Conţinut

• Pași
• Partea 1 din 3: Găsirea valorii muncii într-o dimensiune
• Partea 2 din 3: Calculul muncii folosind forța unghiulară
• Partea 3 din 3: Utilizarea valorii de lucru
• sfaturi

În fizică, conceptul de „muncă” are o definiție diferită de cea utilizată în viața de zi cu zi. În special, termenul „muncă” este folosit atunci când forța fizică determină mișcarea unui obiect. În general, dacă o forță puternică face ca un obiect să se miște foarte departe, atunci se lucrează mult. Și dacă forța este mică sau obiectul nu se mișcă foarte departe, atunci doar puțină muncă. Rezistența poate fi calculată folosind formula: Muncă = F × D × cosinus (θ)unde F = forță (în Newtoni), D = deplasare (în metri) și θ = unghi între vectorul forței și direcția de mișcare.

Pași

Partea 1 din 3: Găsirea valorii muncii într-o dimensiune

1. 1 Găsiți direcția vectorului forței și direcția mișcării. Pentru a începe, este important să determinați mai întâi în ce direcție se mișcă obiectul, precum și de unde se aplică forța. Rețineți că obiectele nu se mișcă întotdeauna în conformitate cu forța aplicată asupra lor - de exemplu, dacă trageți un cărucior mic de mâner, atunci aplicați o forță diagonală (dacă sunteți mai înalt decât căruța) pentru a-l muta redirecţiona. Cu toate acestea, în această secțiune ne vom ocupa de situații în care forța (efortul) și mișcarea unui obiect avea aceeasi directie. Pentru informații despre cum să găsiți un loc de muncă atunci când aceste articole nu au aceeași direcție, citiți mai jos.
   • Pentru a face acest proces ușor de înțeles, să urmăm exemplul sarcinii. Să presupunem că o trăsură de jucărie este trasă drept înainte de trenul din fața sa. În acest caz, vectorul de forță și direcția de mișcare a trenului indică aceeași cale - redirecţiona... În următorii pași, vom folosi aceste informații pentru a ajuta la găsirea muncii efectuate de entitate.
2. 2 Găsiți decalajul obiectului. Prima variabilă D sau offset de care avem nevoie pentru formula de lucru este de obicei ușor de găsit. Deplasarea este pur și simplu distanța cu care forța a determinat deplasarea obiectului față de poziția sa inițială. În sarcinile educaționale, aceste informații sunt de obicei fie date (cunoscute), fie pot fi derivate (găsite) din alte informații din sarcină. În viața reală, tot ce trebuie să faceți pentru a găsi deplasarea este să măsurați distanța în care se mișcă obiectele.
   • Rețineți că unitățile de distanță trebuie să fie în metri în formula pentru a calcula lucrarea.
   • În exemplul nostru de tren de jucărie, să presupunem că găsim lucrarea făcută de tren în timp ce trece de-a lungul liniei. Dacă începe dintr-un anumit punct și se oprește într-un loc la aproximativ 2 metri de-a lungul pistei, atunci putem folosi 2 metri pentru valoarea noastră „D” din formulă.
3. 3 Găsiți forța aplicată obiectului. Apoi, găsiți cantitatea de forță utilizată pentru a mișca obiectul. Aceasta este o măsură a „forței” forței - cu cât valoarea ei este mai mare, cu atât împinge obiectul mai puternic și cu atât își accelerează cursul. Dacă magnitudinea forței nu este furnizată, aceasta poate fi derivată din masă și accelerația deplasării (cu condiția să nu existe alte forțe conflictuale care să acționeze asupra ei) folosind formula F = M × A.
   • Vă rugăm să rețineți că unitățile de forță trebuie să fie în Newtoni pentru a calcula formula de lucru.
   • În exemplul nostru, să presupunem că nu cunoaștem magnitudinea forței. Cu toate acestea, să presupunem că știucă trenul de jucărie are o masă de 0,5 kg și că forța îl determină să accelereze la o viteză de 0,7 metri / secundă. În acest caz, putem găsi valoarea înmulțind M × A = 0,5 × 0,7 = 0,35 Newton.
4. 4 Înmulțiți forța × Distanța. Odată ce știți cantitatea de forță care acționează asupra obiectului dvs. și distanța în care a fost mutat, restul este ușor. Înmulțiți aceste două valori unele cu altele pentru a obține valoarea de lucru.
   • Este timpul să rezolvăm problema noastră de exemplu. Cu o valoare a forței de 0,35 Newton și o valoare a deplasării de 2 metri, răspunsul nostru este o chestiune de multiplicare simplă: 0,35 × 2 = 0,7 Jouli.
   • Este posibil să fi observat că formula dată în introducere are o parte suplimentară la formula: cosinus (θ). După cum sa discutat mai sus, în acest exemplu, forța și direcția de mișcare sunt aplicate în aceeași direcție. Aceasta înseamnă că unghiul dintre ele este 0. Deoarece cosinusul (0) = 1, atunci nu ar trebui să-l includem - doar înmulțim cu 1.
5. 5 Indicați răspunsul în Jouli. În fizică, valorile muncii (și alte câteva cantități) sunt date aproape întotdeauna într-o unitate de măsură numită joule. Un joule este definit ca 1 Newton de forță aplicat pe metru sau, cu alte cuvinte, 1 Newton × metru. Acest lucru are sens - deoarece înmulțiți distanța cu forța, are sens că răspunsul pe care îl primiți va avea o unitate de măsură egală cu unitatea forței voastre înmulțită cu distanța dvs.
   • Rețineți că Joule are, de asemenea, o definiție alternativă de 1 W de putere emisă pe secundă. Citiți mai jos pentru o discuție mai detaliată despre putere și relația acesteia cu performanța.

