Дененин мейкиндиктеги ар кандай кыймылы, анын жалпы энергиясынын өзгөрүшүнө алып келүүчү иш менен байланышкан. Бул макалада биз бул чоңдук деген эмне, механикалык жумуш эмне менен өлчөнөт жана аны кантип белгилей турганын карап чыгабыз, ошондой эле бул тема боюнча кызыктуу маселени чечебиз.
Физикалык чоңдук катары иштөө
Механикалык жумуш эмне менен өлчөнөт деген суроого жооп берүүдөн мурун бул чоңдук менен таанышып көрөлү. Аныктамага ылайык, иш бул күчтүн скалярдык көбөйтүндүсү жана бул күч пайда кылган дененин орун алмаштыруу вектору. Математикалык жактан төмөнкү теңчиликти жаза алабыз:
A=(F¯S¯).
Тегерек кашаалар чекиттүү продуктуну көрсөтөт. Анын касиеттерин эске алуу менен бул формула төмөнкүдөй кайра жазылат:
A=FScos(α).
Бул жерде α – күч менен жылыш векторлорунун ортосундагы бурч.
Жазылган туюнтмалардан иш бир метрге (Нм) Ньютондор менен өлчөнгөнү көрүнүп турат. Белгилүү болгондой,бул чоңдук джоуль (Дж) деп аталат. Башкача айтканда, физикада механикалык жумуш жумуштун Джоуль бирдиктери менен ченелет. Бир Джоуль дененин кыймылына параллелдүү болгон бир Ньютондун күчү анын мейкиндиктеги абалынын бир метрге өзгөрүшүнө алып келген мындай ишке туура келет.
Физикада механикалык жумуштун белгиленишине келсек, бул үчүн көбүнчө А тамгасы колдонуларын белгилей кетүү керек (немец тилинен ardeit - эмгек, эмгек). Англис тилдүү адабияттарда бул маанинин белгиленишин латындын W тамгасы менен таба аласыз. Орус тилдүү адабияттарда бул тамга бийлик үчүн сакталган.
Иш жана энергия
Механикалык жумуш кандайча өлчөнөт деген суроону аныктоо менен, анын бирдиктери энергия үчүн бири-бирине дал келгенин көрдүк. Бул кокустук кокусунан эмес. Чындыгында, каралып жаткан физикалык чоңдук жаратылыштагы энергиянын көрүнүшүнүн жолдорунун бири болуп саналат. Күч талааларында же алар жокто денелердин кандайдыр бир кыймылы энергиялык чыгымдарды талап кылат. Акыркылары денелердин кинетикалык жана потенциалдык энергиясын өзгөртүү үчүн колдонулат. Бул өзгөртүү процесси жасалып жаткан иштер менен мүнөздөлөт.
Энергия - денелердин негизги мүнөздөмөсү. Ал обочолонгон системаларда сакталат, механикалык, химиялык, жылуулук, электрдик жана башка формаларга айланышы мүмкүн. Жумуш энергетикалык процесстердин механикалык көрүнүшү гана.
Газдарда иштөө
Жогоруда жазылган туюнтма иштейтнегизги болуп саналат. Бирок, бул формула физиканын ар кандай тармактарындагы практикалык маселелерди чечүү үчүн ылайыктуу эмес, ошондуктан андан алынган башка туюнтмалар колдонулат. Шейле ягдайларыц бири газ билен ерине етирилен ишдир. Аны төмөнкү формула менен эсептөө ыңгайлуу:
A=∫V(PdV).
Бул жерде P - газдагы басым, V - анын көлөмү. Механикалык жумуш кандай өлчөнгөнүн билип, интегралдык туюнтумдун тууралыгын далилдөө оңой болот, чынында:
Pam3=N/m2m3=N m=J.
Жалпы учурда басым көлөмдүн функциясы, андыктан интеграл эркин формада болушу мүмкүн. Изобардык процесс учурунда газдын кеңейиши же жыйрылышы туруктуу басымда болот. Бул учурда газдын иши Р маанисинин жөнөкөй көбөйтүндүсүнө жана анын көлөмүнүн өзгөрүшүнө барабар.
Денени огтун айланасында айлантып иштөө
Айлануу кыймылы жаратылышта жана технологияда кеңири таралган. Ал момент (күч, импульс жана инерция) түшүнүктөрү менен мүнөздөлөт. Дененин же системанын белгилүү бир огтун айланасында айлануусуна себеп болгон тышкы күчтөрдүн ишин аныктоо үчүн алгач күч моментин эсептөө керек. Ал төмөнкүдөй эсептелет:
M=Fd.
Бул жерде d – күч векторунан айлануу огуна чейинки аралык, ал ийин деп аталат. Системанын кандайдыр бир огтун айланасында θ бурч аркылуу айлануусуна алып келген момент M төмөнкү ишти аткарат:
A=Mθ.
Бул жерде МNm менен туюнтулган жана θ бурчу радиан менен.
Механикалык жумуш үчүн физика тапшырма
Макалада айтылгандай, ишти дайыма тигил же бул куч аткарат. Төмөнкү кызыктуу маселени карап көрүңүз.
Дене горизонтко 25o бурч менен жантайган тегиздикте. Төмөн ылдый жылганда дене бир аз кинетикалык энергияга ээ болду. Бул энергияны, ошондой эле тартылуу күчүн эсептөө керек. Дененин массасы 1 кг, анын учак менен басып өткөн жолу 2 метр. Жылдыруу сүрүлүү каршылыгына көңүл бурулбай коюуга болот.
Жогоруда күчтүн жылышуу боюнча багытталган бөлүгү гана иштээри көрсөтүлгөн. Бул учурда оордук күчүнүн төмөнкү бөлүгү жылышуу боюнча аракет кылаарын көрсөтүү оңой:
F=mgsin(α).
Бул жерде α - тегиздиктин жантайыш бурчу. Анда иш төмөнкүдөй эсептелет:
A=mgsin(α)S=19,810,42262=8,29 J.
Башкача айтканда, тартылуу күчү оң иш кылат.
Эми түшүүнүн аягында дененин кинетикалык энергиясын аныктайлы. Бул үчүн Ньютондун экинчи мыйзамын эстеп, ылдамданууну эсептеңиз:
a=F/m=gsin(α).
Дененин жылышы бирдей ылдамдатылгандыктан, кыймылдын убактысын аныктоо үчүн биз тиешелүү кинематикалык формуланы колдонууга укуктуубуз:
S=at2/2=>
t=√(2S/a)=√(2S/(gsin(α))).
Төмөндүн аягында дененин ылдамдыгы төмөнкүчө эсептелет:
v=at=gsin(α)√(2S/(gsin(α)))=√(2Sgsin(α)).
Которуу кыймылынын кинетикалык энергиясы төмөнкү туюнтма аркылуу аныкталат:
E=mv2/2=m2Sgsin(α)/2=mSgsin(α).
Кызыктуу жыйынтыкка ээ болдук: кинетикалык энергиянын формуласы мурда алынган тартылуу ишинин туюнтмасына так дал келет экен. Бул F күчтүн бардык механикалык иши жылган дененин кинетикалык энергиясын көбөйтүүгө багытталгандыгын көрсөтөт. Чынында, сүрүлүү күчтөрүнөн улам А жумушу дайыма E энергиясынан чоң болуп чыгат.
