Calculați forța de muncă

În fizică înseamnă "muncă" ceva foarte diferit decât în discursul de zi cu zi. Pentru a fi precis, termenul devine "muncă" când o forță fizică determină mutarea unui obiect. În general, cu cât este mai mare mișcarea printr-o anumită forță, cu atât mai mult se face lucrurile. Puteți calcula munca cu formula Lucrare = F × D × cos (θ)

conținut

Pași
Partea 1determinarea muncii într-o dimensiune
Partea 2să găsească o muncă când forța este exercitată dintr-un unghi
Partea 3utilizați o valoare pentru muncă
Sfaturi

, unde F = forța (în Newtoni), D = deplasare (în metri) și θ = unghiul dintre forța vector și direcția mișcării.

pași

Partea 1
Determinarea muncii într-o dimensiune

Imaginea intitulată Calculate Work Step 1

Determinați direcția forței și direcția mișcării. În primul rând, este important să se determine atât direcția forței cât și cea a obiectului. Amintiți-vă că obiectele nu se mișcă mereu în aceeași direcție cu forța aplicată acestora - de exemplu dacă trageți un cărucior mic pe mâner, exercitați o forță diagonală pe el (dacă sunteți mai înalt decât căruciorul este mare) mergeți înainte. În această parte ne ocupăm de situații care implică forță și mișcare "bine" mergând în aceeași direcție. Pentru informații despre modul de calculare a forței de muncă ca acesta "nu" cazul este, puteți citi mai târziu.

Pentru a clarifica acest lucru, vom rezolva următoarea problemă. Să presupunem că un tren de jucărie este tras de o locomotivă. În acest caz, atât vectorul de forță, cât și direcția mișcării trenului sunt egale una cu cealaltă. înainte. În următorii pași vom folosi aceste informații pentru a calcula munca depusă de locomotivă.

Imaginea intitulată Calculate Work Step 2

Determinați mișcarea obiectului. Prima variabilă de care avem nevoie pentru formula forței de muncă este D sau deplasarea, care este de obicei ușor de găsit. Deplasarea este distanța pe care un obiect este mutat, în linie dreaptă. În cazul problemelor științifice, aceste informații sunt, de obicei, furnizate sau este posibil să se deducă din aceste date. În lumea reală, puteți găsi deplasarea prin măsurarea distanței dintre punctul de început și punctul final (nu de-a lungul distanței parcurse, ci "după ce zboară").

Puteți vedea distanța în metri (unitate SI).

În exemplul nostru de tren, determinăm munca efectuată pe tren în timp ce se deplasează pe pistă. Dacă punctul de pornire este setat la 0 și punctul de capăt la 2 metri, atunci afirmăm că deplasarea D este egală cu 2 metri.

Imaginea intitulată Calculate Work Step 3

Determinați forța aplicată obiectului. Apoi determinați dimensiunea forței folosite pentru a deplasa obiectul. Aceasta este o măsură pentru "dimensiune" a forței - cu cât este mai mare forța, cu atât mai mare va fi accelerarea obiectului. Dacă magnitudinea forței nu este dată, o puteți extrage din masa și accelerația obiectului (presupunând că nu există alte forțe cu care să se țină seama) în conformitate cu formula F = M x A.

Rețineți că unitatea de forță este Newton.

Să presupunem că în acest exemplu nu știm dimensiunea forței. Dar știm că masa trenului este egală cu 0,5 kg și că forța îl determină să accelereze cu 0,7 m / s². În acest caz, putem găsi dimensiunea folosind M x A = 0.5 x 0.7 = 0,35 Newton.

Imaginea intitulată Calculate Work Step 4

Multiplicați forța ori distanța. Dacă cunoașteți mărimea forței pe obiect și distanța pe care este deplasată, atunci restul este ușor. Multiplicați aceste două valori împreună pentru a găsi munca.

Acum este timpul să rezolvăm problema reală. Cu o valoare pentru forța de 0,35 Newton și o valoare pentru deplasarea de 2 metri, răspunsul este: 0,35 × 2 = 0,7 jouli.

Este posibil să fi observat că în formula indicată în intro, există o parte suplimentară: cos (θ). După cum sa arătat mai sus, forța și direcția mișcării sunt aceleași. Aceasta înseamnă că unghiul dintre cele două este egal cu 0^o. Deoarece cos (0) = 1, nu avem nevoie de unghiul deoarece este egal cu 1.

Imaginea intitulată Calculate Work Step 5

Dați răspunsul în jouli. În fizică, forța de muncă este aproape întotdeauna exprimată în jouli. 1 joule este definită ca 1 Newton care se aplică la 1 metru, sau cu alte cuvinte 1 Newton × metru. Acest lucru este logic deoarece multiplicați o distanță cu forța și exprimați-o astfel în Nm.

Rețineți că există o expresie alternativă pentru jouli - 1 wați pe secundă. Vezi mai jos un tratament mai detaliat al puterii (puterii) în raport cu forța de muncă.

Partea 2
Să găsească o muncă când forța este exercitată dintr-un unghi

Imaginea intitulată Calculate Work Step 6

Determinați forța și deplasarea ca de obicei. Mai sus ne-am ocupat de o problemă a muncii, unde obiectul și puterea merg în aceeași direcție. În realitate, acest lucru nu este adesea cazul. În acele cazuri în care forța și mișcarea obiectului sunt opuse, luați în considerare diferența dintre cele două și includeți acest lucru în calculul rezultatului corect. Mai întâi, găsiți amploarea forței și deplasarea obiectului ca de obicei.

