기계 작업. 힘

에너지- 다양한 형태의 움직임과 상호작용을 측정하는 보편적인 방법입니다. 신체의 기계적 움직임의 변화는 다음으로 인해 발생합니다. 힘, 다른 기관에서 이에 따라 행동합니다. 힘의 작용 -상호 작용하는 신체 간의 에너지 교환 과정.

몸에 움직임이 있는 경우 똑바로일정한 힘 F가 작용하여 이동 방향과 특정 각도 를 만들고, 이 힘의 작용은 힘 투영의 곱과 같습니다. 에프 에스이동 방향에 힘을 가하는 지점의 이동을 곱한 값: (1)

일반적으로 힘은 크기와 방향 모두 변할 수 있으므로 스칼라값 e 초등학교 작업변위 dr에 F를 가하는 힘:

여기서 는 벡터 F와 dr 사이의 각도입니다. ds = |dr| - 기본 경로; 에프 에스 - 벡터 F를 벡터 dr에 투영한 그림. 1

해당 지점에서 궤적 구간에 힘이 작용 1 요점까지 2 경로의 개별 극소 부분에 대한 기본 작업의 대수적 합과 같습니다. (2)

어디 에스- 몸을 통과했습니다.  때</2 работа силы положительна, если >/2 힘이 한 일은 음수입니다. =/2(힘이 변위에 수직인 경우) 힘이 한 일은 0입니다.

작업 단위 - 줄(J): 1m의 경로를 따라 1N의 힘이 한 일(1J = 1N m).

힘– 작업 속도의 가치: (3)

d 시간 동안 티 힘 F는 Fdr을 작동시키며, 벨트의 주어진 순간에 이 힘에 의해 발생된 힘은 다음과 같습니다. (4)

즉, 힘 벡터와 이 힘의 적용 지점이 움직이는 속도 벡터의 스칼라 곱과 같습니다. N-크기 스칼라.

힘의 단위 - 와트(W): 1J의 일이 1초에 수행되는 전력(1W = 1J/s).

운동에너지와 위치에너지

운동 에너지기계 시스템 - 이 시스템의 기계적 운동 에너지.

정지해 있는 물체에 작용하여 움직이게 하는 힘 F가 작용하고, 움직이는 물체의 에너지가 변합니다(d 티) 소비된 작업량만큼 증가 d ㅏ. 즉, dA = dT

뉴턴의 제2법칙(F=mdV/dt)과 기타 여러 변환을 사용하여 다음을 얻습니다.

(5) - 속도로 움직이는 질량 m 물체의 운동 에너지 V.

운동 에너지는 신체의 질량과 속도에만 의존합니다.

서로에 대해 움직이는 서로 다른 관성 기준 시스템에서는 신체의 속도와 그에 따른 운동 에너지가 동일하지 않습니다. 따라서 운동에너지는 기준계의 선택에 따라 달라집니다.

잠재력- 상대 위치와 그들 사이의 상호 작용력의 특성에 따라 결정되는 신체 시스템의 기계적 에너지.

신체가 역장(탄성력, 중력장)을 통해 상호 작용할 때 신체를 움직일 때 작용하는 힘에 의해 수행되는 작업은 이 움직임의 궤적에 의존하지 않고 신체의 초기 위치와 최종 위치에만 의존합니다. 이러한 필드를 잠재적인, 그리고 그 안에 작용하는 힘은 다음과 같습니다. 보수적인. 힘이 한 일이 한 지점에서 다른 지점으로 이동하는 신체의 궤적에 따라 달라지는 경우 이러한 힘을 소산적인(마찰력). 잠재적인 힘의 장에 있는 신체는 위치 에너지 P를 갖습니다. 시스템 구성의 기본(무한) 변화가 있는 보존력의 작용은 빼기 기호를 사용하여 취한 위치 에너지의 증가와 같습니다. dA = -dP (6)

일 d ㅏ- 힘 F와 변위 dr의 스칼라 곱과 식(6)은 다음과 같이 쓸 수 있습니다: Fdr= -dП (7)

계산할 때 특정 위치에 있는 신체의 위치 에너지는 0으로 간주되고(0 기준 레벨이 선택됨) 다른 위치에 있는 신체의 에너지는 0 레벨을 기준으로 측정됩니다.

함수 P의 구체적인 형태는 역장의 성격에 따라 달라집니다. 예를 들어 질량체의 위치에너지는 티,높이까지 올려졌다 시간지구 표면 위는 다음과 같습니다. (8)

키가 어디야? 시간 P 0 =0인 0 레벨부터 계산됩니다.

