механична работа

Физически

2022

Обясняваме какво представлява механичната работа във физиката, нейните характеристики и формулата за нейното изчисляване. Също така какви видове съществуват и примери.

Механичната работа е количеството енергия, предадено на тялото от сила.

Какво е механична работа?

в физически, и по-точно в клон от механика, се разбира под механична работа (или просто работеше) към действието на a сила върху тяло в покой движение, така че да се произведе a денивелация в тялото пропорционално на Енергия инвестирани в силата, която го движи. С други думи, механичната работа е количеството енергия, предадено на тялото от сила, действаща върху него.

Механичната работа е величина скалар, който обикновено се измерва в Международна система (SI) чрез джаули или джаули (J) и се представя с буквата W (от англ работа, „Работи“). Освен това често говорим за положителна или отрицателна работа в зависимост от това дали силата прехвърля енергия към обекта (положителна работа) или я изважда (отрицателна работа). Така например, който хвърли топка, върши положителна работа, докато този, който я хване, върши отрицателна работа.

Характеристики на механичната работа

Механичната работа се характеризира с:

  • Това е скаларна величина, която се измерва чрез джаули (тоест килограми на квадратен метър, разделени на секунда на квадрат) и се представя с буквата W.
  • Тя зависи пряко от силата, която я причинява, така че за да има механична работа върху тялото, трябва да има механична сила, приложена към него по определен път.
  • В съвременния език терминът „работа“ се използва за определяне на онази механична дейност, чието изпълнение изразходва определено количество енергия.
  • Прехвърлянето на топлина (калорична енергия) не се счита за форма на работа, въпреки че се състои от пренос на енергия.

Формула за механична работа

Най-простата формула за изчисляване на работата на тяло, което се движи от сила, обикновено е следната:

W = F x d

където W е извършената работа, F е силата, действаща върху тялото, а D е разстоянието на изместване, претърпяно от тялото.

Силата и разстоянието обаче обикновено се считат за векторни величини, които изискват определена ориентация в пространството. По този начин горната формула може да бъде преформулирана, за да включва такава ориентация, както следва:

W = F x d x cos𝛂

където косинус от алфа (cos𝛂) определя ъгъла между посоката, в която е приложена силата, и посоката, в която обектът се движи в резултат на това.

Видове механична работа

Отрицателната работа възниква, когато приложената сила се съпротивлява на движението, което обектът е довел.

Механичната работа може да бъде три вида, в зависимост от това дали добавя, изважда или поддържа нивото на енергия в движещото се тяло. Така можем да говорим за:

  • Положителна работа (W > 0). Това се случва, когато силата допринася с енергия към въпросния обект, предизвиквайки изместване в същата посока, в която е била приложена силата. Пример за това би бил играч на голф, който удря топка със стика и я кара да лети няколко метра, или играч на бейзбол, който удря топка в движение, променяйки траекторията, която има.
  • Нулева работа (W = 0). Това се случва, когато приложената сила не предизвиква никакво изместване в обекта, въпреки че консумира енергия в процеса. Пример за това би бил човек, който бута много тежка мебел, без да я кара да мръдне и сантиметър.
  • Отрицателна работа (W < 0).Това се случва, когато приложената сила изважда енергия от въпросния обект, съпротивлявайки се на движението, което обектът вече е довел, или намалява неговото изместване. Пример за това би бил бейзболен играч, който хваща топката, хвърлена от друг, като му пречи да продължи траекторията си; или човек, който стои пред обект, падащ по хълм и въпреки че не може да го спре напълно, успява да забави падането му.

Примери за механична работа

Някои примери за механична работа са:

  • Във футболен мач съдията изпълнява дузпа и Лионел Меси рита топката към вратата със сила от 500N, карайки я да се движи на около 15 метра, без да докосне земята. Колко работа вложихте, за да вкарате този гол?

Отговор: прилагайки формулата W = F x d, имаме, че Меси е извършил работа от 500N x 15m, тоест работа, еквивалентна на 7500 J.

  • Влак се движи на юг с пълна скорост и се насочва към кола, заседнала на релсите. Супергерой, осъзнавайки опасността, решава да застане пред локомотива и да спре неговото движение. Като се има предвид, че влакът носи със себе си сила от 20 000 N, че супергероят е неуязвим и че локомотивът е на 700 метра от заклещения вагон, колко работа трябва да свърши супергероят, за да го спре?

Отговор: Тъй като спирането на локомотива изисква най-малко 20 000 N в обратна посока и супергероят би искал да остави разлика от поне 2 метра между локомотива и заклещения вагон, знаем, че той трябва да приложи работа, равна на 20 000 N x 698 m, тоест отрицателна работа от 13 960 000 J.

!-- GDPR -->