1. Головна
    2. Фізика
    3. Як розрахувати роботу:11 кроків (з ілюстраціями)

Як розрахувати роботу:11 кроків (з ілюстраціями)

У фізиці поняття "робота" має інше визначення, ніж те, яке використовується в повсякденному житті. Зокрема, термін "робота" використовується, коли фізична сила змушує об'єкт переміщатися. Загалом, якщо потужна сила змушує об'єкт переміщатися дуже далеко, то виконується багато роботи. І якщо сила - невелика або об'єкт не переміщається дуже далеко, - то тільки невелика робота. Сила може бути розрахована за формулою: Робота = F x D x косинус(θ) , де F = сила (в Ньютонах), D = зміщення (в метрах), і θ = кут між вектором сили і напрямком руху.

Частина1З 3:
Знаходження значення роботи в в одному вимірі

  1. Знайдіть напрямок вектора сили і напрямок руху. щоб почати, важливо спочатку визначити в якому напрямку рухається об'єкт, а також звідки застосовується сила. Майте на увазі, що об'єкти не завжди рухаються відповідно до сили, прикладеної до них, — наприклад, якщо ви потягнете невелику візок за ручку, то ви застосовуєте діагональну силу (якщо ви вище, ніж візок), щоб перемістити її вперед. У цьому розділі, однак, ми будемо мати справу з ситуаціями, в яких сила (зусилля) і переміщення об'єкта мають однаковий напрямок. Для отримання інформації про те, як знайти роботу, коли ці предмети не мають однакового напрямку, читайте нижче.
    • Щоб зробити цей процес легким для розуміння, давайте наслідувати приклад завдання. Скажімо, іграшковий вагон тягнеться прямо вперед поїздом перед ним. У цьому випадку вектор сили і напрямок руху поїзда вказують на однаковий шлях —Вперед . У наступних кроках ми будемо використовувати цю інформацію, щоб допомогти знайти роботу, виконану об'єктом.
  2. Знайдіть зміщення об'єкта. першу змінну D або зміщення, яка нам потрібна для Формули роботи, як правило, легко знайти. Зсув - це просто відстань, на яку сила змусила об'єкт переміститися від його вихідного положення. У навчальних завданнях ця інформація, як правило, або дана (відома), або її можна вивести (знайти) з іншої інформації в задачі. У реальному житті все, що вам потрібно зробити, щоб знайти зміщення, це виміряти відстань руху об'єктів.
    • Зверніть увагу, що одиниці вимірювання відстані повинні бути в метрах у формулі для обчислення роботи.
    • У нашому прикладі іграшкового поїзда, припустимо, що знаходимо роботу, виконану поїздом, коли він проходить по трасі. Якщо він стартує в певній точці і зупиняється в місці близько 2 метрів по трасі, то ми можемо використовувати2 метри для нашого значення "D" у формулі.
  3. Знайдіть силу, що застосовується до об'єкта. далі знайдіть величину сили, яка використовується для переміщення об'єкта. Це є мірою "міцності" сили-чим більше її величина, тим сильніше вона штовхає об'єкт і тим швидше він прискорює свій хід. [1] якщо величина сили не передбачена, її можна вивести з маси і прискорення переміщення (за умови, що немає інших конфліктуючих сил, що діють на нього) за допомогою формули F = mx A. [2]
    • Зверніть увагу, що одиниці вимірювання сили повинні бути в Ньютонах для обчислення формули роботи.
    • У нашому прикладі, припустимо, що не знаємо величину сили. Тим не менш, давайте припустимо, що знаємо , що іграшковий поїзд має масу 0,5 кг і що сила змушує його прискорюватися зі швидкістю 0,7 метрів / секунду 2 . У цьому випадку можемо знайти величину шляхом множення M X a = 0.5 x 0.7 = 0.35 Ньютон .
  4. Помножте Сила На Відстань. після того, як дізнаєтеся величину сили, що діє на ваш об'єкт, і відстань, на яке він був переміщений, інше буде зробити легко. Просто помножте ці два значення один на одного, щоб отримати значення роботи.
    • Пора вирішити наш приклад завдання. При значенні сили 0,35 Ньютон і значенні зміщення-2 метри, наша відповідь є питанням простого множення: 0.35 x 2 =0.7 джоулів .
    • Ви, можливо, помітили, що у формулі, наведеній у введенні, є додаткова частина до формули: косинус (θ). Як обговорювалося вище, в цьому прикладі сила і напрямок руху застосовуються в одному напрямку. Це означає, що кут між ними дорівнює 0 o . Оскільки косинус (0) = 1, то ми не повинні включати його — ми просто множимо на 1.
  5. Позначте відповідь в Джоулях. у фізиці значення роботи (і декількох інших величин) майже завжди даються в одиниці виміру, яка називається Джоуль. Один джоуль визначається як 1 Ньютон сили застосовується на 1 метр, або іншими словами, 1 Ньютон метр. [3] це має сенс — так як ви множите відстань на силу, це логічно, що відповідь, яку Ви отримаєте, буде мати одиницю виміру, рівну множенню одиниці величини вашої сили і відстані.
    • Зверніть увагу, що Джоуль також має альтернативне визначення-1 ват потужності, випромінюваної за одну секунду. [4] Читайте нижче про більш детальне обговорення потужності та її співвідношення до роботи.

Частина2З 3:
Обчислення роботи за допомогою кутової сили

  1. Знайдіть силу і зміщення, як зазвичай. вище ми мали справу з завданням, в якій об'єкт рухається в тому ж напрямку, що і сила, яка прилаштовується до нього. Насправді не завжди так буває. У тих випадках, коли сила і рух об'єкта знаходяться в двох різних напрямках, різниця між цими двома напрямками також повинна бути врахована в рівнянні для отримання точного результату. Для початку знайдіть величину сили і зміщення об'єкта, як ви це зазвичай робите.
    • Давайте подивимося на інший приклад завдання. У цьому випадку, припустимо, що ми тягнемо іграшковий поїзд вперед, як в прикладі завдання вище, але, на цей раз ми насправді тягнемо вгору під діагональним кутом. У наступному кроці будемо брати це до уваги, але зараз будемо дотримуватися основ: переміщення поїзда і величини сили, що діє на нього. Для наших цілей, скажімо, сила має величину10 Ньютон і що він проїхав ті ж 2 метри вперед, як раніше.
  2. Знайдіть кут між вектором сили і переміщенням. на відміну від наведених вище прикладів з силою, яка знаходиться в іншому напрямку, ніж рух об'єкта, необхідно знайти різницю між цими двома напрямками у вигляді кута між ними. Якщо ця інформація не надається вам, то можливо, буде потрібно виміряти кут самостійно або вивести його з іншої інформації в задачі.
    • У нашому прикладі завдання, припустимо, що сила, яка застосовується, дорівнює приблизно 60 o вище горизонтальної площини. Якщо поїзд все ще рухається прямо вперед (тобто, по горизонталі), то кут між вектором сили і руху поїзда буде дорівнює 60 o .
  3. Помножте Force × Distance × Cosine(θ). після того, як дізнаєтеся зміщення об'єкта, величину сили, що діє на нього, і кут між вектором сили і його рухом, рішення майже таке ж легке, як і без того, щоб брати кут до уваги. Просто візьміть косинус кута (для цього може знадобитися науковий калькулятор) і помножте його на силу і переміщення, щоб знайти відповідь на своє завдання в Джоулях.
    • Вирішимо приклад нашого завдання. За допомогою калькулятора знаходимо, що косинус 60 o дорівнює 1/2. Включивши це в формулу, можемо вирішити задачу наступним чином: 10 Ньютонів х 2 метри х 1/2 = 10 джоулів .

Частина3З 3:
Використання значення роботи

  1. Змініть формулу, щоб знайти відстань, силу або кут. формула роботи, зазначена вище, є не просто корисною для знаходження роботи — вона також цінна для знаходження будь-яких змінних в рівнянні, коли ви вже знаєте значення роботи. У цих випадках просто виділіть змінну, яку шукаєте, і вирішіть рівняння відповідно до основних правил алгебри.
    • Наприклад, припустимо, що ми знаємо, що наш поїзд тягнуть з силою в 20 Ньютон під діагональним кутом більше 5 метрів шляху для виконання 86,6 джоулів роботи. Тим не менш, ми не знаємо, кута вектора сили. Щоб знайти Кут, ми просто виділимо цю змінну і вирішимо рівняння наступним чином:
      86.6 = 20 × 5 × Cos(θ)
      86.6/100 = Косинус (θ)
      Arccos(0.866) = θ = 30 o
  2. Розділіть на час, проведений в русі, щоб знайти потужність. у фізиці робота тісно пов'язана з іншим типом вимірювання під назвою "потужність". Потужність-це просто спосіб визначення кількості швидкості, з якою робота проводиться в певній системі протягом довгого періоду часу. Таким чином, щоб знайти потужність, все, що вам потрібно зробити, це розділити роботу, яка використовується для переміщення об'єкта на час, який потрібно для завершення переміщення. Вимірювання потужності позначаються в одиницях - Вт (які дорівнюють Джоуль/секунду). [5]
    • Наприклад, для прикладу завдання в зазначеному вище кроці, припустимо, що переміщення поїзда на 5 метрів зайняло 12 секунд. У цьому випадку, все, що потрібно зробити, це розділити роботу, виконану для переміщення його на 5 метрів (86,6 Дж), на 12 секунд, щоб знайти відповідь для обчислення потужності: 86.6/12 = ' 7.22 Вт .
  3. Використовуйте формулу TME i + W nc = TME f , щоб знайти механічну енергію в системі. робота також може бути використана, щоб знайти кількість енергії, що міститься в системі. У наведеній вище формулі TME i = Початкова повна механічна енергія в системі TME f = остаточна повна механічна енергія в системі і W nc = робота, виконана в системах зв'язку за рахунок не-консервативних сил. [6] . У цій формулі, якщо сила застосовується в напрямку руху, то вона - позитивна, а якщо тисне на (проти) нього, то вона - негативна. Зауважимо, що обидві змінні енергії можна знайти за формулою ( ½ ) mv 2 , де m = маса і V = обсяг.
    • Наприклад, для прикладу завдання в двох кроках вище, припустимо, що поїзд спочатку мав загальну механічну енергію 100 Дж. Оскільки сила в завданні тягне поїзд у напрямку, який він вже проходив, вона-позитивна. У цьому випадку кінцева енергія поїзда-TME i + W nc = 100 + 86.6 = 186.6 Дж .
    • Зверніть увагу, що не-консервативні сили - це сили, чия потужність для впливу на прискорення об'єкта залежить від шляху, пройденого об'єктом. Тертя є хорошим прикладом-об'єкт, який штовхнули по короткому, прямому шляху, буде відчувати наслідки тертя протягом короткого часу, в той час як об'єкт, який штовхнули по довгому, звивистому шляху до такого ж кінцевого місцезнаходження, в цілому буде відчувати більше тертя.

Поради

  • Якщо вам вдасться вирішити задачу, то посміхніться і порадійте за себе!
  • Тренуйтеся у вирішенні якомога більшої кількості завдань, це гарантує повне розуміння.
  • Продовжуйте практикуватися, і пробуйте знову, якщо вам не вдасться в перший раз.
  • Вивчіть наступні моменти, що стосуються роботи:
    • Робота, виконана силою, може бути або позитивною, або негативною. (У цьому сенсі терміни "позитивні або негативні" несуть свій математичний сенс, а звичайне значення).
    • Виконана робота є негативною, коли сила діє в протилежному до переміщення напрямку.
    • Виконана робота є позитивною, коли сила діє в напрямку переміщення.

Джерела

  1. ↑ Http://education-portal.com/academy/lesson/what-is-net-force-definition-magnitude-equations.html lesson
  2. ↑ Http://www.racemath.info/forcesandpressure/what_is_f=ma.htm
  3. ↑ Http://whatis.techtarget.com/definition/joule
  4. ↑ Http://www.rapidtables.com/convert/electric/Watt_to_Joule.htm
  5. ↑ Http://www.aqua-calc.com/what-is/power/joule-per-second
  6. ↑ Http://www.physicsclassroom.com/calcpad/energy

Ще почитати: