قوانين الحفظ في الميكانيكا قانون حفظ الزخم. الدفع النفاث

في تجربتنا اليومية، تظهر كلمة "العمل" كثيرًا. ولكن ينبغي التمييز بين العمل الفسيولوجي والعمل من وجهة نظر علم الفيزياء. عندما تعود إلى المنزل من الفصل، تقول: "أوه، أنا متعب جدًا!" هذا عمل فسيولوجي. أو على سبيل المثال عمل الفريق في الحكاية الشعبية "اللفت".

الشكل 1. العمل بالمعنى اليومي للكلمة

سنتحدث هنا عن العمل من وجهة نظر الفيزياء.

يتم تنفيذ العمل الميكانيكي إذا تحرك الجسم تحت تأثير القوة. يُشار إلى العمل بالحرف اللاتيني A. ويبدو أن التعريف الأكثر صرامة للعمل يبدو هكذا.

عمل القوة هو كمية فيزيائية تساوي حاصل ضرب مقدار القوة في المسافة التي يقطعها الجسم في اتجاه القوة.

الشكل 2. العمل كمية فيزيائية

الصيغة صالحة عندما تؤثر قوة ثابتة على الجسم.

في النظام الدولي لوحدات SI، يتم قياس الشغل بالجول.

وهذا يعني أنه إذا تحرك جسم مسافة متر واحد تحت تأثير قوة مقدارها 1 نيوتن، فإن هذه القوة تبذل شغلًا مقداره 1 جول.

سميت وحدة الشغل على اسم العالم الإنجليزي جيمس بريسكوت جول.

الشكل 3. جيمس بريسكوت جول (1818 - 1889)

ويترتب على صيغة حساب العمل أن هناك ثلاث حالات محتملة عندما يكون العمل مساوياً للصفر.

الحالة الأولى هي عندما تؤثر قوة على جسم، لكن الجسم لا يتحرك. على سبيل المثال، يتعرض المنزل لقوة جاذبية هائلة. لكنها لا تقوم بأي عمل لأن المنزل ساكن بلا حراك.

الحالة الثانية هي عندما يتحرك الجسم بالقصور الذاتي، أي لا تؤثر عليه أي قوى. على سبيل المثال، سفينة فضائية تتحرك في الفضاء بين المجرات.

الحالة الثالثة هي عندما تؤثر قوة على الجسم بشكل عمودي على اتجاه حركة الجسم. في هذه الحالة، على الرغم من أن الجسم يتحرك وتؤثر عليه قوة، إلا أنه لا توجد حركة للجسم في اتجاه القوة.

الشكل 4. ثلاث حالات عندما يكون الشغل صفراً

وينبغي أن يقال أيضًا أن الشغل الذي تبذله القوة يمكن أن يكون سالبًا. سيحدث هذا إذا تحرك الجسم ضد اتجاه القوة. على سبيل المثال، عندما ترفع رافعة حمولة فوق الأرض باستخدام كابل، يكون الشغل الذي تبذله قوة الجاذبية سالبًا (والشغل الذي تبذله القوة المرنة للكابل الموجهة لأعلى، على العكس من ذلك، يكون موجبًا).

لنفترض أنه عند القيام بأعمال البناء، يجب ملء الحفرة بالرمل. قد يستغرق الأمر بضع دقائق حتى تتمكن الحفارة من القيام بذلك، لكن العامل الذي يستخدم المجرفة سيتعين عليه العمل لعدة ساعات. لكن كلاً من الحفار والعامل كانا سيكتملان نفس الوظيفة.

الشكل 5. يمكن إكمال نفس العمل في أوقات مختلفة

لتوصيف سرعة الشغل المبذول في الفيزياء، يتم استخدام كمية تسمى القدرة.

القوة هي كمية فيزيائية تساوي نسبة الشغل إلى الوقت الذي يتم فيه تنفيذه.

يشار إلى القوة بحرف لاتيني ن.

