Работа энергия мощность физика: Глава 6. Работа, мощность, энергия. Закон сохранения и изменения механической энергии

2. Работа силы. Мощность. Энергия.

Пусть тело на которого действует некоторая сила проходит, двигаясь по некоторой траектории, путьS. Действие силы на путиS характеризуется величиной которая называется работой.

при F = const

Работа – Мера передачи действия (механического) от одного тела к другому в процессе взаимодействия

Силы, работа которых не зависит от формы пути, а определяется только наличным и конечным положениями тела в пространстве, называются консервативными или потенциальными.

Силы, работа которых зависит от формы пути называются неконсервативными.

Силы консервативные тогда, когда в системе нет перехода механического движения в другие формы движения материи или наоборот.

Силы, работа которых возрастает по величине, при увеличении пути независимо от того, замкнут путь или нет, называются диссипативными.

В этом случае механическая энергия переходит во внутреннюю, и работа этих сил определяется не однозначно.

Мощность – скалярная физическая величина равная отношению произведенной работы к промежутку времени в течении которого эта работа произошла.

Механическое движение может переходить в другие виды движения материи (в тепловое, в электромагнитное действие и др.). Переходы осуществляются в строго определённых количественных соотношениях. Общей мерой для всех видов движения материи является энергия.

Энергия – Мера количества любых видов движения материи (тела).

Энергия – физическая величина характеризующая способность тела совершать работу. Для характеристики изменения энергии взаимодействующих тел введена специальная физическая величина – работа силы.

Кинетической энергией называется энергия движущегося тела.

Работа равнодействующей сил приложенных к телу, равна изменению кинетической энергии тела.

Если действует ещё сила трения, то A_тр< 0 и кинетическая энергия тела будет уменьшаться.

Потенциальной энергией тела Энергия, обусловленная взаимным расположением тел или частей одного и того же тела и характером их взаимодействия.

Сила направлена всегда в сторону уменьшения потенциальной энергии.

Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии тела взятому с противоположным знаком

Физическая величина, равная половине произведения жесткости тела (пружины) на квадрат его деформации, называют потенциальной энергией упругодеформированого тела.

Работа силы упругости равна изменению потенциальной энергии упруго деформированного тела взятому с противоположным знаком

Если на частицу в каждой точке пространства действует определённая сила, то эту совокупность сил называют

силовым полем. Если силы поля постоянны по величине, неизменны по направлению и не зависят от времени, то образуемые ими поля называютсяоднородные и постоянные силовые поля.

В однородном постоянном силовом поле:

а) работа по замкнутому пути равна нулю.

б) работа при переносе материальной частицы из одного положения в другое не зависит от формы пути, а определяется положением начальной и конечной точек переноса.

Изолированной, или замкнутой, называют систему тел, взаимодействующих только между собой и не взаимодействующих с телами, не входящими в систему.

Центром масс (центр инерции) – точка, характеризующая распределение масс в механической системе. Радиус вектор центра масс системы состоящей из n точек, равен

где m_i, r_i – масса и радиус вектор i–ой точки. При движении тела системы его центр масс движется как материальная точка с массой, равной массе всего тела, к которой приложены все силы, действующие на тело.

Так как система под действием внешних сил движется, то координаты центра масс со временем меняются

Если система замкнута, т.е.

то

Закон сохранения импульса: полный импульс замкнутой системы сохраняется неизменным, а центр масс движется равномерно и прямолинейно (или покоится).

Векторная сумма импульсов тел, входящих в замкнутую систему, остается неизменной при механическом взаимодействии тел внутри этой системы.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тела называется полной механической энергией тела.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения и упругости, остается неизменной.

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает не исчезает, а только превращается из одной формы в другую.

Механическая работа. Мощность 7 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Работа – физическая величина

 

В нашем повседневном опыте слово «работа» встречается очень часто. Но следует различать работу физиологическую и работу с точки зрения науки физики. Когда вы приходите с уроков, вы говорите: «Ой, как я устал!». Это работа физиологическая. Или, к примеру, работа коллектива в народной сказке «Репка».

 

Рис. 1. Работа в повседневном смысле слова

Мы же будем говорить здесь о работе с точки зрения физики.

Механическая работа совершается, если под действием силы происходит перемещение тела. Работа обозначается латинской буквой А. Более строго определение работы звучит так.

Работой силы называется физическая величина, равная произведению величины силы на расстояние, пройденное телом в направлении действия силы.

 

Рис. 2. Работа – это физическая величина

Формула  справедлива, когда на тело действует постоянная сила.

В международной системе единиц СИ работа измеряется в джоулях.

Это означает, что если под действием силы в 1 ньютон тело переместилось на 1 метр, то данной силой совершена работа 1 джоуль.

Единица работы названа в честь английского ученого Джеймса Прескотта Джоуля.

 

Рис. 3. Джеймс Прескотт Джоуль (1818 – 1889)

 

Работа может равняться нулю и быть отрицательной

 

 

Из формулы для вычисления работы  следует, что возможны три случая, когда работа равна нулю.

 

Первый случай – когда на тело действует сила, но тело не перемещается. Например, на дом действует огромная сила тяжести. Но она не совершает работы, поскольку дом неподвижен.

Второй случай – когда тело перемещается по инерции, то есть на него не действуют никакие силы. Например, космический корабль движется в межгалактическом пространстве.

Третий случай – когда на тело действует сила, перпендикулярная направлению движения тела. В этом случае, хотя и тело перемещается, и сила на него действует, но нет перемещения тела в направлении действия силы.

Рис. 4. Три случая, когда работа равна нулю

Следует также сказать, что работа силы может быть отрицательной. Так будет, если перемещение тела происходит против направления действия силы. Например, когда подъемный кран с помощью троса поднимает груз над землей, работа силы тяжести отрицательна (а работа силы упругости троса, направленная вверх, наоборот, положительна).

 

Мощность – быстрота выполнения работы

 

 

Предположим, при выполнении строительных работ котлован необходимо засыпать песком. Экскаватору для этого понадобится несколько минут, а рабочему с помощью лопаты пришлось бы трудиться несколько часов. Но и экскаватор, и рабочий при этом выполнили бы одну и ту же работу.

 

Рис. 5. Одну и ту же работу можно выполнить за разное время

Чтобы охарактеризовать быстроту выполнения работы в физике используется величина, называемая мощностью.

Мощностью называется физическая величина, равная отношению работы ко времени ее выполнения.

Мощность обозначается латинской буквой N.

Единицей измерения мощности я системе СИ является ватт.

Один ватт – это мощность, при которой работа в один джоуль совершается за одну секунду.

Единица мощности названа в честь английского ученого, изобретателя паровой машины Джеймса Уатта.

 

Рис. 6. Джеймс Уатт (1736 – 1819)

 

Еще одна формула для вычисления мощности

 

 

Объединим формулу для вычисления работы  с формулой для вычисления мощности.

 

Вспомним теперь, что отношение пути, пройденного телом, S, ко времени движения t представляет собой скорость движения тела v.

Таким образом, мощность равна произведению численного значения силы на скорость движения тела в направлении действия силы

.

Этой формулой удобно пользоваться при решении задач, в которых сила действует на тело, движущееся с известной скоростью.

 

Список литературы

1. Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задач по физике для 7–9 классов общеобразовательных учреждений. – 17-е изд. – М.: Просвещение, 2004.
2. Перышкин А. В. Физика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.
3. Перышкин А. В. Сборник задач по физике, 7–9 кл.: 5-е изд., стереотип. – М: Издательство «Экзамен», 2010.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «physics.ru» (Источник)
2. Интернет-портал «festival.1september.ru» (Источник)
3. Интернет-портал «fizportal.ru» (Источник)
4. Интернет-портал «elkin52.narod.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

1. В каких случаях работа равна нулю?
2. Как находится работа на пути, пройденном в направлении действия силы? В противоположном направлении?
3. Какую работу совершает сила трения, действующая на кирпич, при его перемещении на 0,4 м? Сила трения равна 5 Н.

 

7: Работа, энергия и энергетические ресурсы

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

1432

• OpenStax
• OpenStax

Не существует простого, но точного научного определения энергии. Энергия характеризуется множеством форм и тем фактом, что она сохраняется. Мы можем приблизительно определить энергию как способность выполнять работу, допуская, что в некоторых обстоятельствах не все

энергия доступна для выполнения работы. Из-за ассоциации энергии с работой мы начинаем главу с обсуждения работы. Работа тесно связана с энергией и с тем, как энергия переходит из одной системы в другую или меняет форму.

• 7.0: Прелюдия к работе, энергии и энергетическим ресурсам

  Энергия играет существенную роль как в повседневных событиях, так и в научных явлениях. Вы, без сомнения, можете назвать множество форм энергии, от той, что мы получаем из пищи, до энергии, которую мы используем, чтобы управлять нашими автомобилями, до солнечного света, который согревает нас на пляже. Вы также можете привести примеры того, что люди называют энергией, которые могут быть ненаучными, например, человека с энергичной личностью. Энергия не только имеет много интересных форм, она участвует почти во всех явлениях и является одним из важнейших кон

• 7.1: Работа – научное определение

  Работа – это передача энергии силой, действующей на объект при его перемещении. Работа \(W\), которую сила \(F\) совершает над объектом, является произведением величины \(F\) силы, умноженной на величину \(d\) смещения, умноженной на косинус угол \(\theta\) между ними. 2\). Работа силы равна нулю, если 92\).

• 7.3: Потенциальная энергия гравитации

  Работа, совершаемая против силы тяжести при подъеме объекта, становится потенциальной энергией системы объект-Земля. Изменение гравитационной потенциальной энергии \(\Delta PE_g\) равно \(\Delta PE_g = mgh\), где \(h\) – увеличение высоты, а \(g\) – ускорение свободного падения. Гравитационная потенциальная энергия объекта у поверхности Земли обусловлена ​​его положением в системе масса-Земля. Физическое значение имеют только различия в гравитационной потенциальной энергии \(\Delta PE_g\). В качестве объекта 92\), где \(k\) – постоянная силы пружины, а |(x\) – смещение от недеформированного положения. Механическая энергия определяется как \(KE = PE\) для консервативной силы.

• 7.5: Неконсервативные силы

  Неконсервативная сила — это сила, работа которой зависит от пути. Трение является примером неконсервативной силы, которая превращает механическую энергию в тепловую. Работа \(W_{nc}\), совершаемая неконсервативной силой, изменяет механическую энергию системы. В форме уравнения \(W_{nc} = \Delta KE + \Delta PE \) или, что то же самое, \(KE_i + PE_i + W_{nc} = KE_f + PE_f .\) Когда действуют как консервативные, так и неконсервативные силы, энергия сохранение может быть применено и использовано для расчета движения в терминах

• 7.6: Сохранение энергии

  Закон сохранения энергии гласит, что полная энергия постоянна в любом процессе. Энергия может изменяться в форме или передаваться из одной системы в другую, но общая сумма остается неизменной. Когда рассматриваются все формы энергии, сохранение энергии записывается в виде уравнения как \[KE_i + PE_i + W_{nc} + OE_i = KE_f + PE_f + OE_f,\], где \(OE\) – все другие формы энергии. помимо механической энергии.

• 7.7: Мощность

  Мощность – это скорость, с которой выполняется работа, или в виде уравнения средняя мощность \(P\) для работы \(Вт\), выполненной за время \(t\) , \(P = W/t\). Единицей мощности в системе СИ является ватт (Вт), где \(1 \space W = 1 \space J/s\). Мощность многих устройств, таких как электродвигатели, также часто выражается в лошадиных силах (л.с.), где \(1\space hp = 746 \space W.\)

• 7.8: Работа, энергия и мощность человека

  Организм человека преобразует энергию, хранящуюся в пище, в работу, тепловую энергию и/или химическую энергию, запасенную в жировой ткани. Скорость, с которой организм использует энергию пищи для поддержания жизни и выполнения различных действий, называется скоростью метаболизма, а соответствующая скорость в состоянии покоя называется скоростью основного обмена (BMR). Энергия, включенная в скорость основного обмена, делится между различные системы в организме, причем наибольшая фракция поступает в печень и селезенку, а также в головной мозг.

• 7.9: Использование энергии в мире

  Относительное использование различных видов топлива для производства энергии с годами изменилось, но в настоящее время в потреблении топлива преобладает нефть, хотя доля природного газа и солнечной энергии увеличивается. Хотя преобладают невозобновляемые источники, некоторые страны удовлетворяют значительный процент своих потребностей в электроэнергии за счет возобновляемых источников. Соединенные Штаты получают только около 10% своей энергии из возобновляемых источников, в основном гидроэлектроэнергии.

• 7.E: Работа, энергия и энергетические ресурсы (упражнения)

Миниатюра: Одной из форм энергии является механическая работа, энергия, необходимая для перемещения объекта массой m на расстояние d против противоположных сторон. силой F, например силой тяжести. Использование изображения с разрешения (CC-SA-BY-NC -3.0; анонимно).

---

Эта страница под названием 7: Работа, энергия и энергетические ресурсы распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована OpenStax с помощью исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Глава

   Автор

   ОпенСтакс

   Лицензия

   СС BY

   Версия лицензии

   4,0

   Программа OER или Publisher

   ОпенСтакс

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. source@https://openstax. org/details/books/college-physics

Работа, энергия и мощность. Краткий обзор физики

Рекламное объявление

Работа, Энергия и Сила взаимосвязаны и часто используются вместе, поскольку они имеют разные методы получения или решения практических вопросов с их формулами соответственно. В этой статье «Работа, энергия и сила» вы узнаете их определения, формулы и то, как они применяются при решении экзаменационных вопросов.

РАБОТА

Когда на объект действует сила и объект движется в направлении действия силы, говорят, что выполнена работа. Работа, совершаемая силой, равна произведению силы на перемещение тела в направлении действия силы.

Смещение связано с расстоянием действия силы, приложенной к желаемому концу. (перемещение равно расстоянию)

Рекламное объявление

W = F × S

W обозначает выполненную работу, F обозначает Силу и S обозначает расстояние.

РАБОТА В СИЛОВОМ ПОЛЕ

1) Подъем груза: Если мальчик массой M (кг) поднимается по ступенькам общей высоты H, поднимая свое тело против силы тяжести, которая действует в вертикальном направлении. Работа, совершаемая мальчиком, равна произведению веса на рост.

W = mgh

W = m × g × h

2) Падающее тело: Когда мяч свободно падает с высоты здания, сила тяжести совершает работу над телом. Тело массой М падает с вертикальной высоты Н, работа силы тяжести на шаре равна

Рекламное объявление

Вт= мгч

Вт = м × г × ч

 

ЭНЕРГИЯ

Определяется как способность или способность выполнять работу.

Типы механической энергии

Потенциальная энергия (PE): Это накопленная энергия или что-либо, чем обладает тело в силу его положения или состояния. Тело может обладать потенциальной энергией из-за своего положения в силовом поле.