Leggi di conservazione in meccanica La legge di conservazione della quantità di moto. Propulsione a jet

Nella nostra esperienza quotidiana la parola “lavoro” è molto comune. Ma bisogna distinguere tra lavoro fisiologico e lavoro dal punto di vista della scienza fisica. Quando torni a casa dalla lezione dici: “Oh, quanto sono stanco!”. Questo è un lavoro fisiologico. O, ad esempio, il lavoro della squadra nel racconto popolare "Rapa".

Fig 1. Lavoro nel senso quotidiano del termine

Parleremo qui del lavoro dal punto di vista della fisica.

Il lavoro meccanico viene compiuto quando una forza muove un corpo. Il lavoro è indicato con la lettera latina A. Una definizione più rigorosa di lavoro è la seguente.

Il lavoro di una forza è una quantità fisica pari al prodotto dell'intensità della forza per la distanza percorsa dal corpo nella direzione della forza.

Fig 2. Il lavoro è una quantità fisica

La formula è valida quando sul corpo agisce una forza costante.

Nel sistema di unità internazionale SI, il lavoro viene misurato in joule.

Ciò significa che se un corpo si muove di 1 metro sotto l'azione di una forza di 1 newton, questa forza compie 1 joule di lavoro.

L'unità di lavoro prende il nome dallo scienziato inglese James Prescott Joule.

Figura 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

Dalla formula per il calcolo del lavoro ne consegue che ci sono tre casi in cui il lavoro è uguale a zero.

Il primo caso è quando una forza agisce sul corpo, ma il corpo non si muove. Ad esempio, su una casa agisce un'enorme forza di gravità. Ma non lavora, perché la casa è immobile.

Il secondo caso è quando il corpo si muove per inerzia, cioè su di esso non agisce alcuna forza. Ad esempio, un'astronave si muove nello spazio intergalattico.

Il terzo caso è quando una forza agisce sul corpo perpendicolarmente alla direzione del movimento del corpo. In questo caso, sebbene il corpo si muova e la forza agisca su di esso, non c'è movimento del corpo nella direzione della forza.

Fig 4. Tre casi in cui il lavoro è pari a zero

Va anche detto che il lavoro di una forza può essere negativo. Così sarà se si verifica il movimento del corpo contro la direzione della forza. Ad esempio, quando una gru solleva un carico da terra mediante una fune, il lavoro della gravità è negativo (e il lavoro verso l'alto della forza elastica della fune, al contrario, è positivo).

Supponiamo che, quando si eseguono lavori di costruzione, la fossa debba essere coperta di sabbia. Un escavatore impiegherebbe diversi minuti per fare questo, e un operaio con una pala dovrebbe lavorare per diverse ore. Ma sia l'escavatore che l'operaio si sarebbero esibiti lo stesso lavoro.

Fig 5. Lo stesso lavoro può essere svolto in tempi diversi

Per caratterizzare la velocità del lavoro in fisica, viene utilizzata una quantità chiamata potenza.

La potenza è una quantità fisica pari al rapporto tra il lavoro e il tempo della sua esecuzione.

Il potere è indicato da una lettera latina N.

L'unità SI di potenza è il watt.

Un watt è la potenza alla quale viene svolto un joule di lavoro in un secondo.

L'unità di potenza prende il nome dallo scienziato inglese e inventore del motore a vapore James Watt.

Figura 6. James Watt (1736 - 1819)

Combina la formula per calcolare il lavoro con la formula per calcolare la potenza.

Ricordiamo ora che il rapporto tra il percorso percorso dal corpo, S, al momento del movimento Tè la velocità del corpo v.

Così, la potenza è uguale al prodotto del valore numerico della forza e della velocità del corpo nella direzione della forza.

Questa formula è conveniente da usare quando si risolvono problemi in cui una forza agisce su un corpo che si muove a una velocità nota.

Bibliografia

1. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Raccolta di compiti in fisica per i gradi 7-9 delle istituzioni educative. - 17a ed. - M.: Illuminismo, 2004.
2. Peryškin A.V. Fisica. 7 celle - 14a ed., stereotipo. - M.: Otarda, 2010.
3. Peryškin A.V. Raccolta di problemi di fisica, classi 7-9: 5a ed., Stereotipo. - M: Casa editrice degli esami, 2010.

1. Portale Internet Physics.ru ().
2. Portale Internet Festival.1september.ru ().
3. Portale Internet Fizportal.ru ().
4. Portale Internet Elkin52.narod.ru ().

Compiti a casa

1. Quando il lavoro è pari a zero?
2. Qual è il lavoro compiuto sulla traiettoria percorsa nella direzione della forza? Nella direzione opposta?
3. Quale lavoro compie la forza di attrito che agisce sul mattone quando si sposta di 0,4 m? La forza di attrito è 5 N.

Contenuto:

La corrente elettrica viene generata per utilizzarla ulteriormente per determinati scopi, per eseguire qualsiasi lavoro. Grazie all'elettricità, tutti i dispositivi, i dispositivi e le apparecchiature funzionano. Il lavoro stesso è un certo sforzo applicato per spostare una carica elettrica per una certa distanza. Convenzionalmente, tale lavoro all'interno della sezione del circuito sarà pari al valore numerico della tensione in questa sezione.

Per eseguire i calcoli necessari è necessario sapere come viene misurato il lavoro della corrente. Tutti i calcoli vengono eseguiti sulla base dei dati iniziali ottenuti utilizzando strumenti di misurazione. Maggiore è la carica, maggiore sarà lo sforzo necessario per spostarla e maggiore sarà il lavoro svolto.

Quello che viene chiamato il lavoro della corrente

La corrente elettrica, come grandezza fisica, di per sé non ha alcun significato pratico. Il fattore più importante è l'azione della corrente, che è caratterizzata dal lavoro da essa svolto. Il lavoro stesso è una certa azione nel processo in cui un tipo di energia viene convertito in un altro. Ad esempio, l'energia elettrica viene convertita in energia meccanica ruotando l'albero del motore. Il lavoro della corrente elettrica stessa consiste nel movimento delle cariche nel conduttore sotto l'influenza di un campo elettrico. In effetti, tutto il lavoro di spostamento delle particelle cariche viene svolto da un campo elettrico.

Per eseguire i calcoli è necessario ricavare la formula del lavoro di una corrente elettrica. Per elaborare le formule, avrai bisogno di parametri come la forza attuale e. Poiché il lavoro di una corrente elettrica e il lavoro di un campo elettrico sono la stessa cosa, verrà espresso come il prodotto della tensione e della carica che scorre in un conduttore. Cioè: A = Uq. Questa formula è stata ricavata dal rapporto che determina la tensione nel conduttore: U = A/q. Ne consegue che la tensione è il lavoro del campo elettrico A sul trasferimento di una particella carica q.

La particella carica o la carica stessa viene visualizzata come il prodotto della forza attuale e del tempo impiegato nel movimento di questa carica lungo il conduttore: q \u003d It. In questa formula è stato utilizzato il rapporto tra l'intensità di corrente nel conduttore: I \u003d q / t. Cioè è il rapporto tra la carica e l'intervallo di tempo durante il quale la carica attraversa la sezione trasversale del conduttore. Nella sua forma finale, la formula per il lavoro di una corrente elettrica sembrerà un prodotto di quantità note: A \u003d UIt.

In quali unità si misura il lavoro della corrente elettrica?

Prima di risolvere direttamente la questione su come si misura il lavoro della corrente elettrica, è necessario raccogliere le unità di misura di tutte le grandezze fisiche con cui viene calcolato questo parametro. Ad ogni lavoro, quindi, l'unità di misura di questa quantità sarà 1 Joule (1 J). La tensione è misurata in volt, la corrente è misurata in ampere e il tempo è misurato in secondi. Quindi l'unità di misura sarà simile a questa: 1 J = 1V x 1A x 1s.

Sulla base delle unità di misura ottenute, il lavoro della corrente elettrica sarà determinato come il prodotto dell'intensità di corrente nella sezione del circuito, della tensione alle estremità della sezione e dell'intervallo di tempo durante il quale la corrente scorre attraverso il conduttore.

