատ մեքենաներ և մեխանիզմներ կատարում են նույն աշխատանքը տարբեր ժամանակահատվածներում: Նրանց համեմատելու համար ներդրվում է ուժ հասկացությունը:
Հզորությունը արժեք է, որը ցույց է տալիս մեկ միավորի ընթացքում կատարված աշխատանքի ծավալը:

Հզորությունը չափվում է վտներով՝ շոտլանդացի ինժեներ Ջեյմս Ուոթի պատվին:
1 [Վտ] = 1 [ / / վ]:

Օրինակ՝ մեծ կռունկը 1 րոպեում 10 տոննա կշռող բեռ է բարձրացրել 30 մ բարձրության վրա։ Փոքր կռունկը 1 րոպեում նույն բարձրության վրա բարձրացրեց 2 տոննա աղյուս: Համեմատեք կռունկների հզորությունները:
Եկեք սահմանենք կռունկների կատարած աշխատանքը: Բեռը բարձրանում է 30 մ-ով, միաժամանակ հաղթահարելով ծանրության ուժը, ուստի բեռը բարձրացնելու վրա ծախսվող ուժը հավասար կլինի Երկրի և բեռի փոխազդեցության ուժին (F = m * g): Իսկ աշխատանքը բեռների անցած տարածության, այսինքն՝ բարձրության ուժի արդյունքն է։

Մեծ կռունկի համար A1 = 10000 կգ * 30 մ * 10 մ / վ 2 = 3 000 000 Ջ, իսկ փոքրի համար՝ A2 = 2 000 կգ * 30 մ * 10 մ / ս 2 = 600 000 Ջ։
Հզորությունը կարելի է հաշվարկել՝ աշխատանքը ժամանակի վրա բաժանելով։ Երկու կռունկներն էլ բեռը բարձրացրել են 1 րոպեում (60 վայրկյանում):

Հետևաբար.
N1 = 3,000,000 J / 60 s = 50,000 W = 50 կՎտ:
N2 = 600,000 J / 60 վ = 10,000 Վտ = 10 կՎտ:
Վերոնշյալ տվյալներից պարզ երևում է, որ առաջին կռունկը 5 անգամ ավելի հզոր է, քան երկրորդը։

Դասի նպատակները.

• Ծանոթանալ ուժին որպես նոր ֆիզիկական մեծության;
• Զարգացնել բանաձևեր դուրս բերելու կարողությունը՝ օգտագործելով անցյալ դասերի անհրաժեշտ գիտելիքները. զարգացնել տրամաբանական մտածողությունը, վերլուծելու, եզրակացություններ անելու ունակությունը.
• Կիրառեք ֆիզիկայի գիտելիքները ձեզ շրջապատող աշխարհին:

Դասերի ժամանակ

«Եվ հավերժական կռիվ: Հանգստացեք միայն մեր երազներում
Արյան ու փոշու միջով...
Տափաստանային ձագը թռչում է, թռչում
Եվ ճմրթում է փետուր խոտը ...
Եվ վերջ չկա։ Վերստները փայլում են, կտրուկ ...
Կանգնեցրո՛ւ: ... Խաղաղություն չկա։ Տափաստանային ծովախոտը վազում է»։

Ա.Բլոկ «Կուլիկովոյի դաշտում» (1908 թ. Հունիս): (Սահեցրեք 1):

Այսօրվա դասը ես ուզում եմ սկսել ձեզ հարցեր տալով: (Սլայդ 2):

1. Ի՞նչ եք կարծում, ձին կապ ունի՞ ֆիզիկայի հետ:

2. Ո՞րն է ձիու ֆիզիկական չափը:

Ուժ- ճիշտ է, սա մեր դասի թեման է: Եկեք դա գրենք նոթատետրում։

Իրոք, մեքենաների և տրանսպորտային միջոցների շարժիչների հզորությունը դեռևս չափվում է ձիաուժով: Այսօր դասին մենք կիմանանք ամեն ինչ ուժի մասին ֆիզիկայի տեսանկյունից։ Եկեք միասին մտածենք և սահմանենք, թե ինչ պետք է իմանանք ուժի մասին՝ որպես ֆիզիկական մեծություն:

Ֆիզիկական մեծությունների ուսումնասիրության պլան կա. (Սլայդ 3):

1. Սահմանում;
2. Վեկտոր կամ սկալյար;
3. Նամակի նշանակում;
4. Բանաձև;
5. Չափիչ սարք;
6. Չափի միավոր.

Այս ծրագիրը լինելու է մեր դասի նպատակը:

Սկսենք իրական կյանքի օրինակից: Բույսերը ջրելու համար հարկավոր է մեկ տակառ ջուր ստանալ: Ջուրը ջրհորի մեջ է։ Դուք ունեք ընտրություն ՝ նկարեք դույլով կամ պոմպով: Հիշեցնեմ, որ երկու դեպքում էլ այս դեպքում կատարված մեխանիկական աշխատանքը նույնն է լինելու։ Իհարկե, ձեզանից շատերը կընտրեն պոմպը:

Հարց. Ո՞րն է տարբերությունը նույն աշխատանքը կատարելիս:

Պատասխան.Պոմպը կկատարի այս աշխատանքը ավելի արագ, այսինքն. ավելի քիչ ժամանակ կանցկացնի:

1) Ֆիզիկական քանակություն, որը բնութագրում է աշխատանքի արագությունը, կոչվում է ուժ։ (Սլայդ 4):

2) Սկալար, քանի որ ուղղություն չունի:

5) [N] = [1 Ջ / վ] =

Հզորության այս միավորի անվանումը տրվել է ի պատիվ շոգեմեքենայի անգլիացի գյուտարար (1784) Ջեյմս Ուոթի։ (Սահիկ 5):

6) 1 Վտ = հզորություն, որի դեպքում 1 Ջ աշխատանք է կատարվում 1 վրկ-ում (Սլայդ 6):

Ինքնաթիռները, մեքենաները, նավերը և այլ փոխադրամիջոցները հաճախ շարժվում են հաստատուն արագությամբ։ Օրինակ, մայրուղիներում մեքենան կարող է երկար ժամանակ շարժվել 100 կմ/ժ արագությամբ (Slide 7):

Հարցն այն է. Ինչն է որոշում նման մարմինների շարժման արագությունը:

Պարզվում է՝ դա ուղղակիորեն կախված է մեքենայի շարժիչի հզորությունից։

Իմանալով հզորության բանաձևը՝ մենք կբերենք ևս մեկը, բայց դրա համար հիշենք մեխանիկական աշխատանքի հիմնական բանաձևը։

Աշակերտը գնում է գրատախտակի մոտ՝ բանաձևը հանելու. (Սլայդ 8):

Թող ուժը ուղղությամբ համընկնի մարմնի արագության հետ: Գրենք այս ուժի աշխատանքի բանաձեւը.

1.

2. Շարժման հաստատուն արագությամբ մարմինը անցնում է բանաձեւով որոշված ​​ճանապարհով

Փոխարինել ներս օրիգինալ բանաձեւուժ: , ստանում ենք - ուժ.

Ունենք հզորության հաշվարկման մեկ այլ բանաձև, որը կօգտագործենք խնդիրներ լուծելիս։

Անձնագրում միշտ նշվում է հզորությունը տեխնիկական սարք... Իսկ մեքենաների ժամանակակից տեխնիկական տվյալների թերթերում կա սյունակ.

Շարժիչի հզորությունը՝ կՎտ / ձիաուժ

Հետևաբար, իշխանության այս միավորների միջև կա հարաբերություն:

Հարց. որտեղի՞ց է առաջացել այս ուժային միավորը: (Սլայդ 11):

Ջ.Վաթը մտահղացավ մեխանիկական հզորությունը չափել «ձիաուժով»։ Նրա առաջարկած հզորության միավորը շատ տարածված էր, սակայն 1948 թվականին Կշիռների և չափումների գլխավոր կոնֆերանսը միավորների միջազգային համակարգում ներմուծեց հզորության նոր միավոր՝ վտ։ (Սլայդ 12):

1 հ.պ. = 735,5 Վտ.

1 Վտ =, 00013596 ձիաուժ

Ժամանակակից մեքենաների հզորությունների օրինակներ. (Սլայդ 13.14):

Տարբեր շարժիչներ ունեն տարբեր հզորություններ:

Ձեռնարկ, էջ 134, աղյուսակ 5։

Հարց. Ո՞րն է մարդու ուժը:

Դասագրքի տեքստը, § 54. Անձի իշխանությունը ժամը նորմալ պայմաններաշխատանքը միջինում 70-80 վտ է: Jատկումներ կատարելով, աստիճաններով վազելով ՝ մարդը կարող է զարգացնել մինչև 730 Վտ հզորություն, իսկ որոշ դեպքերում նույնիսկ ավելին:

Հարց. Իսկ ինչո՞վ են «կենդանի շարժիչները» տարբերվում մեխանիկականից: (Սլայդ 15):

Պատասխան.Այն, որ «կենդանի շարժիչները» կարող են մի քանի անգամ փոխել իրենց հզորությունը։

Նյութի ապահովում.

1. Ասա մեզ այն ամենը, ինչ գիտես իշխանության մասին: Պատասխանը՝ ըստ ֆիզիկական մեծության ուսումնասիրության պլանի։

Պատասխան՝ N ≈ 2,9 կՎտ։

1. Բաժին 54:
2. Գրեք հզորության բանաձևերը բանաձևերի աղյուսակում:
3. Վերահսկողություն. 29 (2.5) - 1 մակարդակ.
4. Վերահսկողություն. 29 (1.3) - մակարդակ 2:
5. Վերահսկողություն. 29 (1.4) - 3 մակարդակ:
6. Առաջադրանք 18 - լրացուցիչ գնահատման համար (թղթի կտորների վրա):

Գրականություն:

1. Ա.Վ. Պերիշկին «Ֆիզիկայի դասագիրք 7-րդ դասարանի համար», Բուստարդ, Մոսկվա, 2006 թ.
2. Ա. Բլոկ «Կուլիկովոյի դաշտում»:
3. 1C: Ֆիզիկայի դպրոց 7-րդ դասարան

Ի՞նչ են ուժն ու ուժը: Ինչի մեջ է չափվում այս ցուցանիշը, ինչ սարքեր են օգտագործվում այս դեպքում և ինչպես են դրանք կիրառվում գործնականում, մենք ավելի ուշ կքննարկենք հոդվածում:

Ուժ

Աշխարհում ֆիզիկական բնության բոլոր մարմինները սկսում են շարժվել ուժի պատճառով: Նրա ազդեցության տակ մարմնի շարժման անցողիկ կամ հակառակ ուղղությամբ կատարվում է աշխատանք։ Այսպիսով, մարմնի վրա ուժ է գործադրվում.

Այսպիսով, հեծանիվը մեկնարկում է մարդու ոտքերի ուժի պատճառով, իսկ էլեկտրաքարշի ձգողական ուժը գործում է գնացքի վրա։ Նմանատիպ էֆեկտը տեղի է ունենում ցանկացած շարժման դեպքում: Ուժի աշխատանքը այն արժեքն է, որում բազմապատկվում են ուժի մոդուլը, դրա կիրառման կետի տեղաշարժի մոդուլը և այդ ցուցանիշների վեկտորների միջև անկյան կոսինուսը։ Բանաձևն այս դեպքում հետևյալն է.

A = F s cos (F, s)

Եթե ​​այս վեկտորների միջև անկյունը զրո չէ, ապա աշխատանքը միշտ արված է։ Ավելին, այն կարող է ունենալ ինչպես դրական, այնպես էլ բացասական արժեքներ: Ոչ մի ուժ չի գործի մարմնի վրա 90 ° անկյան տակ:

Դիտարկենք, օրինակ, մի սայլ, որը ձգվում է ձիու մկանային ուժով։ Այլ կերպ ասած, աշխատանքը կատարվում է քաշող ուժի կողմից սայլի շարժման ուղղությամբ: Բայց դեպի ներքև կամ ուղղահայաց ուղղորդված, գործ չի անում (ի դեպ, ձիաուժն այն է, ինչով չափվում է շարժիչի հզորությունը):

Ուժի աշխատանքը սկալյար մեծություն է և չափվում է ջոուլներով։ Նա կարող է լինել.

• արդյունք (երբ ենթարկվում է մի քանի ուժերի);
• ոչ հաստատուն (այնուհետև հաշվարկը կատարվում է ինտեգրալով):

Ուժ

Ինչպե՞ս է չափվում այս քանակը: Նախ, եկեք տեսնենք, թե ինչ է դա: Հասկանալի է, որ մարմնի շարժումը սկսվում է այն ստեղծող ուժի հաշվին, սակայն գործնականում, բացի սրանից, պետք է հստակ իմանալ, թե ինչպես է այն կատարվում։

Աշխատանքը կարող է ավարտվել ք տարբեր տերմիններ... Օրինակ, նույն գործողությունը կարող է կատարվել փոքր շարժիչով կամ մեծով Էլեկտրական շարժիչ... Հարցը միայն այն է, թե որքան ժամանակ կպահանջվի այն արտադրելու համար: Նման առաջադրանքի համար պատասխանատու քանակությունը ուժն է։ Այն, ինչ չափվում է, պարզ է դառնում սահմանումից. սա որոշակի ժամանակի աշխատանքի հարաբերակցությունն է դրա արժեքին.