원점을 임의로 선택하므로 위치에너지는 음의 값을 가질 수 있음 (운동 에너지는 항상 긍정적입니다!)지구 표면에 누워있는 신체의 위치 에너지를 0으로 취하면 광산 바닥에 위치한 신체의 위치 에너지 (깊이) 시간" ), P= - 으앙".

시스템의 위치 에너지는 시스템 상태의 함수입니다. 이는 시스템의 구성과 외부 기관과 관련된 위치에만 의존합니다.

시스템의 총 기계적 에너지운동 에너지와 위치 에너지의 합과 같습니다: E=T+P.

"작업 측정 방법"이라는 주제를 공개하기 전에 약간의 여담이 필요합니다. 이 세상의 모든 것은 물리 법칙을 따릅니다. 각 과정이나 현상은 특정 물리 법칙을 기반으로 설명될 수 있습니다. 측정된 각 수량에는 일반적으로 측정되는 단위가 있습니다. 측정 단위는 일정하며 전 세계적으로 동일한 의미를 갖습니다.

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국제 단위 시스템

그 이유는 다음과 같습니다. 1960년 제11차 도량형 총회에서 전 세계적으로 인정받는 측량 체계가 채택되었습니다. 이 시스템은 Le Système International d'Unités, SI(SI System International)로 명명되었습니다. 이 시스템은 전 세계적으로 인정되는 측정 단위와 그 관계를 결정하는 기초가 되었습니다.

물리적 용어 및 용어

물리학에서 힘의 일을 측정하는 단위는 물리학 열역학 분야의 발전에 큰 공헌을 한 영국 물리학자 제임스 줄(James Joule)을 기리기 위해 J(줄)라고 합니다. 1줄(Joule)은 1N(뉴턴)의 힘을 적용하여 힘의 방향으로 1M(미터)을 움직일 때 한 일과 같습니다. 1N(뉴턴)은 힘의 방향으로 1m/s2(초당 미터)의 가속도를 갖는 1kg(킬로그램) 질량의 힘과 같습니다.

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취업 공식

귀하의 정보를 위해.물리학에서는 모든 것이 서로 연결되어 있습니다. 작업을 수행하려면 추가 작업을 수행해야 합니다. 예를 들어 가정용 선풍기를 들 수 있습니다. 팬을 연결하면 팬 블레이드가 회전하기 시작합니다. 회전하는 블레이드는 공기 흐름에 영향을 주어 방향 이동을 제공합니다. 이것이 작업의 결과입니다. 그러나 작업을 수행하려면 다른 외부 힘의 영향이 필요하며, 그것 없이는 작업이 불가능합니다. 여기에는 전류, 전력, 전압 및 기타 여러 관련 값이 포함됩니다.

전류의 핵심은 단위 시간당 도체 내 전자의 규칙적인 이동입니다. 전류는 양전하 또는 음전하를 띤 입자를 기반으로 합니다. 이를 전하라고 합니다. 프랑스 과학자이자 발명가인 Charles Coulomb의 이름을 딴 문자 C, q, Kl(Coulomb)로 표시됩니다. SI 시스템에서는 전하를 띤 전자의 수를 측정하는 단위입니다. 1C는 단위 시간당 도체 단면을 흐르는 하전 입자의 부피와 같습니다. 시간의 단위는 1초입니다. 전하의 공식은 아래 그림과 같습니다.

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전하 구하는 공식

전류의 세기는 문자 A(암페어)로 표시됩니다. 암페어(Ampere)는 도체를 따라 전하를 이동시키기 위해 소비되는 힘의 일을 측정하는 것을 특징으로 하는 물리학의 단위입니다. 기본적으로 전류는 전자기장의 영향을 받아 도체에서 전자가 규칙적으로 이동하는 것입니다. 도체는 전자의 통과에 대한 저항이 거의 없는 물질 또는 용융염(전해질)입니다. 전류의 강도는 전압과 저항이라는 두 가지 물리량의 영향을 받습니다. 이에 대해서는 아래에서 논의하겠습니다. 전류 강도는 항상 전압에 정비례하고 저항에 반비례합니다.