Partea 2 din 3: Calculul muncii folosind forța unghiulară

1. 1 Găsiți forța și deplasarea ca de obicei. Mai sus, am tratat o problemă în care un obiect se mișcă în aceeași direcție ca forța care i se aplică. De fapt, acest lucru nu este întotdeauna cazul. În cazurile în care forța și mișcarea unui obiect sunt în două direcții diferite, diferența dintre aceste două direcții trebuie, de asemenea, să fie inclusă în ecuație pentru a obține un rezultat precis. Mai întâi, găsiți cantitatea de forță și deplasare a obiectului, așa cum faceți de obicei.
   • Să aruncăm o privire la un alt exemplu de problemă. În acest caz, să presupunem că trăgem trenul de jucărie înainte, ca în exemplul problemei de mai sus, dar de data aceasta trăim de fapt în sus la un unghi diagonal.În pasul următor, vom lua în considerare acest lucru, dar deocamdată vom rămâne la elementele de bază: mișcarea trenului și magnitudinea forței care acționează asupra acestuia. Pentru scopurile noastre, să presupunem că forța are magnitudinea 10 Newton și că a condus la fel 2 metri înainte ca înainte.
2. 2 Găsiți unghiul dintre vectorul de forță și deplasare. Spre deosebire de exemplele de mai sus cu o forță care se află într-o direcție diferită de mișcarea obiectului, trebuie să găsiți diferența dintre cele două direcții în ceea ce privește unghiul dintre ele. Dacă nu vi se furnizează aceste informații, este posibil să fie necesar să măsurați unghiul dumneavoastră sau să le obțineți din alte informații din problemă.
   • În problema noastră de exemplu, presupunem că forța aplicată este cu aproximativ 60 deasupra planului orizontal. Dacă trenul se mișcă în continuare drept înainte (adică orizontal), atunci unghiul dintre vectorul forței și mișcarea trenului va fi egal cu 60.
3. 3 Înmulțiți Forța × Distanța × Cosinus (θ). Odată ce cunoașteți deplasarea unui obiect, cantitatea de forță care acționează asupra acestuia și unghiul dintre vectorul de forță și mișcarea acestuia, decizia este aproape la fel de ușoară ca și fără a lua în considerare unghiul. Luați doar cosinusul unui unghi (acest lucru poate necesita un calculator științific) și multiplicați-l cu forța și deplasarea pentru a găsi răspunsul la problema dvs. în Jouli.
   • Să rezolvăm un exemplu al problemei noastre. Folosind calculatorul, constatăm că cosinusul 60 este 1/2. Incluzând acest lucru în formulă, putem rezolva problema după cum urmează: 10 Newtoni × 2 metri × 1/2 = 10 Jouli.

