სივრცეში სხეულის ნებისმიერი მოძრაობა, რომელიც იწვევს მისი მთლიანი ენერგიის ცვლილებას, დაკავშირებულია მუშაობასთან. ამ სტატიაში განვიხილავთ რა არის ეს სიდიდე, რა მექანიკური შრომით იზომება და როგორ აღინიშნება და ასევე მოვაგვარებთ საინტერესო პრობლემას ამ თემაზე.
მუშაობა როგორც ფიზიკური რაოდენობა
კითხვაზე პასუხის გაცემამდე, თუ რა მექანიკური სამუშაოებით იზომება, გავეცნოთ ამ მნიშვნელობას. განმარტების მიხედვით, სამუშაო არის სკალარული პროდუქტი იმ ძალისა და სხეულის გადაადგილების ვექტორისა, რომელიც ამ ძალამ გამოიწვია. მათემატიკურად შეგვიძლია დავწეროთ შემდეგი ტოლობა:
A=(F¯S¯).
მრგვალი ფრჩხილები მიუთითებს წერტილოვან პროდუქტს. მისი თვისებებიდან გამომდინარე, აშკარად ეს ფორმულა გადაიწერება შემდეგნაირად:
A=FScos(α).
სად α არის კუთხე ძალისა და გადაადგილების ვექტორებს შორის.
წერილობითი გამონათქვამებიდან გამომდინარეობს, რომ სამუშაო იზომება ნიუტონებში მეტრზე (Nm). როგორც ცნობილია,ამ რაოდენობას ჯოული (J) ეწოდება. ანუ, ფიზიკაში მექანიკური მუშაობა იზომება სამუშაო ჯოულების ერთეულებში. ერთი ჯოული შეესაბამება ასეთ სამუშაოს, რომელშიც ერთი ნიუტონის ძალა, რომელიც მოქმედებს სხეულის მოძრაობის პარალელურად, იწვევს მისი პოზიციის ცვლილებას სივრცეში ერთი მეტრით.
რაც შეეხება ფიზიკაში მექანიკური სამუშაოს აღნიშვნას, უნდა აღინიშნოს, რომ ამისთვის ყველაზე ხშირად ასო A გამოიყენება (გერმანული ardeit-დან - შრომა, სამუშაო). ინგლისურენოვან ლიტერატურაში შეგიძლიათ იპოვოთ ამ მნიშვნელობის აღნიშვნა ლათინური ასო W. რუსულენოვან ლიტერატურაში ეს ასო დაცულია ძალაუფლებისთვის.
მუშაობა და ენერგია
საკითხის განსაზღვრისას, თუ როგორ იზომება მექანიკური მუშაობა, დავინახეთ, რომ მისი ერთეულები ემთხვევა ენერგიის ერთეულებს. ეს დამთხვევა შემთხვევითი არ არის. ფაქტია, რომ განხილული ფიზიკური რაოდენობა ბუნებაში ენერგიის გამოვლენის ერთ-ერთი გზაა. სხეულების ნებისმიერი მოძრაობა ძალის ველებში ან მათი არარსებობის შემთხვევაში მოითხოვს ენერგიის ხარჯებს. ეს უკანასკნელი გამოიყენება სხეულების კინეტიკური და პოტენციური ენერგიის შესაცვლელად. ამ ცვლილების პროცესი ხასიათდება შესრულებული სამუშაოთი.
ენერგია სხეულების ფუნდამენტური მახასიათებელია. ის ინახება იზოლირებულ სისტემებში, შეიძლება გარდაიქმნას მექანიკურ, ქიმიურ, თერმულ, ელექტრო და სხვა ფორმებად. მუშაობა მხოლოდ ენერგეტიკული პროცესების მექანიკური გამოვლინებაა.
აირებზე მუშაობა
ზემოთ დაწერილი გამოთქმა მუშაობსარის ძირითადი. თუმცა, ეს ფორმულა შეიძლება არ იყოს შესაფერისი ფიზიკის სხვადასხვა სფეროს პრაქტიკული ამოცანების გადასაჭრელად, ამიტომ გამოიყენება მისგან მიღებული სხვა გამონათქვამები. ერთ-ერთი ასეთი შემთხვევა გაზის მიერ შესრულებული სამუშაოა. მოსახერხებელია მისი გამოთვლა შემდეგი ფორმულის გამოყენებით:
A=∫V(PdV).
აქ P არის წნევა გაზში, V არის მისი მოცულობა. იმის ცოდნა, თუ რა მექანიკური სამუშაოებით იზომება, ადვილია ინტეგრალური გამოხატვის მართებულობის დამტკიცება, მართლაც:
Pam3=N/m2მ3=N m=J.
ზოგად შემთხვევაში, წნევა მოცულობის ფუნქციაა, ამიტომ ინტეგრანდს შეუძლია მიიღოს თვითნებური ფორმა. იზობარული პროცესის შემთხვევაში, გაზის გაფართოება ან შეკუმშვა ხდება მუდმივი წნევის დროს. ამ შემთხვევაში გაზის მუშაობა უდრის P მნიშვნელობის მარტივ ნამრავლს და მისი მოცულობის ცვლილებას..
იმუშავეთ სხეულის ღერძის გარშემო ბრუნვისას
ბრუნვის მოძრაობა ფართოდ არის გავრცელებული ბუნებასა და ტექნოლოგიაში. მას ახასიათებს მომენტების ცნებები (ძალა, იმპულსი და ინერცია). გარე ძალების მუშაობის დასადგენად, რამაც გამოიწვია სხეულის ან სისტემის ბრუნვა გარკვეული ღერძის გარშემო, ჯერ უნდა გამოთვალოთ ძალის მომენტი. გამოითვლება ასე:
M=Fd.
სადაც d არის მანძილი ძალის ვექტორიდან ბრუნვის ღერძამდე, მას მხრები ეწოდება. ბრუნვის მომენტი M, რამაც გამოიწვია სისტემის ბრუნვა θ კუთხით ზოგიერთი ღერძის გარშემო, ასრულებს შემდეგ მუშაობას:
A=Mθ.
აქ მგამოიხატება Nm-ში და კუთხე θ არის რადიანებში.
ფიზიკის დავალება მექანიკური მუშაობისთვის
როგორც სტატიაში ითქვა, სამუშაოს ყოველთვის ესა თუ ის ძალა ახორციელებს. განვიხილოთ შემდეგი საინტერესო პრობლემა.
სხეული არის სიბრტყეზე, რომელიც ჰორიზონტისკენ არის დახრილი 25o კუთხით. ქვევით სრიალისას სხეულმა შეიძინა გარკვეული კინეტიკური ენერგია. აუცილებელია გამოვთვალოთ ეს ენერგია, ისევე როგორც გრავიტაციის მუშაობა. სხეულის მასა არის 1 კგ, მის მიერ გავლილი ბილიკი თვითმფრინავის გასწვრივ არის 2 მეტრი. მოცურების ხახუნის წინააღმდეგობის უგულებელყოფა შეიძლება.
ზემოთ ნაჩვენები იყო, რომ მხოლოდ ძალის ნაწილი, რომელიც მიმართულია გადაადგილების გასწვრივ, მუშაობს. ადვილია იმის ჩვენება, რომ ამ შემთხვევაში გრავიტაციის ძალის შემდეგი ნაწილი იმოქმედებს გადაადგილების გასწვრივ:
F=mgsin(α).
აქ α არის სიბრტყის დახრის კუთხე. შემდეგ სამუშაო გამოითვლება ასე:
A=mgsin(a)S=19.810.42262=8.29 J.
ანუ, გრავიტაცია დადებითად მოქმედებს.
ახლა განვსაზღვროთ სხეულის კინეტიკური ენერგია დაღმართის ბოლოს. ამისათვის დაიმახსოვრეთ ნიუტონის მეორე კანონი და გამოთვალეთ აჩქარება:
a=F/m=gsin(α).
რადგან სხეულის სრიალი ერთნაირად აჩქარებულია, ჩვენ გვაქვს უფლება გამოვიყენოთ შესაბამისი კინემატიკური ფორმულა მოძრაობის დროის დასადგენად:
S=at2/2=>
t=√(2S/a)=√(2S/(gsin(α))).
სხეულის სიჩქარე დაღმართის ბოლოს გამოითვლება შემდეგნაირად:
v=at=gsin(α)√(2S/(gsin(α)))=√(2Sgsin(α)).
მთარგმნელობითი მოძრაობის კინეტიკური ენერგია განისაზღვრება შემდეგი გამოხატვის გამოყენებით:
E=mv2/2=m2Sgsin(α)/2=mSgsin(α).
მივიღეთ საინტერესო შედეგი: გამოდის, რომ კინეტიკური ენერგიის ფორმულა ზუსტად ემთხვევა ადრე მიღებულ გრავიტაციის მუშაობის გამოხატვას. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ F ძალის მთელი მექანიკური მუშაობა მიმართულია მოცურების სხეულის კინეტიკური ენერგიის გაზრდაზე. ფაქტობრივად, ხახუნის ძალების გამო, სამუშაო A ყოველთვის უფრო მეტია ვიდრე ენერგია E.