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현재 강도를 구하는 공식

위에서 언급한 바와 같이 전류는 도체 내 전자의 규칙적인 이동입니다. 하지만 한 가지 주의할 점이 있습니다. 이동하려면 특정 충격이 필요하다는 것입니다. 이 효과는 전위차를 생성함으로써 생성됩니다. 전하는 양수일 수도 있고 음수일 수도 있습니다. 양전하는 항상 음전하를 향하는 경향이 있습니다. 이는 시스템의 균형을 위해 필요합니다. 양전하를 띤 입자 수와 음전하를 띤 입자 수의 차이를 전압이라고 합니다.

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전압을 구하는 공식

전력은 1초 동안 1J(줄)의 일을 하는 데 소비되는 에너지의 양입니다. 물리학의 측정 ​​단위는 SI 시스템 W(Watt)에서 W(Watt)로 지정됩니다. 전력이 고려되므로 여기서는 일정 기간 동안 특정 작업을 수행하는 데 소비되는 전기 에너지의 값입니다.

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전력 구하는 공식

결론적으로, 일의 측정 단위는 스칼라량이며, 물리학의 모든 분야와 관계가 있으며, 전기역학이나 열공학뿐만 아니라 다른 분야의 관점에서도 고려할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 이 기사에서는 힘의 작용 측정 단위를 특징짓는 가치를 간략하게 검토합니다.

동영상

일상생활에서 '일'이라는 단어는 매우 자주 등장합니다. 그러나 물리학의 관점에서는 생리학적 작업과 작업을 구별해야 합니다. 수업을 마치고 집에 오면 "아, 너무 피곤해!"라고 말합니다. 이것은 생리적인 작업입니다. 또는 예를 들어 민화 "Turnip"에 나오는 팀의 작업입니다.

그림 1. 일상적인 의미의 작업

여기서는 물리학의 관점에서 작업에 대해 이야기하겠습니다.

물체가 힘의 영향을 받아 움직이면 기계적 작업이 수행됩니다. 작업은 라틴 문자 A로 지정됩니다. 작업에 대한 보다 엄격한 정의는 다음과 같습니다.

힘이 한 일은 힘의 크기와 힘의 방향으로 물체가 이동한 거리를 곱한 것과 같은 물리량입니다.

그림 2. 일은 물리량이다

이 공식은 신체에 일정한 힘이 작용할 때 유효합니다.

국제 SI 단위 시스템에서 일은 줄 단위로 측정됩니다.

이는 1뉴턴의 힘의 영향을 받아 물체가 1미터를 움직인다면 이 힘에 의해 1줄의 일이 수행된다는 것을 의미합니다.

작업 단위는 영국 과학자 James Prescott Joule의 이름을 따서 명명되었습니다.

그림 3. 제임스 프레스콧 주울(1818 - 1889)

일 계산 공식에 따르면 일이 0인 경우는 세 가지 경우가 있습니다.

첫 번째 경우는 물체에 힘이 작용하지만 물체가 움직이지 않는 경우입니다. 예를 들어, 집은 엄청난 중력의 영향을 받습니다. 하지만 집이 움직이지 않기 때문에 그녀는 아무 일도 하지 않는다.

두 번째 경우는 신체가 관성에 의해 움직이는 경우, 즉 힘이 작용하지 않는 경우입니다. 예를 들어, 우주선이 은하계 공간에서 움직이고 있습니다.

세 번째 경우는 신체의 이동 방향에 수직인 힘이 신체에 작용하는 경우입니다. 이 경우 몸이 움직이고 힘이 작용하더라도 몸의 움직임은 없습니다. 힘의 방향으로.

그림 4. 작업량이 0인 세 가지 경우

또한 힘이 행한 일은 부정적일 수도 있다고 말해야 합니다. 몸을 움직이면 이런 일이 일어난다 힘의 방향과 반대로. 예를 들어, 크레인이 케이블을 사용하여 지면 위로 하중을 들어 올릴 때 중력이 한 일은 음의 일입니다(반대로 위쪽으로 향하는 케이블의 탄성력에 의한 일은 양의 일입니다).

건설 작업을 수행할 때 구덩이를 모래로 채워야 한다고 가정해 보겠습니다. 굴착기가 이 작업을 수행하는 데는 몇 분이 걸리지만 삽을 들고 있는 작업자는 몇 시간 동안 작업해야 합니다. 하지만 굴착기와 작업자 모두 작업을 완료했을 것입니다. 같은 직업.

그림 5. 동일한 작업이 다른 시간에 완료될 수 있음

물리학에서 수행되는 작업 속도를 특성화하기 위해 전력이라는 양이 사용됩니다.

전력은 작업이 수행된 시간에 대한 작업의 비율과 동일한 물리량입니다.