وحدة الطاقة في النظام الدولي للوحدات هي الواط.

الواط الواحد هو القدرة التي يتم بها إنجاز جول واحد من الشغل في ثانية واحدة.

سميت وحدة الطاقة على اسم العالم الإنجليزي مخترع المحرك البخاري جيمس وات.

الشكل 6. جيمس وات (1736 - 1819)

دعونا ندمج صيغة حساب العمل مع صيغة حساب الطاقة.

دعونا نتذكر الآن أن النسبة بين المسار الذي يقطعه الجسم هي س، بحلول وقت الحركة ريمثل سرعة حركة الجسم الخامس.

هكذا، القوة تساوي حاصل ضرب القيمة العددية للقوة وسرعة الجسم في اتجاه القوة.

هذه الصيغة ملائمة للاستخدام عند حل المسائل التي تؤثر فيها القوة على جسم يتحرك بسرعة معروفة.

فهرس

لوكاشيك في.إي.، إيفانوفا إي.في. مجموعة مسائل في الفيزياء للصفوف 7-9 بمؤسسات التعليم العام. - الطبعة 17. - م: التربية، 2004.
بيريشكين أ.ف. الفيزياء. الصف السابع - الطبعة الرابعة عشرة، الصورة النمطية. - م: حبارى، 2010.
بيريشكين أ.ف. مجموعة من المشاكل في الفيزياء، الصفوف 7-9: الطبعة الخامسة، الصورة النمطية. - م: دار النشر "امتحان"، 2010.

بوابة الإنترنت Physics.ru ().
بوابة الإنترنت Festival.1september.ru ().
بوابة الإنترنت Fizportal.ru ().
بوابة الإنترنت Elkin52.narod.ru ().

العمل في المنزل

في أي الحالات يكون الشغل مساوياً للصفر؟
كيف يتم الشغل على طول المسار المتحرك في اتجاه القوة؟ في الاتجاه المعاكس؟
ما مقدار الشغل الذي تبذله قوة الاحتكاك المؤثرة على الطوب عندما يتحرك مسافة 0.4 m؟ قوة الاحتكاك تساوي 5 نيوتن.

محتوى:

يتم توليد تيار كهربائي من أجل استخدامه في المستقبل لأغراض معينة، للقيام بنوع من العمل. بفضل الكهرباء، تعمل جميع الأجهزة والأجهزة والمعدات. يمثل العمل نفسه جهدًا معينًا يتم تطبيقه لتحريك شحنة كهربائية على مسافة محددة. تقليديا، مثل هذا العمل داخل قسم من الدائرة سيكون مساوياً للقيمة العددية للجهد في هذا القسم.

لإجراء الحسابات اللازمة، عليك أن تعرف كيف يتم قياس عمل التيار. يتم إجراء جميع الحسابات على أساس البيانات الأولية التي تم الحصول عليها باستخدام أدوات القياس. كلما كانت الشحنة أكبر، كلما زاد الجهد المطلوب لتحريكها، وسيتم بذل المزيد من العمل.

ماذا يسمى عمل التيار؟

التيار الكهربائي، ككمية فيزيائية، ليس له في حد ذاته أي أهمية عملية. العامل الأكثر أهمية هو تأثير التيار، الذي يتميز بالعمل الذي يؤديه. يمثل العمل نفسه إجراءات معينة يتحول خلالها نوع من الطاقة إلى نوع آخر. على سبيل المثال، يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية عن طريق تدوير عمود المحرك. عمل التيار الكهربائي نفسه هو حركة الشحنات في الموصل تحت تأثير المجال الكهربائي. في الواقع، كل عمل تحريك الجسيمات المشحونة يتم بواسطة المجال الكهربائي.