La misurazione viene effettuata utilizzando un voltmetro e un orologio. Questi dispositivi consentono di risolvere efficacemente il problema di come trovare il valore esatto di un determinato parametro. Quando si accendono l'amperometro e il voltmetro nel circuito, è necessario monitorare le loro letture per un periodo di tempo specificato. I dati risultanti vengono inseriti nella formula, dopodiché viene visualizzato il risultato finale.

Le funzioni di tutti e tre i dispositivi sono combinate in contatori elettrici che tengono conto dell'energia consumata e, di fatto, del lavoro svolto dalla corrente elettrica. Qui viene utilizzata un'altra unità: 1 kWh, che significa anche la quantità di lavoro svolto nell'unità di tempo.

Il lavoro meccanico è un'energia caratteristica del movimento dei corpi fisici, che ha una forma scalare. È uguale al modulo della forza che agisce sul corpo, moltiplicato per il modulo di spostamento causato da questa forza e il coseno dell'angolo compreso tra loro.

Formula 1 - Lavoro meccanico.

F - Forza agente sul corpo.

s - movimento del corpo.

cosa - Coseno dell'angolo tra forza e spostamento.

Questa formula ha una forma generale. Se l'angolo tra la forza applicata e lo spostamento è zero, allora il coseno è 1. Di conseguenza, il lavoro sarà uguale solo al prodotto della forza per lo spostamento. In poche parole, se il corpo si muove nella direzione di applicazione della forza, il lavoro meccanico è uguale al prodotto della forza per lo spostamento.

Il secondo caso particolare è quando l'angolo tra la forza che agisce sul corpo e il suo spostamento è di 90 gradi. In questo caso il coseno di 90 gradi è pari a zero, rispettivamente il lavoro sarà pari a zero. E in effetti, ciò che accade è che applichiamo la forza in una direzione e il corpo si muove perpendicolarmente ad essa. Cioè, ovviamente il corpo non si muove sotto l'influenza della nostra forza. Pertanto, il lavoro della nostra forza per spostare il corpo è zero.

Figura 1 - Il lavoro delle forze durante lo spostamento del corpo.

Se sul corpo agisce più di una forza, viene calcolata la forza totale agente sul corpo. E poi viene sostituito nella formula come unica forza. Un corpo sotto l'azione di una forza può muoversi non solo in linea retta, ma anche lungo una traiettoria arbitraria. In questo caso il lavoro viene calcolato per un piccolo tratto di movimento, che può essere considerato rettilineo e poi riassunto lungo l'intero percorso.

Il lavoro può essere sia positivo che negativo. Cioè, se lo spostamento e la forza coincidono nella direzione, allora il lavoro è positivo. E se la forza viene applicata in una direzione e il corpo si muove nell'altra, il lavoro sarà negativo. Un esempio di lavoro negativo è il lavoro della forza di attrito. Poiché la forza di attrito è diretta contro il movimento. Immagina un corpo che si muove lungo un piano. Una forza applicata ad un corpo lo spinge in una certa direzione. Questa forza fa un lavoro positivo per muovere il corpo. Ma allo stesso tempo, la forza di attrito svolge un lavoro negativo. Rallenta il movimento del corpo ed è diretto al suo movimento.

Figura 2 - Forza di movimento e attrito.

Il lavoro in meccanica si misura in Joule. Un Joule è il lavoro compiuto dalla forza di un Newton quando un corpo si sposta di un metro. Oltre alla direzione del movimento del corpo, può cambiare anche l'entità della forza applicata. Ad esempio, quando si comprime una molla, la forza applicata ad essa aumenta in proporzione alla distanza percorsa. In questo caso, il lavoro viene calcolato dalla formula.

Formula 2 - Lavoro di compressione di una molla.

k è la rigidezza della molla.

x - sposta la coordinata.

Energia- una misura universale di varie forme di movimento e interazione. Viene causato il cambiamento nel movimento meccanico del corpo forze agendo su di esso da altri corpi. Il potere funziona - il processo di scambio energetico tra corpi interagenti.

Se ci si sposta sul corpo semplice Agisce una forza costante F che forma un certo angolo  con la direzione del movimento, quindi il lavoro di questa forza è uguale al prodotto della proiezione della forza F S dalla direzione del movimento moltiplicata per il movimento del punto di applicazione della forza: (1)

Nel caso generale, quindi, la forza può variare sia in valore assoluto che in direzione scalare e valore lavoro elementare forze F sullo spostamento dr:

dove  è l'angolo tra i vettori F e dr; ds = |dr| - modo elementare; F S - proiezione del vettore F sul vettore dr fig. 1

Il lavoro della forza sulla sezione della traiettoria dal punto 1 al punto 2 è pari alla somma algebrica dei lavori elementari su distinti tratti infinitesimi del percorso: (2)

Dove S- passato dal corpo. Quando </2 работа силы положительна, если >/2 il lavoro compiuto dalla forza è negativo. Quando =/2 (la forza è perpendicolare allo spostamento), il lavoro della forza è zero.

Unità di lavoro - joule(J): lavoro compiuto da una forza di 1 N su un percorso di 1 m (1 J = 1 N  m).

Energia- il valore della velocità di lavoro: (3)

Durante il periodo d T forza F compie il lavoro Fdr, e la potenza sviluppata da questa forza, in un dato istante della cinghia: (4)

cioè è uguale al prodotto scalare del vettore forza e del vettore velocità con cui si muove il punto di applicazione di tale forza; N- grandezza scalare.

Alimentatore - watt(W): potenza alla quale viene svolto il lavoro 1J in 1s (1W = 1J/s).

Energie cinetiche e potenziali

Energia cinetica sistema meccanico: l'energia del movimento meccanico di questo sistema.

La forza F, che agisce su un corpo a riposo e ne provoca il movimento, funziona, e la variazione di energia del corpo in movimento (d T) aumenta in base alla quantità di lavoro speso d UN. cioè dA = dT

Usando la seconda legge di Newton (F=mdV/dt) e una serie di altre trasformazioni, otteniamo

(5) - energia cinetica di un corpo di massa m, che si muove ad una velocità v.

L'energia cinetica dipende solo dalla massa e dalla velocità del corpo.

In diversi sistemi di riferimento inerziali che si muovono l'uno rispetto all'altro, la velocità del corpo, e quindi la sua energia cinetica, sarà diversa. Pertanto, l'energia cinetica dipende dalla scelta del sistema di riferimento.

Energia potenziale- energia meccanica di un sistema di corpi, determinata dalla loro disposizione reciproca e dalla natura delle forze di interazione tra loro.

Nel caso dell'interazione dei corpi effettuata mediante campi di forze (campi di forze elastiche, gravitazionali), il lavoro svolto dalle forze agenti durante lo spostamento del corpo non dipende dalla traiettoria di questo movimento, ma dipende solo dalla posizioni iniziali e finali del corpo. Tali campi sono chiamati potenziale, e le forze che agiscono in essi - conservatore. Se il lavoro compiuto dalla forza dipende dalla traiettoria del movimento del corpo da un punto a un altro, tale forza viene chiamata dissipativo(forza di attrito). Il corpo, trovandosi in un potenziale campo di forze, ha un'energia potenziale P. Il lavoro delle forze conservatrici con un cambiamento elementare (infinitamente piccolo) nella configurazione del sistema è uguale all'incremento dell'energia potenziale, preso con un segno meno : dA= - dÏ (6)

Lavoro d UN- il prodotto scalare della forza F per lo spostamento dr e l'espressione (6) può essere scritta: Fdr= -dП (7)

Nei calcoli, l'energia potenziale del corpo in una determinata posizione è considerata uguale a zero (viene scelto il livello di riferimento zero) e l'energia corporea in altre posizioni viene conteggiata rispetto al livello zero.

La forma specifica della funzione P dipende dalla natura del campo di forza. Ad esempio, l'energia potenziale di un corpo di massa T, elevato ad un'altezza H sopra la superficie terrestre è (8)

dov'è l'altezza H viene conteggiato a partire dal livello zero, per il quale P 0 =0.

