- Mi az a mechanikai munka?
- A gépészeti munka jellemzői
- Mechanikai munkaképlet
- A gépészeti munkák fajtái
- Példák a mechanikai munkákra
Elmagyarázzuk, hogy mi a mechanikai munka a fizikában, annak jellemzőit és a számítási képletet. Illetve milyen típusok léteznek és példák.
Mi az a mechanikai munka?
Ban ben fizikai, és pontosabban a ág a mechanika, mechanikai munka alatt értendő (vagy egyszerűen dolgozott) az a erő nyugalmi testen mozgalom, hogy a elmozdulás a testben arányos az Energia befektetett az azt mozgató erőbe. Más szóval, a mechanikai munka az az energiamennyiség, amelyet a testre ható erő visz át.
A gépészeti munka az nagyságrendű skalár, amelyet általában a Nemzetközi rendszer (SI) joule-ban vagy joule-ban (J), és a W betű jelöli (angol nyelvből). munka, "Működött"). Emellett gyakran beszélünk pozitív vagy negatív munkáról attól függően, hogy az erő energiát ad át a tárgynak (pozitív munka), vagy kivonja azt (negatív munka). Így például, aki eldob egy labdát, az pozitív, míg aki elkapja, az negatív munkát végez.
A gépészeti munka jellemzői
A gépészeti munkát a következők jellemzik:
- Ez egy skaláris magnitúdó, amelyet joule-ban mérnek (vagyis kilogramm per négyzetméter osztva egy másodperc négyzetével), és a W betű jelöli.
- Közvetlenül attól az erőtől függ, amely ezt okozza, tehát ahhoz, hogy egy testen mechanikai munka legyen, mechanikai erőnek kell hatnia rá egy meghatározott úton.
- A jelenlegi nyelven a „munka” kifejezést annak a mechanikai tevékenységnek a meghatározására használják, amelynek teljesítménye bizonyos mennyiségű energiát fogyaszt.
- Az átvitele hőség (kalória energia) nem tekinthető munkaformának, még akkor sem, ha energiaátadásból áll.
Mechanikai munkaképlet
Az erő által mozgatott test munkájának kiszámításához a legegyszerűbb képlet általában a következő:
W = F x d
ahol W az elvégzett munka, F a testre ható erő, D pedig a test által elszenvedett elmozdulási távolság.
Az erőt és a távolságot azonban általában vektornagyságnak tekintik, amihez bizonyos térbeli tájékozódás szükséges. Így a fenti képlet újrafogalmazható úgy, hogy magában foglalja az ilyen orientációt, az alábbiak szerint:
W = F x d x cos𝛂
ahol az alfa koszinusz (cos𝛂) határozza meg a szöget az erő kifejtésének iránya és a tárgy mozgási iránya között.
A gépészeti munkák fajtái
A mechanikai munka háromféle lehet, attól függően, hogy összeadja, kivonja vagy fenntartja az energiaszintet a mozgó testben. Tehát a következőkről beszélhetünk:
- Pozitív munka (W > 0). Ez akkor fordul elő, amikor az erő energiát ad a szóban forgó tárgyhoz, és elmozdulást idéz elő ugyanabban az irányban, amelyben az erőt alkalmazták. Példa erre egy golfjátékos, aki eltalálja a labdát az ütővel, és több métert repül, vagy egy baseballjátékos, aki eltalálja a labdát mozgás közben, módosítva a röppályáját.
- Nulla munka (W = 0). Ez akkor fordul elő, ha az alkalmazott erő nem okoz elmozdulást a tárgyban, annak ellenére, hogy a folyamat során energiát fogyaszt. Példa erre az a személy, aki egy nagyon nehéz bútort tol el anélkül, hogy az egy centimétert is megmozdulna.
- Negatív munka (W < 0).Ez akkor fordul elő, amikor az alkalmazott erő levonja az energiát a kérdéses tárgyból, ellenállva a mozgásnak, amelyet a tárgy már hozott, vagy csökkenti az elmozdulását. Példa erre egy baseball-játékos, aki elkapja a másik által eldobott labdát, megakadályozva, hogy folytassa a pályáját; vagy olyan személy, aki egy dombról lezuhanó tárgy elé áll, és bár nem tudja teljesen megállítani, de sikerül lelassítania annak esését.
Példák a mechanikai munkákra
Néhány példa a mechanikai munkákra:
- Egy focimeccsen a játékvezető büntetőt végez, Lionel Messi pedig 500 N erővel a kapu felé rúgja a labdát, így az körülbelül 15 métert mozdul el anélkül, hogy a talajt érintené. Mennyi munkát fektetett a gólszerzésbe?
Válasz: a W = F x d képletet alkalmazva azt kaptuk, hogy Messi 500N x 15m-es, azaz 7500 J-nek megfelelő munkát végzett.
- Egy vonat teljes sebességgel dél felé tart, a síneken elakadt kocsi felé tartva. Egy szuperhős, felismerve a veszélyt, úgy dönt, hogy a mozdony elé áll, és megállítja a haladását. Ha figyelembe vesszük, hogy a vonat 20 000 N erőt hoz magával, a szuperhős sérthetetlen, a mozdony pedig 700 méterre van a beszorult kocsitól, mennyi munkát kell végeznie a szuperhősnek, hogy megállítsa?
Válasz: Mivel a mozdony lefékezéséhez legalább 20 000 N kell az ellenkező irányba, és a szuperhős legalább 2 méteres távolságot szeretne hagyni a mozdony és a beszorult kocsi között, tudjuk, hogy 20 000 N x-nek megfelelő munkát kell végeznie. 698 m, azaz 13 960 000 J negatív munka.