전원은 라틴 문자로 표시됩니다. N.

전력의 SI 단위는 와트입니다.

1와트는 1초에 1줄의 일을 하는 전력입니다.

동력 장치의 이름은 영국 과학자이자 증기 기관의 발명가인 James Watt의 이름을 따서 명명되었습니다.

그림 6. 제임스 와트(1736~1819)

작업 계산 공식과 전력 계산 공식을 결합해 보겠습니다.

이제 신체가 이동한 경로의 비율이 다음과 같다는 것을 기억합시다. 에스, 이동 시점까지 티신체의 이동 속도를 나타냅니다. V.

따라서, 힘은 힘의 수치와 힘 방향의 신체 속도를 곱한 것과 같습니다..

이 공식은 알려진 속도로 움직이는 물체에 힘이 작용하는 문제를 해결할 때 사용하는 것이 편리합니다.

서지

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숙제

1. 어떤 경우에 일은 0과 같나요?
2. 힘의 방향으로 이동하는 경로를 따라 일은 어떻게 이루어지나요? 반대 방향으로?
3. 벽돌이 0.4m 움직일 때 벽돌에 작용하는 마찰력에 의해 행해진 일은 얼마입니까? 마찰력은 5N이다.

운동의 에너지 특성은 기계적 일 또는 힘의 일이라는 개념을 바탕으로 소개됩니다.

일정한 힘 F에 의해 수행된 일 A → 힘과 변위 모듈에 각도의 코사인을 곱한 것과 같은 물리량입니다. α , 힘 벡터 F →와 변위 s → 사이에 위치합니다.

이 정의는 그림 1에서 설명됩니다. 18 . 1 .

작업 공식은 다음과 같이 작성됩니다.

A = Fs cos α .

일은 스칼라량이다. 이는 (0° ≤ α에서 양수일 ​​수 있습니다.< 90 °) , отрицательной при (90 ° < α ≤ 180 °) . Когда задается прямой угол α , тогда совершаемая сила равняется нулю. Единицы измерения работы по системе СИ - джоули (Д ж) .

1줄은 1N의 힘이 힘의 방향으로 1m를 이동하는 데 한 일과 같습니다.

그림 1 . 18 . 1 . 힘의 일 F →: A = F s cos α = F s s

F s → 힘 F → 이동 방향 s에 투영할 때 → 힘은 일정하게 유지되지 않으며 작은 움직임 Δ s i에 대한 작업 계산 다음 공식에 따라 요약되어 생성됩니다.

A = ∑ Δ A i = ∑ F s i Δ s i .

이 일의 양은 극한(Δs i → 0)으로부터 계산된 다음 적분됩니다.

작품의 그래픽 표현은 그림 1의 그래프 F s (x) 아래에 있는 곡선 그림의 영역에서 결정됩니다. 18 . 2.

그림 1 . 18 . 2. 작업의 그래픽 정의 Δ A i = F s i Δ s i .

좌표에 의존하는 힘의 예로는 Hooke의 법칙을 따르는 용수철의 탄성력이 있습니다. 스프링을 늘리려면 힘 F →를 적용해야 하며, 그 계수는 스프링의 신장에 비례합니다. 이는 그림 1에서 볼 수 있습니다. 18 . 삼.

그림 1 . 18 . 삼. 늘어난 스프링. 외력 F →의 방향은 운동 방향 s →와 일치합니다. F s = k x , 여기서 k는 스프링 강성을 나타냅니다.

F → y p = - F →

x 좌표에 대한 외력 계수의 의존성은 직선을 사용하여 플롯할 수 있습니다.

그림 1 . 18 . 4 . 스프링이 늘어날 때 좌표에 대한 외력 계수의 의존성.

위 그림에서 삼각형의 면적을 이용하여 스프링의 오른쪽 자유단의 외력에 행해진 일을 찾는 것이 가능합니다. 수식은 다음과 같은 형식을 취합니다.

이 공식은 스프링을 압축할 때 외력이 한 일을 표현하는 데 적용할 수 있습니다. 두 경우 모두 탄성력 F → y p가 외부 힘 F → 의 작업과 동일하지만 부호가 반대임을 보여줍니다.

정의 2

여러 힘이 몸체에 작용하는 경우 전체 작업에 대한 공식은 몸체에 수행된 모든 작업의 ​​합계처럼 보입니다. 물체가 병진 운동할 때 힘의 적용 지점은 동일하게 움직입니다. 즉, 모든 힘의 총 일은 적용된 힘의 합력의 일과 같습니다.