Partea 3 din 3: Utilizarea valorii de lucru

1. 1 Modificați formula pentru a găsi distanța, forța sau unghiul. Formula de lucru de mai sus nu este pur şi simplu util pentru găsirea de muncă - este, de asemenea, valoros pentru găsirea oricăror variabile într-o ecuație atunci când știți deja semnificația muncii. În aceste cazuri, evidențiați pur și simplu variabila pe care o căutați și rezolvați ecuația conform regulilor de bază ale algebrei.
   • De exemplu, să presupunem că știm că trenul nostru este tras cu o forță de 20 Newtoni la un unghi diagonal de peste 5 metri de cale pentru a face 86,6 Jouli de lucru. Cu toate acestea, nu cunoaștem unghiul vectorului forței. Pentru a găsi unghiul, selectăm pur și simplu această variabilă și rezolvăm ecuația după cum urmează:

     86,6 = 20 × 5 × Cosinus (θ)

     86,6 / 100 = Cosinus (θ)

     Arccos (0,866) = θ = 30

2. 2 Împărțiți-vă la timpul petrecut în mișcare pentru a găsi puterea. În fizică, munca este strâns legată de un alt tip de măsură numită putere. Puterea este pur și simplu un mod de cuantificare a vitezei cu care se lucrează pe un anumit sistem pe o perioadă lungă de timp. Astfel, pentru a găsi puterea, tot ce trebuie să faceți este să împărțiți munca utilizată pentru a muta obiectul la timpul necesar pentru a finaliza mișcarea. Măsurătorile de putere sunt indicate în unități de W (care sunt egale cu Joule / secundă).
   • De exemplu, pentru problema de exemplu din pasul de mai sus, să presupunem că a durat 12 secunde pentru a deplasa trenul cu 5 metri. În acest caz, tot ce trebuie să faceți este să împărțiți munca depusă pentru a-l muta cu 5 metri (86,6 J) la 12 secunde pentru a găsi răspunsul pentru calcularea puterii: 86,6 / 12 = '7,22 wați.
3. 3 Utilizați formula TME_eu + W_nc = TME_fpentru a găsi energia mecanică din sistem. Lucrarea poate fi folosită și pentru a găsi cantitatea de energie conținută în sistem. În formula de mai sus TME_eu = iniţială energie mecanică totală în sistemul TME_f = final energia mecanică totală din sistem și W_nc = muncă desfășurată în sistemele de comunicații datorită forțelor neconservatoare .. În această formulă, dacă se aplică o forță în direcția mișcării, atunci este pozitivă și dacă o apasă (împotriva) ei, atunci este negativă. Rețineți că ambele variabile de energie pot fi găsite prin formula (½) mv, unde m = masă și V = volum.
   • De exemplu, pentru exemplul problemei la doi pași de mai sus, să presupunem că trenul avea inițial o energie mecanică totală de 100 J. Deoarece forța din problemă trage trenul în direcția pe care a trecut deja, este pozitivă. În acest caz, energia finală a trenului este TME_eu + W_nc = 100 + 86.6 = 186,6 J.
   • Rețineți că forțele neconservative sunt forțe a căror putere de a afecta accelerația unui obiect depinde de calea parcursă de obiect.Fricțiunea este un bun exemplu - un obiect împins de-a lungul unei căi scurte și drepte va simți efectele fricțiunii pentru o perioadă scurtă de timp, în timp ce un obiect împins de-a lungul unei căi lungi și înfășurate în aceeași locație finală va experimenta mai multă frecare în general.

sfaturi

• Dacă reușești să rezolvi problema, atunci zâmbește și fii fericit pentru tine!
• Practicați rezolvarea a cât mai multe probleme posibil, acest lucru va asigura o înțelegere completă.
• Continuați să exersați și încercați din nou dacă nu reușiți prima dată.
• Studiați următoarele puncte despre muncă:
  • Munca realizată cu forța poate fi fie pozitivă, fie negativă. (În acest sens, termenii „pozitiv sau negativ” au semnificația lor matematică, dar sensul lor obișnuit).
  • Munca efectuată este negativă atunci când forța acționează în direcția opusă deplasării.
  • Munca realizată este pozitivă atunci când forța acționează în direcția de deplasare.