أي حركة للجسم في الفضاء تؤدي إلى تغيير في طاقته الكلية مرتبطة بالعمل. في هذه المقالة ، سننظر في ماهية هذه الكمية ، وما هو العمل الميكانيكي الذي يتم قياسه ، وكيف يتم الإشارة إليه ، وسنحل أيضًا مشكلة مثيرة للاهتمام حول هذا الموضوع.
العمل ككمية مادية
قبل الإجابة على سؤال حول ماهية العمل الميكانيكي الذي يتم قياسه ، دعنا نتعرف على هذه القيمة. وفقًا للتعريف ، الشغل هو الناتج القياسي للقوة وناقل الإزاحة للجسم الذي تسببت فيه هذه القوة. رياضيا ، يمكننا كتابة المساواة التالية:
A=(F¯S¯).
الأقواس المستديرة تشير إلى المنتج النقطي. نظرًا لخصائصها ، ستتم إعادة كتابة هذه الصيغة بشكل صريح على النحو التالي:
A=FScos (α).
حيث α هي الزاوية بين متجهات القوة والإزاحة.
من التعبيرات المكتوبة يترتب على ذلك أن العمل يقاس بالنيوتن لكل متر (Nm). وكما هو معروف،هذه الكمية تسمى الجول (J). أي في الفيزياء ، يُقاس الشغل الميكانيكي بوحدات الجول. واحد جول يتوافق مع مثل هذا العمل ، حيث تؤدي قوة مقدارها نيوتن ، تعمل بالتوازي مع حركة الجسم ، إلى تغيير موضعه في الفضاء بمقدار متر واحد.
بالنسبة لتعيين العمل الميكانيكي في الفيزياء ، تجدر الإشارة إلى أن الحرف A يستخدم غالبًا لهذا الغرض (من ardeit الألمانية - العمل ، العمل). في أدب اللغة الإنجليزية ، يمكنك العثور على تسمية هذه القيمة بالحرف اللاتيني W. في أدب اللغة الروسية ، هذا الحرف محجوز للسلطة.
العمل والطاقة
عند تحديد السؤال عن كيفية قياس العمل الميكانيكي ، رأينا أن وحداته تتوافق مع وحدات الطاقة. هذه المصادفة ليست مصادفة. الحقيقة هي أن الكمية المادية المدروسة هي إحدى طرق إظهار الطاقة في الطبيعة. أي حركة للهيئات في مجالات القوة أو في غيابها تتطلب تكاليف طاقة. وتستخدم الأخيرة لتغيير الحركية والطاقة الكامنة للأجسام. وتتميز عملية هذا التغيير بالعمل الجاري.
الطاقة هي خاصية أساسية للأجسام. يتم تخزينها في أنظمة معزولة ، ويمكن تحويلها إلى أشكال ميكانيكية وكيميائية وحرارية وكهربائية وغيرها. العمل ليس سوى مظهر ميكانيكي لعمليات الطاقة
العمل في الغازات
التعبير المكتوب أعلاه للعملأساسي. ومع ذلك ، قد لا تكون هذه الصيغة مناسبة لحل المشكلات العملية من مجالات الفيزياء المختلفة ، لذلك يتم استخدام التعبيرات الأخرى المشتقة منها. إحدى هذه الحالات هي العمل الذي يقوم به الغاز. من الملائم حسابها باستخدام الصيغة التالية:
A=∫V(PdV).
هنا P هو الضغط في الغاز ، V هو حجمه. بمعرفة ماهية العمل الميكانيكي الذي يتم قياسه ، من السهل إثبات صحة التعبير المتكامل ، في الواقع:
Pam3=N / m2 m3=Nم=ج
في الحالة العامة ، الضغط هو دالة للحجم ، لذلك يمكن أن يتخذ عنصر التكامل شكلاً عشوائيًا. في حالة عملية متساوية الضغط ، يحدث تمدد الغاز أو تقلصه عند ضغط ثابت. في هذه الحالة ، يكون عمل الغاز مساويًا للمنتج البسيط للقيمة P والتغير في حجمه.
العمل أثناء تدوير الجسم حول المحور
حركة الدوران منتشرة في الطبيعة والتكنولوجيا. يتميز بمفاهيم اللحظات (القوة ، الزخم والقصور الذاتي). لتحديد عمل القوى الخارجية التي تسببت في دوران جسم أو نظام حول محور معين ، يجب عليك أولاً حساب لحظة القوة. يتم حسابه على النحو التالي:
M=Fد.
حيث d هي المسافة من متجه القوة إلى محور الدوران ، يطلق عليه الكتف. العزم M ، الذي أدى إلى دوران النظام بزاوية θ حول بعض المحاور ، يقوم بالعمل التالي:
A=Mθ.
هنا ميتم التعبير عنها بـ Nm والزاوية θ بالتقدير الدائري.
مهمة فيزيائية للعمل الميكانيكي
كما قيل في المقال ، يتم العمل دائمًا بهذه القوة أو تلك. ضع في اعتبارك المشكلة التالية الشيقة.
الجسم على مستوى يميل إلى الأفق بزاوية 25o. بالانزلاق ، اكتسب الجسم بعض الطاقة الحركية. من الضروري حساب هذه الطاقة وكذلك عمل الجاذبية. كتلة الجسم 1 كجم ، والمسار الذي يسلكه على طول المستوى 2 متر. يمكن إهمال مقاومة الاحتكاك الانزلاقي.
تبين أعلاه أن جزء القوة الموجهة على طول الإزاحة فقط هو الذي يعمل. من السهل إظهار أنه في هذه الحالة ، سيعمل الجزء التالي من قوة الجاذبية على طول الإزاحة:
F=مزالخطيئة (α).
هنا α هي زاوية ميل الطائرة. ثم يحسب العمل كالتالي:
A=mgsin (α)S=19.810.42262=8.29 J.
أي أن الجاذبية تعمل بشكل إيجابي.
الآن دعونا نحدد الطاقة الحركية للجسم في نهاية الهبوط. للقيام بذلك ، تذكر قانون نيوتن الثاني واحسب التسارع:
أ=F / م=زالخطيئة (α).
بما أن انزلاق الجسم يتسارع بشكل موحد ، فلدينا الحق في استخدام الصيغة الحركية المقابلة لتحديد وقت الحركة:
S=at2/ 2=>
t=√ (2S / a)=√ (2S / (gsin (α))).
سرعة الجسم في نهاية النزول تحسب كالتالي:
v=at=gsin (α)√ (2S / (gsin (α)))=√ (2Sgsin (α)).
يتم تحديد الطاقة الحركية للحركة الانتقالية باستخدام التعبير التالي:
E=mv2/ 2=m2Sgsin (α) / 2=mSgsin (α).
حصلنا على نتيجة مثيرة للاهتمام: اتضح أن صيغة الطاقة الحركية تتطابق تمامًا مع تعبير عمل الجاذبية ، والذي تم الحصول عليه مسبقًا. يشير هذا إلى أن كل الأعمال الميكانيكية للقوة F تهدف إلى زيادة الطاقة الحركية للجسم المنزلق. في الواقع ، بسبب قوى الاحتكاك ، فإن الشغل A دائمًا ما يكون أكبر من الطاقة E.