그림 1 . 18 . 5 . 기계 작업의 모델.

전력 결정

힘단위시간당 힘이 한 일이라고 한다.

N으로 표시되는 물리적 전력량을 기록하는 것은 수행된 작업 기간 t에 대한 작업 A의 비율, 즉 다음과 같은 형태를 취합니다.

정의 4

SI 시스템은 와트(Wt)를 전력 단위로 사용하며, 이는 1초에 1J의 일을 하는 힘의 전력과 같습니다.

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미래에 특정 목적으로 사용되거나 일종의 작업을 수행하기 위해 전류가 생성됩니다. 전기 덕분에 모든 장치, 장치 및 장비가 작동합니다. 작품 자체는 설정된 거리 이상으로 전하를 이동시키기 위해 가해지는 어떤 노력을 나타냅니다. 일반적으로 회로 섹션 내에서 이러한 작업은 이 섹션의 전압 수치와 동일합니다.

필요한 계산을 수행하려면 전류 작업을 측정하는 방법을 알아야 합니다. 모든 계산은 측정 장비를 사용하여 얻은 초기 데이터를 기반으로 수행됩니다. 전하가 클수록 이동하는 데 더 많은 노력이 필요하고 더 많은 작업이 수행됩니다.

현재의 작품을 무엇이라 부르나요?

물리량으로서의 전류 그 자체는 실질적인 의미가 없습니다. 가장 중요한 요소는 전류가 수행하는 작업을 특징으로 하는 전류의 효과입니다. 작품 자체는 한 유형의 에너지가 다른 유형의 에너지로 변환되는 특정 활동을 나타냅니다. 예를 들어, 모터 샤프트를 회전시키면 전기 에너지가 기계 에너지로 변환됩니다. 전류 자체의 작용은 전기장의 영향을 받아 도체에서 전하가 이동하는 것입니다. 실제로, 하전 입자를 이동시키는 모든 작업은 전기장에 의해 수행됩니다.

계산을 수행하려면 전류 작동 공식을 도출해야 합니다. 공식을 작성하려면 현재 강도 및 같은 매개변수가 필요합니다. 전류가 한 일과 전기장이 한 일은 동일하므로 도체에 흐르는 전압과 전하의 곱으로 표현됩니다. 즉, A = Uq입니다. 이 공식은 도체의 전압을 결정하는 관계식(U = A/q)에서 파생되었습니다. 전압은 하전 입자 q를 운반하기 위해 전기장 A가 수행한 작업을 나타냅니다.

하전 입자 또는 전하 자체는 현재 강도와 이 전하가 도체를 따라 이동하는 데 소요된 시간의 곱으로 표시됩니다. q = It. 이 공식에서는 도체의 전류 강도에 대한 관계식인 I = q/t가 사용되었습니다. 즉, 전하가 도체 단면을 통과하는 시간에 대한 전하의 비율입니다. 최종 형태에서 전류 작업에 대한 공식은 알려진 수량의 곱인 A = UIt와 유사합니다.

전류 작업은 어떤 단위로 측정됩니까?

전류 작업을 측정하는 방법에 대한 문제를 직접 해결하기 전에 이 매개변수를 계산하는 데 사용되는 모든 물리량의 측정 단위를 수집해야 합니다. 따라서 모든 작업의 ​​측정 단위는 1줄(1J)입니다. 전압은 볼트, 전류는 암페어, 시간은 초 단위로 측정됩니다. 이는 측정 단위가 다음과 같다는 것을 의미합니다: 1 J = 1V x 1A x 1s.

얻은 측정 단위를 기반으로 전류 작업은 회로 섹션의 전류 강도, 섹션 끝의 전압 및 전류가 회로를 통해 흐르는 시간의 곱으로 결정됩니다. 지휘자.

측정은 전압계와 시계를 사용하여 수행됩니다. 이러한 장치를 사용하면 주어진 매개변수의 정확한 값을 찾는 방법에 대한 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다. 전류계와 전압계를 회로에 연결할 때 지정된 시간 동안 판독값을 모니터링해야 합니다. 얻은 데이터가 수식에 삽입된 후 최종 결과가 표시됩니다.

세 가지 장치의 기능은 소비되는 에너지와 실제로 전류에 의해 수행되는 작업을 고려하는 전기 계량기에 결합됩니다. 여기서는 또 다른 단위인 1kW x h가 사용됩니다. 이는 단위 시간 동안 수행된 작업량을 의미하기도 합니다.