Cum se calculează lucrarea

În fizică, cuvântul "muncă" Are un sens diferit de cel folosit în conversațiile de zi cu zi. În mod specific, termenul de muncă se aplică atunci când o forță fizică determină mișcarea unui obiect. În general, dacă o forță mare determină un obiect să se deplaseze foarte mult, înseamnă că a fost făcută o mulțime de lucruri. Dimpotrivă, dacă forța este mică sau dacă obiectul nu sa mișcat prea mult, s-au făcut puține lucruri. Forța poate fi calculată cu formula Lucru = F × D × Cosin (θ)

conținut

Pași
Partea 1calculul muncii într-o singură dimensiune
Partea 2calcularea muncii când forța și direcția formează un unghi
Partea 3cum se utilizează valoarea muncii
Sfaturi

, unde F = forța (în newtoni), D = deplasarea (în metri) și θ = unghiul dintre vectorul de forță și direcția de deplasare.

pași

Partea 1
Calculul muncii într-o singură dimensiune

Imaginea intitulată Calculate Work Step 1

Găsiți direcția vectorului de forță și direcția de mișcare. Pentru început, este important să vă puteți identifica atât direcția în care obiectul se mișcă, ca direcția din care este aplicată forța. Rețineți că obiectul nu se mișcă întotdeauna în aceeași direcție în care este aplicată forța (de exemplu, dacă trage un vagon și sunt mai mari decât aceasta, va fi aplicarea unei forțe de presare să se miște). Cu toate acestea, în această secțiune vom aborda situații în care forța și deplasarea obiectului au aceeași direcție. În secțiunea următoare veți găsi informații despre modul de calcul al lucrării atunci când ambii factori nu au aceeași adresă.

Pentru a face acest proces ușor de înțeles, să continuăm cu un exemplu. Să presupunem că un tren de jucărie trage în fața unei mașini. În acest caz, atât vectorul de forță, cât și direcția de deplasare a trenului au aceeași direcție (înainte). În următorii pași, vom folosi aceste informații pentru a calcula munca efectuată pe obiect.

Imaginea intitulată Calculate Work Step 2

Găsiți deplasarea obiectului. Prima variabilă de care avem nevoie pentru formulă este "D" sau deplasarea, care este de obicei ușor de găsit. Deplasarea este pur și simplu distanța la care forța a mutat obiectul de la punctul său de plecare. În problemele academice, aceste informații sunt de obicei furnizate sau pot fi deduse din alte informații din problemă. În lumea reală, tot ceea ce trebuie să faceți pentru a afla deplasarea este să măsurați distanța parcursă de obiect.

Rețineți că, pentru a utiliza formula de lucru, măsurătorile distanței trebuie să fie exprimate în metri.

În exemplul nostru de tren de jucării, să presupunem că calculăm munca depusă în tren în timp ce călătorește pe drum. Dacă traseul dvs. începe într-un anumit punct și se termină la un alt loc situat la 2 metri, putem folosi 2 metri pentru valoarea noastră de "D" în formula.

Imaginea intitulată Calculate Work Step 3

Găsiți forța aplicată obiectului. Apoi, găsiți magnitudinea forței care determină mișcarea obiectului. Aceasta este o măsură a "intensitate" de forță (cu cât magnitudinea este mai mare, cu atât mai puternic împinge obiectul și cu cât accelerează mai repede). Dacă datele de mărimea forței nu este prevăzută, poate fi derivată din masa și accelerarea mișcării (presupunând că nu există alte forțe opuse care acționează pe aceasta), cu formula F = M x A.

Rețineți că, pentru a utiliza formula de lucru, forțele trebuie să fie exprimate în newtoni.

În exemplul nostru, să presupunem că nu cunoaștem amploarea forței. Cu toate acestea, să presupunem că știm că trenul de jucărie are o masă de 0,5 kilograme și că forța îl determină să accelereze la o viteză de 0,7 metri / secundă. În acest caz, putem calcula amploarea, înmulțind M × A = 0.5 × 0.7 = 0,35 Newtoni.

Imaginea intitulată Calculate Work Step 4

Multiplicați forța × Distanța. Odată ce cunoașteți magnitudinea forței care acționează asupra obiectului și distanța pe care a trecut-o, restul este simplu. Doar înmulțiți aceste două valori și veți obține slujba.