Poiché l'origine viene scelta arbitrariamente, l'energia potenziale può avere un valore negativo (l'energia cinetica è sempre positiva!). Se prendiamo come zero l'energia potenziale di un corpo che giace sulla superficie della Terra, allora l'energia potenziale di un corpo che si trova sul fondo della miniera (profondità H" ), P= - mgh".

L'energia potenziale di un sistema è una funzione dello stato del sistema. Dipende solo dalla configurazione del sistema e dalla sua posizione rispetto ai corpi esterni.

Energia meccanica totale del sistemaè uguale alla somma dell'energia cinetica e potenziale: E=T+P.

Uno dei concetti più importanti della meccanica forza lavoro .

Lavoro di forza

Tutti i corpi fisici nel mondo che ci circonda sono guidati dalla forza. Se un corpo che si muove nella stessa direzione o in direzione opposta è influenzato da una o più forze provenienti da uno o più corpi, allora si dice che il lavoro è fatto .

Cioè, il lavoro meccanico viene svolto dalla forza che agisce sul corpo. Pertanto, la forza di trazione di una locomotiva elettrica mette in movimento l'intero treno, eseguendo così un lavoro meccanico. La bicicletta è spinta dalla forza muscolare delle gambe del ciclista. Pertanto questa forza compie anche un lavoro meccanico.

Nella fisica lavoro di forza chiamata quantità fisica pari al prodotto del modulo di forza, del modulo di spostamento del punto di applicazione della forza e del coseno dell'angolo tra i vettori di forza e spostamento.

A = F·s cos (F, s) ,

Dove F modulo di forza,

S- modulo di movimento .

Il lavoro è sempre compiuto se l'angolo tra i venti di forza e di spostamento non è uguale a zero. Se la forza agisce in direzione opposta a quella del moto, la quantità di lavoro è negativa.

Il lavoro non viene eseguito se sul corpo non agiscono forze o se l'angolo tra la forza applicata e la direzione del movimento è 90 o (cos 90 o \u003d 0).

Se il cavallo tira il carro, allora il lavoro viene svolto dalla forza muscolare del cavallo, o dalla forza di trazione diretta nella direzione del carro. E la forza di gravità con cui l'autista preme sul carro non funziona, poiché è diretta verso il basso, perpendicolare alla direzione del movimento.

Il lavoro di una forza è una grandezza scalare.

Unità di lavoro SI -joule. 1 joule è il lavoro compiuto da una forza di 1 newton a una distanza di 1 m se la direzione della forza e dello spostamento sono la stessa.

Se su un corpo o su un punto materiale agiscono più forze, si parla del lavoro svolto dalla loro forza risultante.

Se la forza applicata non è costante, il suo lavoro viene calcolato come integrale:

Energia

La forza che mette in movimento il corpo compie un lavoro meccanico. Ma a volte è molto importante sapere nella pratica come viene svolto questo lavoro, velocemente o lentamente. Dopotutto, lo stesso lavoro può essere svolto in tempi diversi. Il lavoro svolto da un grande motore elettrico può essere svolto da un piccolo motore. Ma gli ci vorrà molto più tempo per farlo.

In meccanica esiste una grandezza che caratterizza la velocità del lavoro. Questo valore è chiamato energia.

La potenza è il rapporto tra il lavoro svolto in un certo periodo di tempo e il valore di questo periodo.

N= A/∆ T

A-prior A = F S cos α , UN s/∆ t = v , quindi

N= F v cos α = F v ,

Dove F - forza, v velocità, α è l'angolo tra la direzione della forza e la direzione della velocità.

Questo è energia - è il prodotto scalare del vettore forza e del vettore velocità del corpo.

Nel sistema SI internazionale, la potenza è misurata in watt (W).

La potenza di 1 watt è il lavoro di 1 joule (J) compiuto in 1 secondo (s).

La potenza può essere aumentata aumentando la forza che esegue il lavoro o la velocità con cui questo lavoro viene svolto.