Восьмой класс
  1. Введение в физику  1.1. Что такое физика и каков ее охват?  1.2. Применение физики в современных технологиях  1.3. The role of experiments in physics  1.4. Физика в инженерии и медицине  1.5. Научный метод и его усовершенствования  1.6. Emerging areas in physics
  2. Измерения и единицы  2.1. Продвинутые физические величины и их классификация  2.2. Система СИ и стандартизированные системы измерений  2.3. Precision instruments for length and mass measurement  2.4. Продвинутые техники измерения времени  2.5. Calculating Volume Using Mathematical Formulas  2.6. Измерение плотности и приложения  2.7. Измерение температуры с помощью термометров и датчиков  2.8. Анализ ошибок и минимизация систематических ошибок  2.9. Оценка, Аппроксимация и Научная Нотация
  3. Kinematics and dynamics  3.1. Движение и его виды – прямолинейное, круговое и колебательное  3.2. Разница между расстоянием и перемещением  3.3. Speed vs Velocity – Understanding their Difference  3.4. Ускорение и его реальные применения  3.5. Графический анализ движения - интерпретация графиков движения  3.6. Equations of motion - derivation and applications  3.7. Свободное падение и ускорение свободного падения  3.8. Effect of air resistance on falling objects
  4. Сила и законы движения Ньютона  4.1. Введение в силы и их эффекты  4.2. Уравновешенные и неуравновешенные силы - их роль в движении  4.3. Первый закон Ньютона - Понимание инерции  4.4. Newton's Second Law - Mathematical Applications in Acceleration  4.5. Третий закон Ньютона - Сила действия и противодействия в повседневной жизни  4.6. Трение - его виды, эффекты и методы уменьшения  4.7. Круговое движение и центростремительная сила  4.8. Импульс и момент инерции – Примеры из реальной жизни  4.9. Применение законов Ньютона в автомобилях и космических путешествиях
  5. Work, Energy and Power  5.1. Концепция работы и ее математическое представление  5.2. Энергия и её формы – кинетическая, потенциальная, механическая и внутренняя  5.3. Понимание теоремы о работе и энергии  5.4. Закон сохранения энергии – практические приложения  5.5. Мощность и ее единицы - как она отличается от энергии  5.6. Methods for improving the efficiency of machines and reducing energy losses  5.7. Применение возобновляемой и невозобновляемой энергии в повседневной жизни
  6. Давление и его приложения  6.1. Понимание давления в твердых телах  6.2. Давление в жидкостях - Принцип Паскаля  6.3. Атмосферное давление и барометр  6.4. Плавучесть и принцип Архимеда  6.5. Гидравлика и ее приложения  6.6. Изменения давления в глубине и в условиях высокогорья
  7. Теплота и температура  7.1. Теплота как форма энергии  7.2. Измерение температуры с использованием продвинутых датчиков  7.3. Тепловое расширение твердых тел, жидкостей и газов  7.4. Удельная теплоёмкость и её применение  7.5. Теплопередача - проводимость, конвекция и излучение  7.6. Скрытая теплота и фазовые изменения вещества  7.7. Тепловой баланс и теплообмен в повседневной жизни
  8. Lighting and Optics  8.1. Nature of light - wave and particle theory  8.2. Отражение - законы и применения в оптических приборах  8.3. Рефракция и закон Снелла  8.4. Lenses - Uses in Image Formation and Corrective Lenses  8.5. Оптические приборы – микроскоп, телескоп и камера  8.6. Дисперсия света и образование цветов  8.7. Полное внутреннее отражение - волоконная оптика и создание миражей  8.8. Человеческий глаз и дефекты зрения - близорукость, дальнозоркость и астигматизм
  9. Звук и волны  9.1. Волновое движение - характеристики и классификация  9.2. Properties of sound - speed, pitch and intensity  9.3. Reflection and absorption of sound – echo and reverberation  9.4. Эффект Доплера и его приложения  9.5. Ультразвук и сонография в медицине  9.6. Noise pollution and its prevention
  10. Электричество и магнетизм  10.1. Статическое электричество и электрический заряд  10.2. Электрический ток - проводники и изоляторы  10.3. Закон Ома и сопротивление  10.4. Последовательные и параллельные цепи – различия и применения  10.5. Расчет электрической мощности и энергии  10.6. Меры безопасности при обращении с электричеством  10.7. Магнетизм - Свойства и Линии Поля  10.8. Электромагнитная индукция - Закон Фарадея и его применения  10.9. Трансформаторы и их использование в распределении электроэнергии
  11. Космическая наука и вселенная  11.1. Solar System - Formation and Components  11.2. The Sun - structure, energy production and solar flares  11.3. Луна - воздействие ее гравитации на Землю  11.4. Затмения – Солнечные и Лунные  11.5. Планеты - Структура, Атмосфера и Спутники  11.6. Спутники - искусственные и естественные  11.7. Gravity in space and its effect on astronauts  11.8. Теории черных дыр и расширяющейся вселенной  11.9. Исследование космоса - Ракеты, Роверы и Космические станции
  12. Ядерная физика и современные приложения  12.1. Structure of atom - protons, neutrons and electrons  12.2. Radioactivity - types and sources  12.3. Half-life and radioactive decay  12.4. Использование радионуклидов в медицине и промышленности  12.5. Ядерное деление и синтез – выработка электроэнергии
  13. Физика окружающей среды  13.1. Влияние потребления энергии на окружающую среду  13.2. Global warming and climate change - physics perspective  13.3. Устойчивые источники энергии – солнечная, ветровая и гидроэлектрическая энергия  13.4. Роль физики в прогнозировании погоды  13.5. Физика стихийных бедствий - землетрясения, цунами и торнадо

