Conţinut

• paşi
• sfaturi

În fizică, „munca” are o definiție diferită de cea folosită în viața noastră de zi cu zi. Mai exact, acest termen este utilizat atunci când o forță fizică determină mișcarea unui obiect. În general, dacă o forță mare face ca un obiect să se deplaseze prea departe, există multă muncă în uz - și dacă forța este mică sau obiectul nu ajunge foarte departe, există puțină muncă în uz. Forța poate fi calculată cu formula munca = F × D × Cos (θ), unde F = forță (în Newton), D = deplasare (în metri) și θ = unghiul dintre vectorul de forță și direcția de mișcare.

paşi

Metoda 1 din 3: Găsirea lucrului într-o dimensiune

1. 

   Găsiți direcția vectorului de forță și mișcare. Pentru început, este important să puteți identifica direcția în care se mișcă obiectul și direcția din care a fost aplicată forța - de exemplu, dacă trageți un vagon mic de mâner, aplicați o forță diagonală (presupunând că sunteți mai înalt decât el) să-l înainteze. Cu toate acestea, în această secțiune, vom trata situațiile în care forța și deplasarea obiectului are aceeași direcție. Pentru informații despre cum să calculați munca atunci când ambele Nu aveți aceeași direcție, citiți mai jos.
   • Pentru a vă facilita învățarea, vom urma un exemplu de problemă. Să zicem că o mașină de jucărie este trasă direct de trenul din fața ta. În acest caz, vectorul de forță și direcția de mișcare a trenului indică aceeași direcție -redirecţiona. În următorii pași, vom folosi aceste informații pentru a calcula lucrul aplicat obiectului.

2. 

   
   
   Găsiți deplasarea obiectului dvs. Prima variabilă pe care trebuie să o avem pentru formula de lucru, D sau deplasare, este cea mai ușoară de găsit. Deplasarea reprezintă practic distanța parcursă de obiectul care este supus aplicării forței, din punctul de plecare. În problemele academice, aceste informații sunt de obicei date sau ușor deductibile de la alte date din enunț. În lumea reală, pentru a găsi deplasarea, trebuie doar să măsurați distanța parcursă de obiect.
   • Rețineți că măsurătorile distanței sunt exprimate în metri.
   • În exemplul nostru de tren de jucării, să zicem că am descoperit munca pe care a făcut-o în timp ce el a călătorit pistele. Dacă a început într-un anumit punct și s-a oprit aproximativ 2 metri atunci, putem folosi acea valoare pentru valoarea „D” din formulă.

3. 

   
   
   Găsiți forța aplicată obiectului. Apoi, aflați amploarea forței care este utilizată pentru a muta obiectul. Aceasta este o măsură a „intensității” forței - cu cât este mai mare amploarea, cu atât ea intens împinge obiectul și cu atât este mai rapidă. Dacă magnitudinea forței nu este descrisă, ea poate fi obținută din masa și accelerarea obiectului în mișcare (presupunând că nu există forțe contradictorii asupra acesteia) cu formula F = M × A.
   • Rețineți că măsurătorile forței trebuie să fie în Newton pentru formula de lucru.
   • În exemplul nostru, să spunem că nu se cunoaște amploarea forței. In orice caz, noi stim că trenul jucăriei are o masă de 0,5 kg și că forța a provocat accelerația sa până la 0,7 m / s. În acest caz, putem afla magnitudinea cu înmulțirea M × A = 0,5 × 0,7 = 0,35 Newton.

4. 

   
   
   Înmulțiți forța × distanța. După ce cunoașteți amploarea forței care acționează asupra obiectului și distanța mișcării acestuia, restul este ușor. Înmulțiți pur și simplu aceste două valori pentru a găsi cantitatea de muncă depusă.
   • A sosit momentul să rezolve problema exemplului. Cu o forță de 0,35 N și o deplasare de 2 m, răspunsul nostru are nevoie doar de o înmulțire: 0,35 × 2 = 0,7 Joule.
   • Este posibil să fi observat că, în formula din introducere, există o parte suplimentară: Cos (θ). Așa cum am menționat mai sus, în acest exemplu, forța și direcția de mișcare se confruntă cu aceeași direcție. Aceasta înseamnă că unghiul dintre cele două este egal cu 0 °. Deoarece Cos (0) = 1, nu trebuie să includem această valoare în ecuație - am multiplica rezultatul cu 1.

5. 

   Exprimați-vă răspunsul în Joule. În fizică, valorile utilizate pentru muncă (și alte câteva cantități) sunt aproape întotdeauna exprimate într-o unitate de măsură numită Joule. Un Joule este definit ca un Newton de forță aplicat peste un metru sau, cu alte cuvinte, 1 N × m. Acest lucru are sens - din moment ce multiplicați distanța cu forța, este logic ca răspunsul obținut să aibă o unitate de măsură egală cu înmulțirea unităților de măsură a acestor două variabile.
   • Rețineți că Joule are și o definiție alternativă - un Watt de putere radiat peste o secundă.Citiți mai jos pentru o explicație mai detaliată a puterii și a relației sale cu munca.

Metoda 2 din 3: Descoperirea muncii cu o forță unghiulară

1. 

   Găsiți forța și deplasarea ca de obicei. Mai sus, ne ocupăm de probleme de lucru în care obiectul se mișcă în aceeași direcție cu forța aplicată. De fapt, acest lucru nu este întotdeauna cazul. În situațiile în care forța și mișcarea obiectului au direcții diferite, divergența dintre ambele trebuie să fie luată în considerare și în ecuație pentru a obține rezultate precise. Pentru început, află care este magnitudinea forței și deplasarea obiectului, ca de obicei.
   • Să ne uităm la un alt exemplu de problemă. În acest caz, tragem un tren de jucărie înainte, ca în exemplul precedent, dar de data aceasta și în sus, în unghi diagonal. În pasul următor, vom lua în considerare acest lucru, dar, pentru moment, vom rămâne la elementele de bază: deplasarea trenului și amploarea forței care acționează asupra lui. În scopul acestei probleme, să spunem că forța are o magnitudine de 10 N și că ea l-a mutat și el 2 metri, Ca înainte.

2. 

   Găsiți unghiul dintre vectorul de forță și deplasare. Spre deosebire de exemplele de mai sus, în forță are o direcție diferită de cea a mișcării obiectului, va fi necesară descoperirea divergenței dintre ambele direcții într-un unghi între ele. Dacă această informație nu v-a fost dată, va trebui să o măsurați singuri sau să o deduceți din alte informații din declarație.
   • În exemplul nostru, să spunem că forța se aplică la 60 ° deasupra centrului orizontal. Dacă trenul continuă să avanseze (adică orizontal), unghiul dintre vectorul de forță și mișcarea trenului va fi egal cu 60°.

3. 

   Înmulțiți forța × distanța × Cos (θ). După ce cunoașteți deplasarea obiectului, amploarea forței care acționează asupra acestuia și unghiul dintre vectorul forței și mișcarea sa, rezolvarea problemei va fi ușoară, ca și cum nu ar fi necesar să se țină cont de unghiul. Trebuie doar să luați cosinusul unghiului (care poate necesita un calcul științific) și înmulțiți-l cu forța și deplasarea, pentru a găsi răspunsul în unitățile Joule.
   • Să rezolvăm problema exemplului. Folosind un calculator, am constatat că cosinusul de 60 ° este egal cu 1/2. Inserează această valoare în formulă, o putem rezolva astfel: 10 N × 2 m × 1/2 = 10 J.

Metoda 3 din 3: Utilizarea unei valori de lucru

1. 

   Invertește formula pentru a găsi distanța, forța sau unghiul. Formula de lucru prezentată anterior nu este utilă numai pentru a găsi această variabilă - este de asemenea valoros în găsirea oricărei variabile prezente în ecuație, când știți deja valoarea lucrării. În astfel de cazuri, izolați doar variabila pe care o căutați și rezolvați problema conform regulilor de bază ale algebrei.
   • De exemplu, să zicem că trenul este tras cu 20 N de forță în unghi diagonal cu 5 m de șină pentru a efectua 86,6 J de lucru. Cu toate acestea, nu cunoaștem unghiul vectorului de forță. Pentru a găsi unghiul, vom izola această variabilă și vom rezolva problema astfel:

     86,6 = 20 × 5 × Cos (θ)

     86,6 / 100 = Cos (θ)

     ArcCos (0,866) = θ = 30°

2. 

   Împărțiți rezultatul la timpul petrecut în mișcare pentru a descoperi puterea. În fizică, munca este direct legată de un alt tip de măsură numită „putere”. Mai simplu spus, reprezintă un mijloc de cuantificare a ritmului cu care munca este cheltuită pe un anumit sistem în timp. Deci, pentru a găsi puterea, trebuie doar să împărțiți munca folosită pentru a muta un obiect în funcție de timpul necesar pentru a finaliza această schimbare. Măsurătorile de putere sunt exprimate de unitatea Watt (egală cu Joule pe secundă).
   • De exemplu, în problema pasului de mai sus, să zicem că trenul a durat 12 secunde pentru a muta 5 m. În acest caz, tot ce trebuie să facem este să împărțim lucrul realizat pentru această deplasare (86.6 J) cu 12 secunde și vom găsi valoarea puterii: 86.6 / 12 = 7,22 W.

3. 

   Utilizați formula In_eu + W_nc = În_f pentru a găsi energia mecanică a unui sistem. Munca poate fi folosită și pentru a găsi energia în ea. În formula de mai sus, In_eu reprezintă energia mecanică totală iniţială a sistemului, In_f reprezintă energia mecanică totală Final a sistemului și W_nc reprezintă munca depusă în sistem datorită forțelor non-conservatoare. În această ecuație, dacă forța împinge în direcția mișcării, este pozitivă și, dacă împinge în direcția opusă, este negativă. Rețineți că ambele variabile energetice pot fi găsite în formula (½) mv, unde m = masă și v = volum.
   • De exemplu, în problema celor două etape anterioare, să spunem că trenul avea inițial o energie mecanică totală de 100 J. Deoarece forța din problemă trage trenul în direcția mișcării sale inițiale, este pozitivă. În acest caz, energia finală a trenului este reprezentată de Em_eu + W_nc = 100 + 86,6 = 186.6 J.
   • Rețineți că forțele non-conservatoare sunt cele a căror putere depinde de calea luată de obiectul care este accelerat. Fricțiunea este un exemplu bun - un obiect împins de-a lungul unei căi scurte și directe va simți efectele frecării pentru o perioadă scurtă de timp, în timp ce altul, împins de-a lungul unei căi lungi și complexe către aceeași locație, se va simți mai multă frecare în general. .

sfaturi

• Dacă ați reușit să rezolvați problema, zâmbiți și felicitați-vă pentru realizare!
• Rezolvați cât mai multe exerciții posibile și asta vă va aduce o înțelegere mai profundă.
• Încercați și încercați din nou, dacă nu aveți succes la început.
• Aflați următoarele despre muncă:
  • Munca realizată de o forță poate fi pozitivă sau negativă (în acest sens, termenii pozitivi sau negativi sunt folosiți matematic, nu ca în viața de zi cu zi).
  • Munca depusă este negativă atunci când forța acționează opus direcției de deplasare.
  • Munca depusă este pozitivă când forța acționează în aceeași direcție cu deplasarea.