Девятый класс
  1. Механика  1.1. Движение  1.1.1. Виды движения  1.1.2. Расстояние и перемещение  1.1.3. Скорость и вектор скорости  1.1.4. Ускорение  1.1.5. Графическое представление движения  1.1.6. Уравнения движения  1.1.7. Равномерное и неравномерное движение  1.1.8. Свободное падение и ускорение свободного падения  1.1.9. Relative speed  1.1.10. Circular motion  1.2. Законы силы и движения  1.2.1. Понятие силы  1.2.2. Первый закон Ньютона  1.2.3. Newton's second law of motion  1.2.4. Третий закон Ньютона  1.2.5. Инерция и виды инерции  1.2.6. Motion  1.2.7. Conservation of momentum  1.2.8. Применение законов Ньютона в повседневной жизни  1.2.9. Types of Forces (Contact and Non-Contact)  1.2.10. Friction and its effects  1.3. Гравитационная сила  1.3.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.3.2. Важность гравитационной силы  1.3.3. Ускорение из-за гравитации  1.3.4. Свободное падение и невесомость  1.3.5. Масса и вес  1.3.6. Изменение g с высотой и глубиной  1.3.7. Kepler's laws of planetary motion  1.3.8. Satellites and their orbits  1.4. Work, Energy and Power  1.4.1. Понятие работы  1.4.2. Положительные и отрицательные действия  1.4.3. Работа, совершаемая постоянной и переменной силой  1.4.4. Энергия и ее формы  1.4.5. Кинетическая и потенциальная энергия  1.4.6. Закон сохранения энергии  1.4.8. Коммерческая единица энергии  1.4.9. Теорема о работе и энергии  1.5. Простые механизмы  1.5.1. Types of simple machines  1.5.2. Механическое преимущество  1.5.3. Эффективность машин  1.5.4. Рычаги и их типы  1.5.5. Блоки и наклонные плоскости  1.5.6. Шестерни и их применение
  2. Свойства материи  2.1. Состояния материи  2.1.1. Solids, liquids and gases  2.1.2. Свойства различных состояний вещества  2.1.3. Изменение состояния вещества  2.1.4. Плазма и конденсат Бозе — Эйнштейна  2.2. Плотность и давление  2.2.1. Понятие плотности и относительной плотности  2.2.2. Давление в твердых телах, жидкостях и газах  2.2.3. Pascal's law and its applications  2.2.4. Атмосферное давление и его вариации  2.2.5. Surface tension and capillarity  2.3. Плавучесть и принцип Архимеда  2.3.1. Выталкивающая сила  2.3.2. Закон Архимеда  2.3.3. Применения принципа Архимеда  2.3.4. плавучие и тонущие объекты  2.3.5. Теория плавания и принцип Архимеда
  3. Теплота и термодинамика  3.1. Температура и тепло  3.1.1. Концепция тепла и температуры  3.1.2. Измерение температуры  3.1.3. Шкалы температуры  3.2. Heat transfer  3.2.1. Проводимость тепла  3.2.2. Конвекция тепла  3.2.3. тепловое излучение  3.2.4. Применения теплообмена  3.2.5. Теплопроводность  3.3. Thermal expansion  3.3.1. Расширение твердых тел, жидкостей и газов  3.3.2. Abnormal expansion of water  3.3.3. Применение теплового расширения  3.4. Удельная теплоемкость и скрытая теплота  3.4.1. Концепция удельной теплоемкости  3.4.2. Измерение и применение удельной теплоемкости  3.4.3. Latent heat of fusion and vaporization  3.4.4. Тепловые двигатели и эффективность
  4. Волны и звук  4.1. Waves and their types  4.1.1. Механические и электромагнитные волны  4.1.2. Продольные и поперечные волны  4.1.3. Свойства волн  4.1.4. Длина волны, частота и скорость волны  4.1.5. Наложение волн  4.2. Звуковые волны  4.2.1. Природа и передача звука  4.2.2. Скорость звука в различных средах  4.2.3. Отражение звука и эхо  4.2.4. Sonar and ultrasound  4.2.5. Резонанс и пульсация  4.3. Характеристики звука  4.3.1. Интенсивность, громкость и качество звука  4.3.2. Эффект Доплера в звуке
  5. Освещение и оптика  5.1. Отражение света  5.1.1. Законы отражения  5.1.2. Отражение от плоского зеркала  5.1.3. Отражение от сферического зеркала  5.1.4. Формирование изображения вогнутыми и выпуклыми зеркалами  5.1.5. Применения отражения  5.2. Преломление света  5.2.1. Законы преломления  5.2.2. Показатель преломления  5.2.3. Преломление через стеклянную плиту  5.2.4. Refraction in water and air  5.2.5. Lenses and their types  5.2.6. Image formation by convex and concave lenses  5.2.7. Total internal reflection and its applications  5.3. Дисперсия и рассеяние света  5.3.1. Спектр белого света  5.3.2. Prisms and Dispersion  5.3.3. Эффект Тиндаля и голубое небо
  6. Электричество и магнетизм  6.1. Электрический заряд и статическое электричество  6.1.1. Понятие электрического заряда  6.1.2. Зарядка трением, контактом и индукцией  6.1.3. Электроскоп и его работа  6.2. Current Electricity  6.2.1. Понятие электрического тока  6.2.2. Ohm's Law and Resistance  6.2.3. Факторы, влияющие на сопротивление  6.2.4. Последовательные и параллельные схемы  6.2.5. Тепловой эффект электрического тока  6.2.6. Электрическая мощность и энергия  6.3. Магнетизм  6.3.1. Естественные и искусственные магниты  6.3.2. Свойства магнитов  6.3.3. Earth's magnetism  6.3.4. Magnetic field and field lines  6.3.5. Электромагниты и их применение
  7. Современная физика  7.1. структура атома  7.1.1. Atomic Structure and Subatomic Particles  7.1.2. Электроны, протоны и нейтроны  7.1.3. Модель Резерфорда и Бора  7.2. Радиоактивность  7.2.1. Types of radioactive emissions  7.2.2. Период полураспада и радиоактивный распад  7.2.3. Использование и опасности радиации
  8. Space science and astronomy  8.1. Вселенная и ее компоненты  8.1.1. Звезды и галактики  8.1.2. Planets and Solar System  8.2. Спутники  8.2.1. Естественные и искусственные спутники  8.2.2. Использование спутников