من أجل إجراء الحسابات، يجب استخلاص صيغة لتشغيل التيار الكهربائي. لتجميع الصيغ، ستحتاج إلى معلمات مثل القوة الحالية و. بما أن الشغل المبذول بواسطة تيار كهربائي والشغل المبذول بواسطة المجال الكهربائي هما نفس الشيء، فسيتم التعبير عنه كحاصل ضرب الجهد والشحنة المتدفقة في الموصل. أي: أ = Uq. تم اشتقاق هذه الصيغة من العلاقة التي تحدد الجهد في الموصل: U = A/q. ويترتب على ذلك أن الجهد يمثل الشغل الذي يقوم به المجال الكهربائي A لنقل جسيم مشحون q.

يتم عرض الجسيم المشحون أو الشحنة نفسها كمنتج للتيار والوقت المستغرق في نقل هذه الشحنة على طول الموصل: q = It. في هذه الصيغة، تم استخدام العلاقة بين قوة التيار في الموصل: I = q/t. أي أنها نسبة الشحنة إلى الفترة الزمنية التي تمر خلالها الشحنة عبر المقطع العرضي للموصل. وفي صورتها النهائية ستكون صيغة عمل التيار الكهربائي عبارة عن حاصل ضرب الكميات المعروفة: A = UIt.

في أي وحدات يتم قياس عمل التيار الكهربائي؟

قبل أن نتناول مباشرة مسألة كيفية قياس عمل التيار الكهربائي، من الضروري جمع وحدات قياس جميع الكميات الفيزيائية التي يتم من خلالها حساب هذه المعلمة. وأي عمل فإن وحدة قياس هذه الكمية ستكون 1 جول (1 جول). يتم قياس الجهد بالفولت، والتيار بالأمبير، والوقت بالثواني. وهذا يعني أن وحدة القياس ستبدو كما يلي: 1 J = 1V x 1A x 1s.

بناءً على وحدات القياس التي تم الحصول عليها، سيتم تحديد عمل التيار الكهربائي على أنه حاصل ضرب شدة التيار في قسم من الدائرة، والجهد عند نهايات القسم، والفترة الزمنية التي يتدفق خلالها التيار خلال المقطع. موصل.

يتم إجراء القياسات باستخدام الفولتميتر والساعة. تتيح لك هذه الأجهزة حل مشكلة كيفية العثور على القيمة الدقيقة لمعلمة معينة بشكل فعال. عند توصيل مقياس التيار الكهربائي والفولتميتر بالدائرة، من الضروري مراقبة قراءاتهما لفترة زمنية محددة. يتم إدراج البيانات التي تم الحصول عليها في الصيغة، وبعد ذلك يتم عرض النتيجة النهائية.

يتم دمج وظائف الأجهزة الثلاثة في عدادات كهربائية تأخذ في الاعتبار الطاقة المستهلكة، وفي الواقع العمل الذي يتم بواسطة التيار الكهربائي. هنا يتم استخدام وحدة أخرى - 1 كيلو واط × ساعة، وهو ما يعني أيضًا مقدار العمل المنجز خلال وحدة زمنية.

العمل الميكانيكي هو خاصية الطاقة لحركة الأجسام المادية، والتي لها شكل عددي. وهي تساوي معامل القوة المؤثرة على الجسم مضروبًا في معامل الإزاحة الناتجة عن هذه القوة وفي جيب تمام الزاوية بينهما.

الصيغة 1 - العمل الميكانيكي.

و- القوة المؤثرة على الجسم.

ق - حركة الجسم .

cosa - جيب تمام الزاوية بين القوة والإزاحة.

هذه الصيغة لها شكل عام. إذا كانت الزاوية بين القوة المطبقة والإزاحة صفرًا، فإن جيب التمام يساوي 1. وبناءً على ذلك، سيكون الشغل مساويًا فقط لحاصل ضرب القوة والإزاحة. ببساطة، إذا تحرك جسم في اتجاه تأثير القوة، فإن الشغل الميكانيكي يساوي حاصل ضرب القوة والإزاحة.