Să ne uităm la un alt exemplu. În acest caz, noi spunem că ne antrenăm trageți ca și în exemplul anterior, dar tensiunea într-un unghi în sus. În etapa următoare vom lua în considerare acest lucru, dar acum rămânem la elementele de bază: mișcarea trenului și mărimea forței pe tren. Să presupunem că mărimea forței de 10 newton și că deplasarea este din nou egală cu 2 metri, ca și înainte.

Imaginea intitulată Calculate Work Step 7

Acum determina unghiul dintre direcția forței și deplasare. Spre deosebire de exemplele descrise mai sus, este necesar să se determine diferența dintre cele două direcții, exprimate în unghi. Dacă aceste date nu sunt date, puteți măsura acest lucru sau puteți obține alte informații pe care le aveți.

În exemplul nostru, afirmăm că forța este exercitată dintr-un unghi de 60 ° C^o în ceea ce privește orizontul. Dacă trenul continuă să se miște orizontal, atunci unghiul dintre deplasarea trenului și forța este egal cu 60^o.

Imaginea intitulată Calculate Work Step 8

Înmulți forța F ori deplasarea D de câte ori unghiul cos (θ). Odată ce știi ce mișcarea, puterea și unghiul (între vectorul și mișcare), atunci este aproape la fel de ușor ca și rezolvarea fără a lua în considerare unghiul. Pur și simplu să ia cosinusul unghiului (aici, probabil, ai nevoie de un calculator) și se înmulțește cu forța și deplasarea pentru a găsi răspunsul (în jouli).

Acum, să rezolvăm problema de exemplu. Cu ajutorul unui calculator, determinăm cos 60^o este egal cu 1/2. Introduceți acest lucru în formulă și apoi putem rezolva: 10 Newton × 2 metru x 1/2 = 10 jouli.

Partea 3
Utilizați o valoare pentru muncă

Imaginea intitulată Calculate Work Step 9

Puteți, de asemenea, inversa formula pentru a găsi distanța, forța sau unghiul. Formula de mai sus, așa cum nu este dat doar util pentru găsirea de locuri de muncă, dar, de asemenea, în cazul în care munca este dată pentru identificarea celorlalte variabile ale aceleiași formule. În aceste cazuri, doar izola variabila pe care doriți să calculeze și să rezolvați folosind principii algebrice simple.

Să presupunem știu că trenul este tras este realizată cu o forță de 20 Newton într-un colț, și la o distanță de 5 metri de-a lungul îndemnurilor, cu 86,6 jouli de muncă. Dar noi știm unghiul forței asupra obiectului nu funcționează. Pentru a rezolva acest lucru, vom plasa variabila separat și lucrăm acest lucru, după cum urmează:
86,6 = 20 × 5 × cos (θ)
86,6 / 100 = cos (θ)
arccos (0.866) = θ = 30^o

Imaginea intitulată Calculate Work Step 10

Faceți parte din momentul în care mișcarea a costat pentru a găsi capacitatea. Lucrul este direct legat de "putere". Puterea este pur și simplu o modalitate de a măsura în care activitatea se desfășoară în cadrul unui sistem dat, să-și exprime cu privire la timpul luat. Astfel, capacitatea de a găsi, tocmai ați efectuat munca pentru a muta obiectul, împărțit la durata mișcării. Puterea este exprimată în unitatea de Watt (egal cu jouli pe secundă).

Să presupunem că, pe baza exemplului de mai sus, a durat 12 secunde pentru a muta trenul la 5 metri. În acest caz, împărtășim munca efectuată (86,6 jouli) în timp (12 secunde) pentru a găsi răspunsul. Deci puterea este: 86.6 / 12 = `7,22 wați.

Imaginea intitulată Calculate Work Step 11

Utilizați formula TME_eu + W_nc = TME_f pentru a găsi energia mecanică a unui sistem. Lucrul poate fi, de asemenea, folosit pentru a determina energia unui sistem dat. În formula de mai sus, TME_eu = este inițială energie mecanică totală în sistem, TME_f = final energia mecanică totală în sistem și W_nc = munca efectuată asupra sistemului datorită forțelor non-conservatoare. În această formulă, dacă forța se deplasează cu direcția deplasării, atunci este pozitivă și dacă este contracurent negativă. Rețineți că ambele variabile ale energiei pot fi găsite cu formula (½) mv² unde m = masa și v = volumul.

De exemplu, în exercițiul de exemplu cu doi pași mai devreme, putem presupune că trenul a avut în principiu o energie mecanică totală de 100 jouli. Deoarece forța din acest exemplu trage trenul, în direcția mișcării, este pozitiv. Energia trenului este TME_eu + W_nc = 100 + 86,6 = 186, joule.

Rețineți că forțele non-conservatoare sunt forțele în care abilitatea de a accelera un obiect depinde de calea obiectului. Frecare este un bun exemplu de un obiect care are o scurtă cale, dreaptă este împins la un anumit punct, în medie, mai puțin de frecare se va întâlni apoi un obiect care are o durata mai lunga, mai calea meandre este împins la același punct final drept cale scurtă.

sfaturi

Dacă reușiți să rezolvați o problemă, zâmbiți și dați-vă o lopată!
Efectuați cât mai multe sarcini posibil, cu ajutorul cărora învățați să înțelegeți subiectul.
Păstrați practicarea și încercați din nou dacă aceasta nu reușește prima dată.
Aflați următoarele aspecte despre muncă:

Munca poate fi pozitivă sau negativă. (Aici înțelegem semnificația fizică a pozitivului și a negativului, nu a sensului literal.)
Munca este negativă dacă forța este opusă direcției mișcării.
Munca este pozitivă dacă forța este egală cu direcția mișcării.

Distribuiți pe rețelele sociale:

înrudit