Десятый класс
  1. Механика  1.1. Динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. Смещение и расстояние  1.1.4. Скорость и Вектор  1.1.5. Ускорение  1.1.6. Графическое представление движения  1.1.7. Equations of motion  1.1.8. Свободное падение и ускорение свободного падения  1.1.9. Движение тела, брошенного под углом к горизонту  1.1.10. Относительная скорость  1.2. Динамика  1.2.1. Законы движения Ньютона  1.2.2. Инерция и масса  1.2.3. Сила и ее виды  1.2.4. Сила действия и противодействия  1.2.5. Friction and its effects  1.2.6. Коэффициент трения  1.2.7. Круговое движение  1.2.8. Центростремительная сила и центростремительное ускорение  1.2.9. Импульс и количество движения  1.2.10. Conservation of momentum  1.2.11. Третий закон Ньютона и его применения  1.3. Работа, энергия и мощность  1.3.1. Работа, совершаемая силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия  1.3.5. Mechanical energy  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и эффективность  1.3.8. Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии  1.4. Гравитационная сила  1.4.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.4.2. Гравитационное поле и напряженность поля  1.4.3. Ускорение свободного падения на разных планетах  1.4.4. Законы движения планет Кеплера  1.4.5. Orbits and satellites  1.4.6. Вес и кажущийся вес  1.4.7. Гравитационная потенциальная энергия
  2. Свойства материи  2.1. States of matter  2.1.1. Твердое, жидкое и газообразное  2.1.2. Molecular structure of matter  2.1.3. Межмолекулярные силы  2.1.4. Плазма и конденсат Бозе–Эйнштейна  2.2. Давление  2.2.1. Определение давления  2.2.2. Pressure in liquids  2.2.3. Атмосферное давление  2.2.4. Принцип Паскаля  2.2.5. Принцип Архимеда и плавучесть  2.2.6. Поверхностное натяжение и капиллярность  2.3. Эластичность  2.3.1. Закон Гука  2.3.2. Stress and strain  2.3.3. Предел упругости и модуль упругости  2.3.4. Применения упругости
  3. Thermal physics  3.1. тепло и температура  3.1.1. Difference Between Heat and Temperature  3.1.2. Температурная шкала  3.1.3. Тепловое расширение  3.1.4. Тепловое равновесие  3.2. Теплопередача  3.2.1. Проводимость  3.2.2. Конвекция  3.2.3. Излучение  3.2.4. Insulation and its applications  3.3. Тепловые свойства вещества  3.3.1. Удельная теплоемкость  3.3.2. Скрытая теплота и фазовые переходы  3.3.3. Boiling and Melting Point  3.3.4. Тепловые двигатели и холодильные установки  3.4. Законы термодинамики  3.4.1. Нулевой закон термодинамики  3.4.2. Первый закон термодинамики  3.4.3. Второй закон термодинамики  3.4.4. Цикл Карно
  4. Волны и оптика  4.1. Природа и свойства волн  4.1.1. Типы волн в природе и свойства волн  4.1.2. Поперечные и продольные волны  4.1.3. Параметры волн  4.1.4. Отражение и преломление волн  4.1.5. Суперпозиция и интерференция  4.1.6. Стоячие волны и резонанс  4.1.7. Эффект Доплера  4.2. Звуковые волны  4.2.1. Характеристики звуковых волн  4.2.2. Скорость звука в разных средах  4.2.3. Применение звуковых волн  4.2.4. Ультразвук и его использование  4.3. Light Waves and Optics  4.3.1. Природа света  4.3.2. Отражение света  4.3.3. Laws of reflection  4.3.4. Mirrors and Image Formation  4.3.5. Преломление света  4.3.6. Закон Снелла  4.3.7. Линзы и образование изображения  4.3.8. Полное внутреннее отражение и критический угол  4.3.9. Оптическое волокно  4.4. Оптические приборы  4.4.1. Microscope  4.4.2. Телескоп  4.4.3. Человеческий глаз и дефекты зрения  4.4.4. Камера и принцип ее работы
  5. Электричество и магнетизм  5.1. Электростатика  5.1.1. Электрический заряд и его свойства  5.1.2. Проводники и изоляторы  5.1.3. Coulomb's law  5.1.4. Электрическое поле и линии поля  5.1.5. Electric potential and potential difference  5.1.6. Конденсаторы и емкость  5.2. Ток электричества  5.2.1. Electric current and its measurement  5.2.2. Закон Ома  5.2.3. Сопротивление и удельное сопротивление  5.2.4. Последовательные и параллельные цепи  5.2.5. Электрическая энергия и мощность  5.2.6. Законы Кирхгофа  5.3. Магнетизм и электромагнетизм  5.3.1. Магнитное поле и линии поля  5.3.2. Магнитные эффекты электрического тока  5.3.3. Электромагнитная индукция  5.3.4. Законы электромагнитной индукции Фарадея  5.3.5. Трансформаторы и их применение  5.3.6. AC and DC current
  6. Современная физика  6.1. Nuclear physics  6.1.1. Структура атома  6.1.2. Атомная модель Бора  6.1.3. Энергетические уровни электронов  6.1.4. Рентгеновские лучи и их применение  6.2. Радиоактивность  6.2.1. Виды радиации  6.2.2. Half-life and radioactive decay  6.2.3. Ядерные реакции и их применения  6.2.4. Деление и Синтез  6.3. Quantum physics  6.3.1. Дуализм волна-частица  6.3.2. Photoelectric effect  6.3.3. Квантизация энергии  6.3.4. Принцип неопределённости Гейзенберга
  7. Электроника и связь  7.1. Полупроводники  7.1.1. Проводники, изоляторы и полупроводники  7.1.2. Диоды и их применение  7.1.3. Транзисторы и логические элементы  7.1.4. Светодиоды и фотодиоды  7.2. Системы Коммуникации  7.2.1. Основы коммуникации  7.2.2. Аналоговые и цифровые сигналы  7.2.3. Беспроводная связь и оптоволоконная связь  7.2.4. Радиоволны и модуляция

Десятый класс → Механика → Работа, энергия и мощность ↓


Работа, совершаемая силой


Работа — это фундаментальное понятие в физике, которое описывает, как энергия передается, когда к объекту прикладывается сила. В своей самой простой форме выполненная работа — это произведение силы, применяемой к объекту, и расстояния, пройденного объектом в направлении силы. В области механики понимание работы важно, потому что оно закладывает основу для более сложных понятий, таких как энергия и мощность.

Основное определение работы

Работа выполняется, когда сила приводит объект в движение. Чтобы произвести работу над объектом, компонент силы должен действовать в направлении движения. Если сила приложена, но объект не движется, то работа не выполняется. Аналогично, если существует движение, но сила действует перпендикулярно направлению движения, работа также не выполняется.

Формула работы

Математическое выражение работы, совершаемой силой, представляет собой следующее уравнение:

Работа (W) = Сила (F) × Расстояние (d) × cos(θ)

Где:

  • W — это работа, произведенная силой, измеряемая в джоулях (Дж).
  • F — величина приложенной силы, измеряемая в ньютонах (Н).
  • d — расстояние, пройденное объектом в направлении силы, измеряемое в метрах (м).
  • θ — угол между силой и направлением движения.

Компонент cos(θ) гарантирует, что при расчете работы рассматривается только часть силы, действующая в направлении движения. Если сила полностью действует в направлении движения, то θ = 0° и cos(0°) = 1, так что полная величина силы вносит вклад в выполненную работу.

Визуальный пример

Давайте рассмотрим пример, чтобы сделать это понятие проще.

объект Сила(F) Пройденное расстояние (d) θ

На приведенной выше иллюстрации сила F приложена под углом θ к горизонтальному направлению, в котором происходит смещение объекта. Зеленая стрелка показывает расстояние d, пройденное объектом под действием силы. Эффективная составляющая силы, вносящая вклад в работу, лежит вдоль линии движения, и рассчитывается с использованием cos(θ).

Примеры выполненной работы

Пример 1: Волочение коробки по ровной поверхности

Представьте, что вы тянете коробку по ровной поверхности. Если вы прикладываете горизонтальную силу 50 Н к коробке и перемещаете ее на 5 м по той же линии, выполненная работа будет равна:

W = F × d = 50 Н × 5 м = 250 Дж

Здесь сила полностью в направлении движения, поэтому cos(0°) = 1.

Пример 2: Подъем коробки вертикально

Предположим, вы поднимаете коробку весом 10 кг на высоту 2 м. Приложенная сила равна весу коробки, умноженному на массу и ускорение свободного падения (около (9.8 м/с^2)). Следовательно, сила равна:

F = m × g = 10 кг × 9.8 м/c² = 98 Н

Работа, произведенная при подъеме коробки, равна:

W = F × d = 98 Н × 2 м = 196 Дж

Здесь движение происходит прямо по линии силы.

Пример 3: Тянуть тележку по наклонной плоскости

Рассмотрим ситуацию, когда тележка тянется с силой 30 Н под углом 30 градусов к земле. Если тележка перемещается на 3 м по земле, рассчитайте выполненную работу:

W = F × d × cos(θ) θ = 30°, cos(30°) ≈ 0.866 W = 30 Н × 3 м × 0.866 ≈ 77.94 Дж

Здесь только горизонтальная составляющая силы действует для перемещения тележки.

Особые случаи задачи

Случай 1: Сила перпендикулярна движению

Если сила действует перпендикулярно направлению движения, работа не выполняется. Пример — перенос книги при горизонтальном движении. Приложенная сила (вес книги) вертикальна, в то время как движение горизонтально. Здесь θ = 90°, и cos(90°) = 0, поэтому:

W = F × d × cos(90°) = 0

Случай 2: Нулевое перемещение

Если движения нет, работа не выполняется, даже если приложена сила. Например, работа не выполняется, когда вы толкаете стационарную стену, как показано:

W = F × 0 = 0

Случай 3: Постоянная скорость

Когда объект движется с постоянной скоростью, и на него не действует результирующая сила, выполненная работа равна нулю. Это потому, что силы в противоположных направлениях уравновешивают друг друга.

Единицы измерения работы

Единицей измерения работы является джоуль (Дж). Поскольку работа является мерой передачи энергии, она имеет ту же единицу, что и энергия. Один джоуль равен работе, выполненной, когда сила в один ньютон смещает объект на один метр в направлении силы. Следовательно, эта связь также может быть выражена как:

1 Дж = 1 Н × 1 м

Заключение

Понимание понятия работы, совершаемой силой, является важным шагом в физике, который связывает силу и энергию. Анализируя взаимодействие сил и движения, мы получаем представление о механизмах передачи энергии и о том, как они позволяют нам выполнять различные задачи в повседневной жизни. Изложенные здесь идеи образуют основу многих аспектов физики, поэтому важно хорошо понимать эти фундаментальные концепции.


Десятый класс → 1.3.1


U
username
0%
завершено в Десятый класс

← Предыдущий (1.3)
Работа, энергия и мощность
Следующий (1.3.2) →
Теорема о работе и энергии

Комментарии 



Работа, совершаемая силой

https://www.physicsflow.com/g10/1.3.1?pfal=ru