الحالة الخاصة الثانية هي عندما تكون الزاوية بين القوة المؤثرة على الجسم وإزاحته 90 درجة. في هذه الحالة، جيب التمام 90 درجة يساوي صفرًا، وبالتالي فإن الشغل سيكون مساويًا للصفر. وبالفعل، ما يحدث هو أننا نؤثر بقوة في اتجاه واحد، فيتحرك الجسم بشكل عمودي عليه. أي أن الجسم بوضوح لا يتحرك تحت تأثير قوتنا. ومن ثم، فإن الشغل الذي تبذله القوة لتحريك الجسم يساوي صفرًا.

الشكل 1 - عمل القوى عند تحريك الجسم.

إذا أثرت على جسم أكثر من قوة واحدة، يتم حساب القوة الكلية المؤثرة على الجسم. ثم يتم التعويض بها في الصيغة باعتبارها القوة الوحيدة. يمكن للجسم تحت تأثير القوة أن يتحرك ليس فقط بشكل مستقيم، ولكن أيضًا على طول مسار تعسفي. في هذه الحالة، يتم حساب العمل لقسم صغير من الحركة، والتي يمكن اعتبارها مستقيمة، ثم يتم تلخيصها على طول المسار بأكمله.

يمكن أن يكون العمل إيجابيًا وسلبيًا. أي أنه إذا تطابقت الإزاحة والقوة في الاتجاه، فإن الشغل يكون موجبًا. وإذا أثرت قوة في اتجاه، وتحرك الجسم في اتجاه آخر، فسيكون الشغل سالبًا. مثال على العمل السلبي هو عمل قوة الاحتكاك. حيث أن قوة الاحتكاك موجهة عكس اتجاه الحركة. تخيل جسمًا يتحرك على طول الطائرة. القوة المؤثرة على الجسم تدفعه في اتجاه معين. تقوم هذه القوة بعمل إيجابي لتحريك الجسم. لكن في الوقت نفسه، تؤدي قوة الاحتكاك شغلًا سلبيًا. يبطئ حركة الجسم ويتجه نحو حركته.

الشكل 2 - قوة الحركة والاحتكاك.

يتم قياس العمل الميكانيكي بالجول. الجول الواحد هو الشغل الذي تبذله قوة مقدارها نيوتن واحد عند تحريك جسم مسافة متر واحد. بالإضافة إلى اتجاه حركة الجسم، يمكن أن يتغير حجم القوة المطبقة أيضًا. على سبيل المثال، عند ضغط زنبرك، فإن القوة المطبقة عليه ستزداد بما يتناسب مع المسافة المقطوعة. في هذه الحالة، يتم حساب العمل باستخدام الصيغة.

الصيغة 2 - عمل ضغط الزنبرك.

ك هو صلابة الربيع.

س - الإحداثيات المتحركة.

طاقة- مقياس عالمي لمختلف أشكال الحركة والتفاعل. يحدث تغيير في الحركة الميكانيكية للجسم بسبب القوات، يتصرف عليه من الهيئات الأخرى. أعمال القوة -عملية تبادل الطاقة بين الأجسام المتفاعلة.

إذا كان هناك حركة على الجسم إلى الأمام بشكل مستقيمتوجد قوة ثابتة F المؤثرة، والتي تصنع زاوية معينة  مع اتجاه الحركة، فإن عمل هذه القوة يساوي حاصل ضرب إسقاط القوة F سبواسطة اتجاه الحركة مضروبا في حركة نقطة تطبيق القوة: (1)

بشكل عام، يمكن للقوة أن تتغير من حيث الحجم والاتجاه العدديةالقيمة ه العمل الابتدائيالقوى F على النزوح د:

حيث  هي الزاوية بين المتجهين F وdr؛ س = |د| - المسار الابتدائي؛ F س - إسقاط المتجه F على المتجه dr الشكل 1. 1

عمل القوة على مقطع المسار من النقطة 1 الى حد، الى درجة 2 يساوي المجموع الجبري للعمل الأولي على المقاطع الفردية المتناهية الصغر من المسار: (2)

أين س- مرت عبر الجسم. متى </2 работа силы положительна, если >/2 كان الشغل الذي تبذله القوة سالباً. عندما تكون =/2 (القوة عمودية على الإزاحة)، يكون الشغل الذي تبذله القوة صفرًا.

