Механическая работа и мощность
Мы помогаем студентам с дипломными, курсовыми, контрольными Узнать стоимость

Механическая работа и мощность

    Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы.

    Определение механической работы

    Определение 1

    Работа А, совершаемая постоянной силой F, - это физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла α, располагаемого между векторами силы F и перемещением s.

    Данное определение рассматривается на рисунке 1.18.1.

    Формула работы записывается как,

    A=Fs cos α.

    Работа – это скалярная величина. Это дает возможность быть положительной при (0°α<90°), отрицательной при (90°<α180°). Когда задается прямой угол α, тогда совершаемая сила равняется нулю. Единицы измерения работы по системе СИ - джоули (Дж).

    Джоуль равняется работе, совершаемой силой в 1 Н на перемещение 1 м по направлению действия силы.

    Рисунок 1.18.1. Работа силы F: A=Fs cos α=Fss

    При проекции Fs силы F на направление перемещения s сила не остается постоянной, а вычисление работы для малых перемещений Δsi суммируется и производится по формуле:

    A=Ai=Fsisi.

    Данная сумма работы вычисляется из предела (Δsi0), после чего переходит в интеграл.

    Графическое изображение работы определяют из площади криволинейной фигуры, располагаемой под графиком Fs(x)рисунка 1.18.2.

    Рисунок 1.18.2. Графическое определение работы ΔAi=FsiΔsi.

    Примером силы, зависящей от координаты, считается сила упругости пружины, которая подчиняется закону Гука. Чтобы произвести растяжение пружины, необходимо приложить силу F, модуль которой пропорционален удлинению пружины. Это видно на рисунке 1.18.3.

    Рисунок 1.18.3. Растянутая пружина. Направление внешней силы F совпадает с направлением перемещения s. Fs=kx, где k обозначает жесткость пружины.

    Fупр=-F

    Зависимость модуля внешней силы от координат x можно изобразить на графике с помощью прямой линии.

    Рисунок 1.18.4. Зависимость модуля внешней силы от координаты при растяжении пружины.

    Из выше указанного рисунка возможно нахождение работы над внешней силой правого свободного конца пружины, задействовав площадь треугольника. Формула примет вид

    A=kx22.

    Данная формула применима для выражения работы, совершаемой внешней силой при сжатии пружины. Оба случая показывают, что сила упругости Fупр равняется работе внешней силы F, но с противоположным знаком.

    Определение 2

    Если на тело действует несколько сил, то формула общей работы будет выглядеть, как сумма всех работ, совершаемых над ним. Когда тело движется поступательно, точки приложения сил перемещаются одинаково, то есть общая работа всех сил будет равна работе равнодействующей приложенных сил.

    Рисунок 1.18.5. Модель механической работы.

    Определение мощности

    Определение 3

    Мощностью называют работу силы, совершаемую в единицу времени.

    Запись физической величины мощности, обозначаемой N, принимает вид отношения работы А к промежутку времени t совершаемой работы, то есть:

    N=At.

    Определение 4

    Система СИ использует в качестве единицы мощности ватт (Вт), равняющийся мощности силы, которая совершает работу в 1 Дж за время 1 с.

    Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
    Средняя оценка статьи
    4,3 из 5 (13 голосов)