Este timpul să rezolvăm problema exemplului nostru. Cu o forță de 0,35 newtoni și o distanță de deplasare de 2 metri, răspunsul nostru este o înmulțire simplă: 0,35 × 2 = 0,7 jouli.

Probabil ați observat că, în formula prezentată în introducere, există un termen suplimentar: Cosine (θ). După cum am discutat mai devreme, în acest exemplu, forța și direcția mișcării au aceeași direcție. Aceasta înseamnă că unghiul dintre ele este 0. Deoarece Cosine (θ) = 1, nu trebuie să-l includeți (deoarece înmultim numai cu 1).

Imaginea intitulată Calculate Work Step 5

Exprimați-vă răspunsul în jouli. În fizică, valorile muncii (și în multe alte cantități) sunt aproape întotdeauna exprimate într-o unitate de măsură numită iulie. Un iulie este definit ca un nouton de forță exercitat pe un contor, sau, cu alte cuvinte, un nouton × metru. Acest lucru are sens, deoarece dacă înmulțiți distanța prin forță, este logic ca răspunsul obținut să aibă o unitate de măsură echivalentă cu înmulțirea unităților de forță și distanță.

Rețineți că iulie are o definiție alternativă: un watt de putere emis într-o secundă. Citiți secțiunea următoare pentru a găsi o discuție mai detaliată despre puterea și relația de muncă.

Partea 2
Calcularea muncii când forța și direcția formează un unghi

Imaginea intitulată Calculate Work Step 6

Găsiți forța și deplasarea ca în cazul precedent. În secțiunea anterioară, ne confruntăm cu o problemă în care obiectul se mișcă în aceeași direcție cu forța aplicată. De fapt, lucrurile nu sunt întotdeauna așa. În cazurile în care forța și mișcarea obiectului au direcții diferite, diferența dintre aceste două direcții trebuie luată în considerare în ecuație, pentru a obține un rezultat precis. Pentru a începe, găsiți amploarea forței și deplasarea obiectului ca în cazul anterior.

Să vedem o altă problemă, ca exemplu. În acest caz, să presupunem că tragem un tren de jucării înainte (ca în problema precedentă), dar de data aceasta, în realitate, tragem în diagonală. În pasul următor vom ține cont de acest lucru, dar pentru moment, vom continua la elementele de bază: deplasarea trenului și amploarea forței care acționează asupra acestuia. Pentru scopurile noastre, să presupunem că forța are o magnitudine de 10 newtoni și că distanța parcursă a fost 2 metri, ca în cazul precedent.

Imaginea intitulată Calculate Work Step 7

Determinați unghiul dintre vectorul de forță și deplasare. Spre deosebire de exemplul anterior, când o forță se află într-o direcție diferită față de mișcarea obiectului, este necesar să se determine unghiul format de aceste două direcții. Dacă aceste informații nu sunt furnizate, este posibil să fie necesar să le măsurați sau să le deduceți din alte informații despre problemă.

În exemplul nostru, presupuneți că forța este aplicată la aproximativ 60 deasupra liniei orizontale. Dacă trenul se deplasează direct înainte (adică, orizontal), unghiul dintre vectorul de forță și mișcarea trenului este 60.

Imaginea intitulată Calculate Work Step 8

Multiplicați Forța × Distanța × Cosin (θ). Odată ce cunoașteți deplasarea obiectului, magnitudinea forței care acționează asupra acestuia și unghiul dintre vectorul de forță și mișcarea acestuia, rezolvând această problemă, este aproape la fel de ușor ca în cazul precedent. Pur și simplu, calculați cosinusul unghiului (acest lucru poate necesita un calculator științific) și multiplicați-l prin forță și deplasare, pentru a calcula răspunsul dvs. în jouli.

Să rezolvăm problema exemplului nostru. Folosind un calculator, descoperim că cosinusul de 60 este de 1/2. Se înlocuiesc datele din formula și se calculează după cum urmează: 10 newtoni × 2 metri × 1/2 = 10 jouli.