وحدة العمل - جول(J): الشغل المبذول بواسطة قوة مقدارها 1 N في مسار طوله 1 m (1 J = 1 N  m).

قوة– قيمة سرعة العمل : (3)

خلال الزمن د ر قوة F يعمل Fdr، والقوة التي تنشأ من هذه القوة عند لحظة معينة من الحزام: (4)

أي أنه يساوي المنتج القياسي لمتجه القوة ومتجه السرعة الذي تتحرك به نقطة تطبيق هذه القوة؛ ن-ضخامة العددية.

وحدة الطاقة - واط(W): القدرة التي يتم بها تنفيذ 1J من الشغل خلال 1s (1W = 1J/s).

الطاقة الحركية والطاقة الكامنة

الطاقة الحركيةالنظام الميكانيكي - طاقة الحركة الميكانيكية لهذا النظام.

القوة F، المؤثرة على جسم ساكن وتسبب حركته، تبذل شغلًا، وتتغير طاقة الجسم المتحرك (د ت) يزيد بمقدار العمل المنفق د أ. أي أن دا = دي تي

باستخدام قانون نيوتن الثاني (F=mdV/dt) وعدد من التحولات الأخرى التي نحصل عليها

(5)- الطاقة الحركية لجسم كتلته m يتحرك بسرعة الخامس.

تعتمد الطاقة الحركية فقط على كتلة الجسم وسرعته.

في الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي المختلفة التي تتحرك بالنسبة لبعضها البعض، لن تكون سرعة الجسم، وبالتالي طاقته الحركية، هي نفسها. وبالتالي، تعتمد الطاقة الحركية على اختيار الإطار المرجعي.

الطاقة الكامنة- الطاقة الميكانيكية لنظام الأجسام، والتي تحددها موقعها النسبي وطبيعة قوى التفاعل بينها.

عندما تتفاعل الأجسام من خلال مجالات القوة (مجالات قوى الجاذبية المرنة)، فإن الشغل الذي تقوم به القوى المؤثرة عند تحريك الجسم لا يعتمد على مسار هذه الحركة، بل يعتمد فقط على الوضعين الأولي والنهائي للجسم. تسمى هذه الحقول محتملوالقوى المؤثرة فيها محافظ. إذا كان الشغل الذي تبذله قوة يعتمد على مسار الجسم المتحرك من نقطة إلى أخرى فإن هذه القوة تسمى تبديد(قوة الإحتكاك). الجسم الموجود في مجال قوى محتمل، لديه طاقة محتملة P. عمل القوى المحافظة مع تغيير أولي (متناهي الصغر) في تكوين النظام يساوي زيادة الطاقة الكامنة المأخوذة بعلامة الطرح: dA = - موانئ دبي (6)

العمل د أ- يمكن كتابة المنتج القياسي للقوة F والإزاحة dr والتعبير (6) على النحو التالي: Fdr= -dП (7)

عند الحساب، تعتبر الطاقة الكامنة لجسم في موضع معين مساوية للصفر (يتم اختيار المستوى المرجعي الصفري)، ويتم قياس طاقة الجسم في المواضع الأخرى نسبة إلى المستوى الصفري.

يعتمد الشكل المحدد للوظيفة P على طبيعة مجال القوة. على سبيل المثال، الطاقة الكامنة لجسم ذو كتلة تي،مرفوع إلى ارتفاع حفوق سطح الأرض يساوي (8)

أين هو الارتفاع حيتم حسابه من مستوى الصفر، حيث P 0 = 0.