Տրամաբանական գործողություններով գալիս ենք հետևյալ բանաձևին.

այսինքն՝ շարժման արագությամբ ուժի վեկտորների արտադրյալը ուժն է։ Ինչպե՞ս է այն չափվում: Համաձայն միջազգային SI համակարգի՝ այս արժեքի չափման միավորը 1 Վատ է:

Watt և այլ էներգաբլոկներ

Վատ նշանակում է հզորություն, որտեղ մեկ ջոուլ աշխատանք կատարվում է մեկ վայրկյանում։ Վերջին միավորը կոչվել է ի պատիվ անգլիացի Ջ. Բայց միևնույն ժամանակ նա օգտագործեց այլ արժեք ՝ ձիաուժ, որն օգտագործվում է մինչ օրս: մոտավորապես հավասար է 735,5 վտ:

Այսպիսով, բացի Watts-ից, հզորությունը չափվում է մետրային ձիաուժով: Իսկ շատ փոքր արժեքով օգտագործվում է նաև Էրգը, որը հավասար է Վատ-ի մինուս յոթերորդ հզորության տասին։ Հնարավոր է նաև չափել մեկ միավոր զանգվածի / ուժի / մետր վայրկյանում, որը հավասար է 9.81 վտ:

Շարժիչի հզորությունը

Անվանված արժեքը ցանկացած շարժիչի ամենակարևորներից մեկն է, որը կարող է շատ տարբեր հզորություն ունենալ: Օրինակ, էլեկտրական սափրիչն ունի կիլովատի հարյուրերորդական մասը, և հրթիռը տիեզերանավկազմում է միլիոնավոր:

Համար տարբեր բեռորոշակի արագություն պահպանելու համար անհրաժեշտ է տարբեր հզորություն: Օրինակ, մեքենան կծանրանա, եթե դրա մեջ ավելի շատ բեռ դնես։ Հետո ճանապարհը կավելանա։ Հետեւաբար, նույն արագությունը պահպանելու համար, ինչ բեռնաթափված վիճակում, ավելի շատ հզորություն է պահանջվում: Համապատասխանաբար, շարժիչը ավելի շատ վառելիք կծախսի։ Այս փաստը հայտնի է բոլոր վարորդներին.

Բայց մեծ արագությամբ մեքենայի իներցիան նույնպես կարևոր է, որն ուղիղ համեմատական ​​է դրա զանգվածին։ Փորձառու վարորդները, ովքեր տեղյակ են այս փաստին, գտնում են վարելիս լավագույն համադրությունվառելիք և արագություն, որպեսզի ավելի քիչ բենզին ծախսվի:

Հոսանքի հոսանք

Ինչպե՞ս է չափվում ընթացիկ հզորությունը: Նույն SI միավորում: Այն կարող է չափվել ուղղակիորեն կամ անուղղակիորեն:

Առաջին մեթոդն իրականացվում է վաթմետրի միջոցով, որը զգալի էներգիա է սպառում և մեծապես բեռնում է ընթացիկ աղբյուրը: Իր օգնությամբ այն չափվում է տասը վտ կամ ավելի: Անուղղակի մեթոդ է օգտագործվում, երբ փոքր արժեքները պետք է չափվեն: Դրա գործիքներն են սպառողին միացված ամպերմետրը և վոլտմետրը: Բանաձևն այս դեպքում կունենա հետևյալ տեսքը.

Բեռի հայտնի դիմադրությամբ մենք չափում ենք դրա միջով հոսող հոսանքը և ուժը գտնում հետևյալ կերպ.

P = I 2 ∙ R n.

P = I 2 / R n բանաձևի համաձայն, ընթացիկ հզորությունը կարող է հաշվարկվել նաև:

Ինչպես է այն չափվում եռաֆազ հոսանքի ցանցում, նույնպես գաղտնիք չէ: Դրա համար օգտագործվում է արդեն ծանոթ սարք՝ վտտմետր։ Ավելին, խնդիրը կարող է լուծվել մեկ, երկու կամ նույնիսկ երեք գործիքի միջոցով: Օրինակ, չորս մետաղալարերի տեղադրման համար անհրաժեշտ կլինի երեք սարք: Իսկ անհավասարակշիռ բեռով երեք մետաղալարերի համար `երկու: