การเคลื่อนไหวของร่างกายในอวกาศซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของพลังงานทั้งหมดนั้นสัมพันธ์กับงาน ในบทความนี้ เราจะพิจารณาว่าปริมาณนี้คืออะไร วัดจากงานกล และแสดงอย่างไร และเราจะแก้ปัญหาที่น่าสนใจในหัวข้อนี้ด้วย
ทำงานเป็นปริมาณจริง
ก่อนจะตอบคำถามว่าวัดงานกลอะไร มาทำความรู้จักกับค่านี้กันก่อน ตามคำจำกัดความ งานเป็นผลคูณของสเกลาร์ของแรงและเวกเตอร์การกระจัดของวัตถุที่เกิดจากแรงนี้ ในทางคณิตศาสตร์ เราสามารถเขียนสมการต่อไปนี้ได้:
A=(F¯S¯).
วงเล็บเหลี่ยมระบุผลิตภัณฑ์ดอท เมื่อพิจารณาถึงคุณสมบัติแล้ว สูตรนี้จะถูกเขียนใหม่อย่างชัดแจ้งดังนี้:
A=FScos(α).
โดยที่ α คือมุมระหว่างแรงกับเวกเตอร์การกระจัด
จากนิพจน์ที่เขียน ตามด้วยงานที่มีหน่วยวัดเป็นนิวตันต่อเมตร (Nm) อย่างที่ทราบกันดีว่าปริมาณนี้เรียกว่าจูล (J) กล่าวคือในทางฟิสิกส์ งานกลวัดเป็นหน่วยของงานจูล หนึ่งจูลสอดคล้องกับงานดังกล่าวซึ่งแรงของหนึ่งนิวตันซึ่งทำหน้าที่ขนานกับการเคลื่อนไหวของร่างกายนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งในอวกาศหนึ่งเมตร
สำหรับการกำหนดงานเครื่องกลในวิชาฟิสิกส์ ควรสังเกตว่าตัวอักษร A มักใช้สำหรับสิ่งนี้ (จากภาษาเยอรมัน ardeit - แรงงาน, งาน) ในวรรณคดีภาษาอังกฤษ คุณสามารถหาการกำหนดของค่านี้ด้วยอักษรละติน W ในวรรณคดีภาษารัสเซีย จดหมายนี้สงวนไว้สำหรับพลังงาน
งานและพลังงาน
เมื่อพิจารณาถึงวิธีการวัดงานทางกล เราพบว่าหน่วยของมันตรงกับหน่วยพลังงาน ความบังเอิญนี้ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ ความจริงก็คือปริมาณทางกายภาพที่พิจารณาเป็นหนึ่งในวิธีการแสดงพลังงานในธรรมชาติ การเคลื่อนไหวของร่างกายในสนามบังคับหรือในกรณีที่ไม่มีต้องเสียค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน หลังใช้เพื่อเปลี่ยนพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของร่างกาย กระบวนการของการเปลี่ยนแปลงนี้มีลักษณะเฉพาะด้วยงานที่ทำอยู่
พลังงานเป็นคุณลักษณะพื้นฐานของร่างกาย มันถูกเก็บไว้ในระบบที่แยกออกมา มันสามารถเปลี่ยนเป็นรูปแบบทางกล เคมี ความร้อน ไฟฟ้า และรูปแบบอื่นๆ งานเป็นเพียงปรากฏการณ์ทางกลของกระบวนการพลังงาน
ทำงานเกี่ยวกับแก๊ส
นิพจน์ที่เขียนด้านบนเพื่อทำงานเป็นพื้นฐาน อย่างไรก็ตาม สูตรนี้อาจไม่เหมาะสำหรับการแก้ปัญหาเชิงปฏิบัติจากสาขาฟิสิกส์ที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงใช้นิพจน์อื่นๆ ที่ได้จากสูตรนี้ กรณีหนึ่งคืองานที่ทำโดยแก๊ส สะดวกในการคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้:
A=∫V(PdV).
ที่นี่ P คือความดันในแก๊ส V คือปริมาตร เมื่อรู้ว่างานกลวัดด้วยอะไร จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะพิสูจน์ความถูกต้องของนิพจน์อินทิกรัลอย่างแท้จริง:
Pam3=N/m2m3=N ม.=เจ
ในกรณีทั่วไป ความดันเป็นฟังก์ชันของปริมาตร ดังนั้นอินทิกรัลจึงอยู่ในรูปแบบใดก็ได้ ในกรณีของกระบวนการไอโซบาริก การขยายตัวหรือการหดตัวของก๊าซจะเกิดขึ้นที่ความดันคงที่ ในกรณีนี้ การทำงานของก๊าซจะเท่ากับผลคูณอย่างง่ายของค่า P และการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร
ทำงานขณะหมุนตัวรอบแกน
การหมุนเวียนเป็นไปอย่างแพร่หลายในธรรมชาติและเทคโนโลยี โดดเด่นด้วยแนวคิดของโมเมนต์ (แรง โมเมนตัม และความเฉื่อย) ในการพิจารณาการทำงานของแรงภายนอกที่ทำให้ร่างกายหรือระบบหมุนรอบแกนใดแกนหนึ่ง คุณต้องคำนวณโมเมนต์ของแรงก่อน คำนวณได้ดังนี้
M=Fd.
โดยที่ d คือระยะห่างจากเวกเตอร์แรงถึงแกนหมุน เรียกว่าไหล่ แรงบิด M ซึ่งนำไปสู่การหมุนของระบบผ่านมุม θ รอบแกนบางส่วน ทำงานดังต่อไปนี้:
A=Mθ.
ที่นี่ Mแสดงเป็น Nm และมุม θ มีหน่วยเป็นเรเดียน
ฟิสิกส์สำหรับงานเครื่องกล
อย่างที่กล่าวไว้ในบทความ งานมักจะทำโดยสิ่งนี้หรือพลังนั้น พิจารณาปัญหาที่น่าสนใจต่อไปนี้
ร่างกายอยู่บนระนาบที่เอียงขอบฟ้าเป็นมุม 25o. เมื่อเลื่อนลงมา ร่างกายได้รับพลังงานจลน์ จำเป็นต้องคำนวณพลังงานนี้รวมถึงการทำงานของแรงโน้มถ่วง มวลของร่างกายคือ 1 กก. เส้นทางที่มันเดินทางไปตามระนาบคือ 2 เมตร ความต้านทานการเสียดสีเลื่อนสามารถละเลยได้
ดังที่แสดงไว้ข้างต้นว่าเฉพาะส่วนของแรงที่พุ่งไปตามการกระจัดเท่านั้นที่ใช้งานได้ แสดงให้เห็นได้ง่ายว่าในกรณีนี้ แรงโน้มถ่วงส่วนหนึ่งต่อไปนี้จะกระทำตามการกระจัด:
F=mgsin(α).
ที่นี่ α คือมุมเอียงของระนาบ จากนั้นคำนวณงานดังนี้
A=mgsin(α)S=19.810.42262=8.29 J.
นั่นคือแรงโน้มถ่วงทำงานในเชิงบวก
ตอนนี้มาดูพลังงานจลน์ของร่างกายตอนปลายสุดกัน ในการทำเช่นนี้ ให้จำกฎของนิวตันข้อที่สองและคำนวณความเร่ง:
a=F/m=gsin(α).
เนื่องจากการเลื่อนของร่างกายถูกเร่งอย่างสม่ำเสมอ เรามีสิทธิ์ใช้สูตรจลนศาสตร์ที่สอดคล้องกันเพื่อกำหนดเวลาของการเคลื่อนไหว:
S=at2/2=>
t=√(2S/a)=√(2S/(gsin(α))).
ความเร็วของร่างกายเมื่อสิ้นสุดการลงเขาคำนวณดังนี้:
v=at=gsin(α)√(2S/(gsin(α)))=√(2Sgsin(α)).
พลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่แบบแปลนถูกกำหนดโดยใช้นิพจน์ต่อไปนี้:
E=mv2/2=m2Sgsin(α)/2=mSgsin(α)
เราได้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจ: ปรากฎว่าสูตรพลังงานจลน์ตรงกับการแสดงออกของแรงโน้มถ่วงซึ่งได้รับก่อนหน้านี้ทุกประการ นี่แสดงว่างานทางกลทั้งหมดของแรง F มุ่งเป้าไปที่การเพิ่มพลังงานจลน์ของตัวเลื่อน อันที่จริงเนื่องจากแรงเสียดทาน งาน A กลับกลายเป็นมากกว่าพลังงาน E เสมอ