Partea 3
Cum se utilizează valoarea muncii

Imaginea intitulată Calculate Work Step 9

Puteți inversa formula de lucru pentru a găsi distanța, rezistența sau unghiul. Formula pentru calcularea muncii nu este utilă numai pentru calcularea acestei mărimi. De asemenea, este util să se calculeze oricare dintre variabilele din ecuație, atunci când valoarea lucrării este deja cunoscută. În aceste cazuri, izolați pur și simplu variabila pe care doriți să o calculați și rezolvați ecuația conform regulilor de bază algebrice.

De exemplu, să presupunem că ne tragem trenul cu 20 newtoni de forță, aplicați la un unghi de diagonală, de-a lungul unei căi de 5 metri, pentru a produce un job de 86,6 jouli. Cu toate acestea, nu cunoaștem unghiul vectorului de forță. Pentru a calcula unghiul, izolăm doar variabila și rezolvăm problema în felul următor:
86,6 = 20 × 5 × Cosin (θ)
86,6 / 100 = Cosin (θ)
Arccos (0,866) = θ = 30

Imaginea intitulată Calculate Work Step 10

Pentru a calcula puterea, împărțiți lucrarea între timpul utilizat pentru efectuarea mișcării. În fizică, lucrarea este strâns legată de un alt tip de măsură numit "putere". Puterea este, pur și simplu, o modalitate de cuantificare a vitezei cu care se realizează o lucrare într-un sistem dat în timp. Prin urmare, pentru a găsi puterea, trebuie să împărțiți lucrarea folosită pentru a muta un obiect, între timpul utilizat pentru a finaliza mișcarea. Unitatea de măsură a puterii este watt (care este egal cu jouli pe secundă).

De exemplu, în problema pasului anterior, să presupunem că pentru a muta 5 metri în tren, au fost folosite 12 secunde. În acest caz, ceea ce trebuie făcut pentru calcularea puterii este împărțirea lucrărilor efectuate pentru a deplasa trenul la 5 metri (86,6 jouli) între 12 secunde: 86,6 / 12 = 7,22 wați.

Imaginea intitulată Calculate Work Step 11

Utilizați formula E_eu + W_nc = E_F, pentru a calcula energia mecanică într-un sistem. Lucrarea poate fi, de asemenea, utilizată pentru a calcula energia conținută într-un sistem. În formula anterioară, E_eu = energie mecanică totală inițial în cadrul sistemului, E_F = energie mecanică totală capăt în cadrul sistemului și W_nc = lucrarea făcută în sistem din cauza forțelor neconservative. În această formulă, dacă forța împinge în direcția mișcării, ea este pozitivă și, dacă o împinge împotriva ei, este negativă. Rețineți că ambele variabile de energie pot fi calculate cu formula (½) mv, unde m = masa și v = volum.

De exemplu, în problema prezentată cu doi pași înainte, să presupunem că trenul a avut o energie mecanică inițială de 100 jouli. Deoarece forța problemei trage trenul în aceeași direcție a mișcării sale, este pozitivă. În acest caz, energia finală a trenului este E_eu + W_nc = 100 + 86,6 = 186,6 jouli.

Rețineți că forțele non-conservatoare sunt forțe a căror putere de a afecta accelerarea unui obiect depinde de calea de urmat de acest lucru. Frecare este un bun exemplu al acestor forțe: efectele frecare pe un obiect în mișcare pe o cale dreaptă scurt sunt mai mici decât cele experimentate de un obiect atinge aceeași poziție finală, ci un drum lung și lichidare.

sfaturi

Dacă reușiți să rezolvați o problemă, zâmbiți și felicitați-vă.
Rezolvați cât mai multe probleme puteți, acest lucru vă va asigura că înțelegeți complet subiectul.
Dacă nu reușiți la prima încercare, continuați să practicați din nou și din nou.
Aflați următoarele puncte despre lucrare:

Munca făcută de o forță poate fi pozitivă sau negativă. (În acest caz, termenii pozitivi și negativi sunt folosiți cu semnificația lor matematică, nu cu semnificația lor de zi cu zi).
Munca făcută este negativă atunci când forța se opune direcției de mișcare.
Munca făcută este pozitivă atunci când forța este în aceeași direcție de mișcare.

Distribuiți pe rețelele sociale:

înrudit