Девятый класс → Механика → Work, Energy and Power ↓


Понятие работы


В повседневной речи "работа" может означать разные вещи. Например, выполнение домашнего задания, уборка комнаты или работа на работе — все это попадает в широкую категорию работы. Но в физике работа имеет очень специфическое значение. Понимание его определения является ключом к пониманию взаимосвязи между работой, энергией и мощностью в механике.

Определение работы в физике

В физике работа выполняется, когда на объект прикладывается сила и объект перемещается в направлении силы. Основная идея заключается в том, что работа связана с передачей энергии. Количество выполненной работы зависит от двух вещей:

  • Величина приложенной силы.
  • Расстояние, на котором сила приложена.

Формула, используемая для расчета работы, такова:

Работа = Сила × Расстояние × cos(θ)

Где:

  • Работа — это энергия, передаваемая, когда сила движет объект.
  • Сила — это толчок или тяга, приложенная к объекту.
  • Расстояние — это расстояние, на котором приложена сила.
  • θ (тета) — это угол между силой и направлением движения.

Работа измеряется в джоулях (Дж), сила — в ньютонах (Н), а расстояние — в метрах (м).

Понимание формулы

Формула может показаться сложной из-за компонента косинуса, но она отражает идею о том, что не вся сила вносит вклад в выполненную работу. Только компонент силы, который действует в направлении движения, выполняет работу. Если сила и движение происходят в одном направлении, cos(θ) равен 1, потому что cos(0°) = 1, и выполненная работа максимальна.

Давайте разберем это на примере:

Сила расстояние

Представьте себе ящик, который толкают по полу. Приложенная сила будет в направлении движения ящика.

Если вы приложите силу в 10 Н, чтобы сдвинуть ящик на 5 м, выполненная работа может быть рассчитана как:

Работа = 10 Н × 5 м × cos(0°) = 50 Дж

В этом сценарии выполнено 50 джоулей работы, чтобы сдвинуть ящик. Это очевидно, поскольку сила согласована с движением.

Работа при углах

Все становится немного сложнее, когда сила и движение не полностью совпадают. Например, если сила прикладывается под углом, вы должны учитывать только компонент силы, который действует в направлении движения. Именно здесь фактор cos(θ) становится важным.

Рассмотрим другой случай:

θ

Если вы тянете объект на расстоянии 5 м под углом 45° к горизонту с силой в 10 Н, то выполненная работа рассчитывается как:

Работа = 10 Н × 5 м × cos(45°) ≈ 35.36 Дж

Здесь, из-за того, что сила приложена под углом (45°), только горизонтальная составляющая силы вносит вклад в выполненную работу.

Когда работа не выполняется?

Существуют ситуации, когда сила приложена, но работа не выполняется. Это происходит в основном, когда:

  • Объект не двигается - нет перемещения, нет работы.
  • Сила перпендикулярна направлению движения - cos(90°) = 0, следовательно, нет работы.

Представьте, что вы толкаете каменную стену. Вы прикладываете силу, но если стена не движется, то, согласно физике, работа не выполняется.

Некоторые примеры, чтобы понять, что такое реальная работа

Толкание автомобиля

Вы могли видеть ситуацию, когда люди толкают стоящий автомобиль, чтобы завести его. Предположим, приложена сила в 200 Н для того, чтобы завести автомобиль, и автомобиль перемещается на 10 м. Выполненная работа:

Работа = 200 Н × 10 м = 2000 Дж

Поднятие книги

Если вы поднимаете книгу массой 2 кг с пола и ставите ее на полку высотой 1,5 м, вы прикладываете силу, равную весу книги. Сила гравитации действует следующим образом:

Сила = Масса × Гравитация = 2 кг × 9.8 м/с² = 19.6 Н

Выполненная работа против силы тяжести:

Работа = 19.6 Н × 1.5 м = 29.4 Дж

Различные виды работы

Когда люди говорят о работе в разных контекстах, может быть полезно её классифицировать:

  • Положительная работа: Сила и перемещение в одном направлении.

    Пример: Толкание ящика по полу.

  • Отрицательная работа: Сила и перемещение в противоположных направлениях.

    Пример: Когда вы тормозите движущийся автомобиль, вы прикладываете силу, противоположную направлению движения, чтобы остановить его.

  • Нулевая работа: Нет перемещения или сила перпендикулярна перемещению.

    Пример: Удержание тяжелого мешка в руке в неподвижном положении.

Связь с энергией

Когда работа выполняется, энергия часто передается из одной формы в другую. Именно здесь начинается взаимосвязь энергии:

Например, поднятие книги увеличивает ее потенциальную энергию. Работа, которую вы выполняете на ней, сохраняется как потенциальная энергия, и когда вы ее бросаете, эта потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию.

В другом примере, когда вы едете на велосипеде, химическая энергия, полученная от ваших мышц, преобразуется в кинетическую энергию, и велосипед движется вперед через выполняемую вами работу.

Резюме

В физике понимание работы важно, потому что оно закладывает основу для понимания энергии и мощности. Работа относится к процессу передачи энергии; это мера силы, необходимой для перемещения объекта на расстояние. Математическое выражение Работа = Сила × Расстояние × cos(θ) улавливает суть того, как силы и направления влияют на количество выполненной работы.

Через различные примеры, от простого толкания ящика до поднятия объектов против силы тяжести, концепция работы объясняется как процесс передачи и преобразования энергии. Углубление в типы работы (положительная, отрицательная, нулевая) и понимание ее связи с формами энергии дополнительно укрепляет наше понимание физики в повседневной жизни.


Девятый класс → 1.4.1


U
username
0%
завершено в Девятый класс

← Предыдущий (1.4)
Work, Energy and Power
Следующий (1.4.2) →
Положительные и отрицательные действия

Комментарии 



Понятие работы

https://www.physicsflow.com/g9/1.4.1?pfal=ru