وبما أن الأصل تم اختياره بشكل تعسفي، فإن الطاقة الكامنة يمكن أن يكون لها قيمة سلبية (الطاقة الحركية دائما إيجابية!).إذا اعتبرنا طاقة الوضع لجسم ملقى على سطح الأرض صفرًا، فإن طاقة الوضع لجسم يقع في قاع المنجم (العمق ح" ) ، ف = - mgh".

الطاقة الكامنة للنظام هي وظيفة لحالة النظام. يعتمد ذلك فقط على تكوين النظام وموقعه بالنسبة للهيئات الخارجية.

إجمالي الطاقة الميكانيكية للنظاميساوي مجموع الطاقات الحركية والطاقات الكامنة: E=T+P.

من أهم المفاهيم في الميكانيكا عمل القوة .

عمل القوة

جميع الأجسام المادية في العالم من حولنا تتحرك بالقوة. إذا أثر على جسم متحرك في نفس الاتجاه أو في الاتجاه المعاكس قوة أو عدة قوى من جسم واحد أو أكثر فيقال: يجري العمل .

أي أن العمل الميكانيكي يتم من خلال قوة تؤثر على الجسم. وبالتالي، فإن قوة الجر للقاطرة الكهربائية تحرك القطار بأكمله، وبالتالي تؤدي العمل الميكانيكي. يتم قيادة الدراجة بواسطة القوة العضلية لأرجل الدراج. ونتيجة لذلك، تقوم هذه القوة أيضًا بعمل ميكانيكي.

في الفيزياء عمل القوة نسمي كمية فيزيائية تساوي حاصل ضرب معامل القوة، ومعامل الإزاحة لنقطة تطبيق القوة وجيب تمام الزاوية بين القوة ومتجهات الإزاحة.

ا = و ث كوس (و، ق) ,

أين F وحدة القوة,

س - وحدة السفر .

يتم الشغل دائمًا إذا كانت الزاوية بين رياح القوة والإزاحة ليست صفرًا. إذا كانت القوة تؤثر في الاتجاه المعاكس لاتجاه الحركة، فإن مقدار الشغل يكون سالبًا.

لا يبذل أي شغل إذا لم تؤثر أي قوى على الجسم، أو إذا كانت الزاوية بين القوة المؤثرة واتجاه الحركة 90 درجة (cos 90 o = 0).

إذا قام الحصان بسحب عربة، فإن القوة العضلية للحصان، أو قوة الجر الموجهة على طول اتجاه حركة العربة، تعمل. لكن قوة الجاذبية التي يضغط بها السائق على العربة لا تقوم بأي شغل، لأنها موجهة نحو الأسفل، بشكل عمودي على اتجاه الحركة.

عمل القوة هو كمية عددية.

وحدة العمل في نظام القياس SI - جول. 1 جول هو الشغل الذي تبذله قوة مقدارها 1 نيوتن على مسافة 1 متر إذا تزامن اتجاه القوة والإزاحة.

إذا أثرت عدة قوى على جسم أو نقطة مادية، فإننا نتحدث عن الشغل الذي تبذله القوة المحصلة.

إذا كانت القوة المؤثرة غير ثابتة، فإن عملها يحسب كتكامل:

قوة

القوة التي تحرك الجسم تؤدي عملاً ميكانيكيًا. لكن كيفية إنجاز هذا العمل، بسرعة أو ببطء، من المهم جدًا في بعض الأحيان معرفتها عمليًا. بعد كل شيء، يمكن إكمال نفس العمل في أوقات مختلفة. الشغل الذي يقوم به محرك كهربائي كبير يمكن أن يقوم به محرك صغير. لكنه سيحتاج إلى مزيد من الوقت لذلك.

في الميكانيكا هناك كمية تميز سرعة الشغل. تسمى هذه الكمية قوة.

القوة هي نسبة العمل المنجز في فترة زمنية معينة إلى قيمة هذه الفترة.

ن = أ /∆ ر

أ-بريوري أ = F س كوس α ، أ ق / ∆ ر = الخامس ، لذلك