Bất kỳ chuyển động nào của một cơ thể trong không gian, dẫn đến sự thay đổi tổng năng lượng của nó, đều có liên quan đến công việc. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét đại lượng này là gì, công cơ học được đo bằng gì và nó được biểu thị như thế nào, và chúng ta cũng sẽ giải quyết một vấn đề thú vị về chủ đề này.
Làm đại lượng vật lý
Trước khi trả lời câu hỏi công cơ học được đo bằng gì, chúng ta hãy làm quen với giá trị này. Theo định nghĩa, công là tích vô hướng của lực và vectơ dịch chuyển của vật mà lực này gây ra. Về mặt toán học, chúng ta có thể viết đẳng thức sau:
A=(F¯S¯).
Dấu ngoặc tròn cho biết sản phẩm chấm. Với các thuộc tính của nó, rõ ràng công thức này sẽ được viết lại như sau:
A=FScos (α).
Trong đó α là góc giữa vectơ lực và độ dời.
Từ các biểu thức đã viết, công việc được đo bằng Newton trên mét (Nm). Như đã biết,đại lượng này được gọi là joule (J). Nghĩa là, trong vật lý, công cơ học được đo bằng đơn vị công việc Joules. Một Joule tương ứng với công việc như vậy, trong đó lực một Newton, tác động song song với chuyển động của cơ thể, dẫn đến sự thay đổi vị trí của nó trong không gian một mét.
Đối với việc chỉ định công việc cơ khí trong vật lý, cần lưu ý rằng chữ A thường được sử dụng cho điều này (từ ardeit của Đức - lao động, công việc). Trong văn học tiếng Anh, bạn có thể tìm thấy ký hiệu của giá trị này bằng chữ cái Latinh W. Trong văn học tiếng Nga, chữ cái này được dùng để chỉ quyền lực.
Làm việc và năng lượng
Xác định câu hỏi về cách đo công cơ học, chúng tôi thấy rằng đơn vị của nó trùng với đơn vị của năng lượng. Sự trùng hợp ngẫu nhiên này không phải là ngẫu nhiên. Thực tế là đại lượng vật lý được coi là một trong những cách biểu hiện của năng lượng trong tự nhiên. Bất kỳ chuyển động nào của các vật thể trong trường lực hoặc khi không có chúng đều đòi hỏi chi phí năng lượng. Loại thứ hai được sử dụng để thay đổi động năng và thế năng của các vật thể. Quá trình thay đổi này được đặc trưng bởi công việc đang được thực hiện.
Năng lượng là đặc tính cơ bản của cơ thể. Nó được lưu trữ trong các hệ thống cô lập, nó có thể được biến đổi thành các dạng cơ, hóa, nhiệt, điện và các dạng khác. Công việc chỉ là biểu hiện cơ học của các quá trình năng lượng.
Làm việc trong khí
Biểu thức được viết ở trên để hoạt độnglà cơ bản. Tuy nhiên, công thức này có thể không phù hợp để giải quyết các vấn đề thực tế từ các lĩnh vực vật lý khác nhau, vì vậy các biểu thức khác suy ra từ nó được sử dụng. Một trong những trường hợp như vậy là công được thực hiện bởi khí. Thật thuận tiện để tính toán nó bằng công thức sau:
A=∫V(PdV).
Ở đây P là áp suất trong chất khí, V là thể tích của nó. Biết công cơ học được đo bằng gì, thật dễ dàng chứng minh tính hợp lệ của biểu thức tích phân, thực sự:
Pam3=N / m2 m3=Nm=J.
Trong trường hợp chung, áp suất là một hàm của thể tích, vì vậy tích phân có thể có dạng tùy ý. Trong trường hợp của quá trình đẳng tích, sự nở hoặc co của một chất khí xảy ra ở một áp suất không đổi. Trong trường hợp này, công của khí bằng tích đơn giản của giá trị P và sự thay đổi thể tích của nó.
Vừa làm việc vừa xoay cơ thể quanh trục
Trào lưu quay có tính chất phổ biến rộng rãi trong tự nhiên và công nghệ. Nó được đặc trưng bởi các khái niệm về mômen (lực, động lượng và quán tính). Để xác định công của ngoại lực làm cho một vật hoặc hệ quay quanh một trục nhất định, trước tiên bạn phải tính mômen của lực. Nó được tính như thế này:
M=Fd.
Trong đó d là khoảng cách từ vectơ lực đến trục quay, nó được gọi là vai. Mômen M, dẫn đến chuyển động quay của hệ một góc θ quanh trục nào đó, thực hiện công việc sau:
A=Mθ.
Đây Mđược biểu thị bằng Nm và góc θ tính bằng radian.
Nhiệm vụ vật lý cho công việc cơ học
Như đã nói trong bài báo, công việc luôn được thực hiện bởi lực lượng này hoặc lực lượng kia. Hãy xem xét vấn đề thú vị sau đây.
Cơ thể nằm trên mặt phẳng nghiêng với đường chân trời một góc 25o. Trượt xuống, cơ thể nhận được một số động năng. Cần phải tính toán năng lượng này, cũng như công của lực hấp dẫn. Khối lượng của một vật là 1 kg, đường đi của nó dọc theo mặt phẳng là 2m. Có thể bỏ qua lực cản ma sát trượt.
Ở trên đã chỉ ra rằng chỉ một phần của lực hướng dọc theo chuyển vị mới hoạt động. Dễ dàng chứng minh rằng trong trường hợp này, phần sau của lực hấp dẫn sẽ tác dụng dọc theo sự dịch chuyển:
F=mgsin (α).
Ở đây α là góc nghiêng của mặt phẳng. Sau đó, công việc được tính như thế này:
A=mgsin (α)S=19,810,42262=8,29 J.
Tức là, trọng lực có tác dụng tích cực.
Bây giờ chúng ta hãy xác định động năng của cơ thể khi kết thúc quá trình giảm xuống. Để làm điều này, hãy nhớ định luật Newton thứ hai và tính gia tốc:
a=F / m=gsin (α).
Vì chuyển động trượt của vật là gia tốc đều nên ta có quyền sử dụng công thức động học tương ứng để xác định thời gian chuyển động:
S=at2/ 2=>
t=√ (2S / a)=√ (2S / (gsin (α))).
Tốc độ của cơ thể khi kết thúc quá trình giảm tốc được tính như sau:
v=at=gsin (α)√ (2S / (gsin (α)))=√ (2Sgsin (α)).
Động năng của chuyển động tịnh tiến được xác định bằng biểu thức sau:
E=mv2/ 2=m2Sgsin (α) / 2=mSgsin (α).
Chúng tôi nhận được một kết quả thú vị: hóa ra công thức về động năng hoàn toàn khớp với biểu thức về công của lực hấp dẫn, đã thu được trước đó. Điều này cho thấy tất cả công cơ học của lực F đều nhằm mục đích làm tăng động năng của vật trượt. Trong thực tế, do lực ma sát, công A luôn lớn hơn công E.