Восьмой класс → Work, Energy and Power ↓


Концепция работы и ее математическое представление


В физике концепция работы имеет фундаментальное значение, поскольку она связана с основными понятиями силы и движения. Работа выполняется, когда сила заставляет объект двигаться в направлении силы. Давайте получим подробную информацию о том, что означает работа в контексте физики, а также о ее математическом представлении.

Понимание работы

По сути, работа — это мера передачи энергии, которая происходит, когда объект перемещается на определенное расстояние под воздействием внешней силы. Для выполнения работы необходимо выполнить два основных условия:

  • На объект должна быть приложена сила.
  • Объект обязательно движется в результате приложенной силы.

Интуитивно подумайте о толкании тележки для покупок. Если вы применяете силу к тележке, и она движется, вы выполняете работу над тележкой. Если тележка не движется, несмотря на приложение силы, работа не выполняется.

Математическое определение работы

В физике работа (W) описывается математически как произведение силы (F), приложенной к объекту, и перемещения (d) объекта в направлении силы. Упрощенная формула для работы может быть выражена как:

W = F * d

Где:

  • W — выполненная работа (в джоулях).
  • F — приложенная сила (в ньютонах).
  • d — перемещение, созданное силой (в метрах).

Важно отметить, что работа выполняется только компонентом силы, параллельным направлению движения. Если сила приложена под углом, эффективной является компонента, параллельная направлению перемещения. Таким образом, формула становится:

W = F * d * cos(θ)

Здесь θ обозначает угол между направлением силы и направлением перемещения.

Пример: Если вы толкаете ящик силой 10 Н и перемещаете его на 5 м по горизонтали, выполненная работа будет следующей:

W = F * d = 10 N * 5 m = 50 Джоулей

Единицы измерения работы

В Международной системе единиц (СИ) работа измеряется в джоулях (Дж). Один джоуль равен выполненной работе при приложении силы в один ньютон, которая создает перемещение на один метр в направлении силы:

1 Джоуль = 1 Ньютон * Метр

Это измерение важно, потому что оно представляет один и тот же объем передачи энергии в различных ситуациях, в которых выполняется работа, создавая универсальное чувство масштаба.

Характеристики работы

Выделим некоторые важные особенности работы в физике:

  • Работа — это скалярная величина, то есть она имеет только величину, но не имеет направления.
  • Если перемещения нет, то работа не выполняется, независимо от величины приложенной силы.
  • Если сила и перемещение перпендикулярны (θ = 90°), работа не выполняется, поскольку косинус 90° равен нулю.
  • Знак работы указывает на преобразование энергии объекта:
    • Положительная работа означает, что энергия добавляется к системе.
    • Отрицательная работа означает, что энергия удаляется из системы.

Визуальный пример: сила и перемещение

Вот визуальное представление силы, перемещающей блок:

блок F D

В этом примере, когда сила F приложена к блоку, она перемещает блок на расстояние d в направлении силы. Таким образом, работа выполняется на блоке.

Как углы влияют на работу

Как объяснялось ранее, когда сила приложена под углом к направлению перемещения, только компонент силы, параллельный перемещению, выполняет работу. Мы учитываем угол θ, используя функцию косинуса, как показано в формуле:

W = F * d * cos(θ)

Эта измененная формула подчеркивает важность согласования между силой и скоростью. Чтобы сделать это ясным, давайте рассмотрим пример:

Пример: Предположим, что санки толкают вверх по склону под углом 30 градусов к горизонту на расстояние 50 м с силой 100 Н. Работа рассчитывается как:

W = F * d * cos(θ) = 100 N * 50 m * cos(30°)

Сделав дополнительные вычисления, мы используем косинус 30 градусов, который примерно равен 0.866:

W ≈ 100 N * 50 m * 0.866 ≈ 4330 Джоулей

Работа, выполняемая силой тяжести

Сила тяжести часто играет важную роль в расчете работы. Рассмотрите случай, когда объект опускается или поднимается против силы тяжести. Работа, выполняемая силой тяжести, полностью зависит от вертикального перемещения.

Если масса (m) перемещается по вертикали (высота h), работа, выполняемая силой тяжести, будет:

W = m * g * h

Где:

  • m — масса (в килограммах).
  • g — ускорение свободного падения (9.8 м/с² на Земле).
  • h — высота (в метрах).

Пример: Найдите работу, выполненную силой тяжести, при понижении сумки массой 5 кг с высоты 10 м.

W = m * g * h = 5 kg * 9.8 m/s² * 10 m = 490 Джоулей

Связь между работой и энергией

В физике работа и энергия тесно связаны. Энергия определяется как способность выполнять работу. Когда выполняется работа, энергия передается от одной системы к другой. Когда работа выполняется над объектом, объект получает энергию. Напротив, когда работа выполняется объектом, он теряет энергию.

Рассмотрим энергию, накопленную в аккумуляторе. При разрядке энергия используется для выполнения работы, заставляя лампочку светиться. Использование энергии соответствует выполненной работе, что показывает фундаментальную связь между этими двумя понятиями.

Применение функций в реальной жизни

Знание концепции работы важно для понимания, поскольку оно появляется во множестве повседневных ситуаций и позволяет нам понимать, как энергия передается или преобразуется:

  • Перемещение объектов: Всякий раз, когда вы перемещаете объект, будь то подъем тяжестей, толкание тележки или удар по мячу, связано с выполнением работы. Знание того, сколько работы предстоит, помогает изобретать и оптимизировать инструменты и машины для повышения эффективности.
  • Строительство и инженерия: Строительство требует подъема и транспортировки материалов. Понимание работы помогает инженерам разрабатывать краны и другие механизмы, которые оптимально используют усилия и энергопотребление.
  • Транспорт: Транспортные средства (автомобили, велосипеды, самолеты) зависят от двигателей для движения. Понимание их работы помогает создавать более эффективные транспортные средства, экономя топливо и ресурсы.
  • Спорт: Спортсмены применяют силу для перемещения себя или оборудования, например, при ударе по мячу или езде на велосипеде. Анализ выполненной работы помогает разрабатывать стратегии для повышения эффективности и предотвращения травм.

Заключение

Понимание концепции работы в физике фундаментально, так как оно напрямую связано с понятием передачи энергии. Через математическое представление простая формула работы включает как силу, так и перемещение и учитывает направление через угол θ, когда это необходимо. Понимание того, как работа применяется в практических ситуациях, показывает реальную значимость и важность этого базового аспекта физики.

Практические задачи

Попробуйте решить эти задачи, чтобы закрепить свои знания:

  1. Сколько работы выполняется, если сила в 15 Н приложена под углом 45° к горизонту, чтобы тянуть санки на 20 м?
  2. Рассчитайте работу, выполненную при поднятии объекта массой 10 кг на высоту 5 м.
  3. Кран поднимает груз весом 2000 кг на 10 м вертикально, используя постоянную силу в 19600 Н. Определите работу, выполненную краном.

Восьмой класс → 5.1


U
username
0%
завершено в Восьмой класс

← Предыдущий (5)
Work, Energy and Power
Следующий (5.2) →
Энергия и её формы – кинетическая, потенциальная, механическая и внутренняя

Комментарии 



Концепция работы и ее математическое представление

https://www.physicsflow.com/g8/5.1?pfal=ru