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Der Begriff der Kraftarbeit. Definition von mechanischer Arbeit. Algorithmus zur Lösung von Problemen zum Energieerhaltungssatz

In unserem alltäglichen Erleben kommt das Wort „Arbeit“ sehr häufig vor. Man sollte jedoch zwischen physiologischer Arbeit und Arbeit aus physikalischer Sicht unterscheiden. Wenn du vom Unterricht nach Hause kommst, sagst du: „Oh, ich bin so müde!“ Das ist physiologische Arbeit. Oder zum Beispiel die Arbeit des Teams im Volksmärchen „Rübe“.

Abbildung 1. Arbeit im alltäglichen Sinne des Wortes

Wir werden hier über die Arbeit aus physikalischer Sicht sprechen.

Mechanische Arbeit wird verrichtet, wenn sich ein Körper unter dem Einfluss einer Kraft bewegt. Arbeit wird mit dem lateinischen Buchstaben A bezeichnet. Eine strengere Definition von Arbeit klingt so.

Die Arbeit einer Kraft ist eine physikalische Größe, die dem Produkt aus der Größe der Kraft und der vom Körper in Richtung der Kraft zurückgelegten Strecke entspricht.

Abbildung 2. Arbeit ist eine physikalische Größe

Die Formel gilt, wenn eine konstante Kraft auf den Körper einwirkt.

Im internationalen SI-Einheitensystem wird die Arbeit in Joule gemessen.

Das heißt, wenn sich ein Körper unter dem Einfluss einer Kraft von 1 Newton 1 Meter bewegt, verrichtet diese Kraft 1 Joule Arbeit.

Die Arbeitseinheit ist nach dem englischen Wissenschaftler James Prescott Joule benannt.

Abb. 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

Aus der Formel zur Berechnung der Arbeit folgt, dass es drei mögliche Fälle gibt, in denen die Arbeit gleich Null ist.

Der erste Fall liegt vor, wenn eine Kraft auf einen Körper einwirkt, sich der Körper jedoch nicht bewegt. Ein Haus ist beispielsweise einer enormen Schwerkraft ausgesetzt. Aber sie geht keiner Arbeit nach, weil das Haus stillsteht.

Der zweite Fall liegt vor, wenn sich der Körper durch Trägheit bewegt, das heißt, es wirken keine Kräfte auf ihn ein. Beispielsweise bewegt sich ein Raumschiff im intergalaktischen Raum.

Der dritte Fall liegt vor, wenn auf den Körper eine Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung des Körpers einwirkt. Obwohl sich der Körper bewegt und eine Kraft auf ihn einwirkt, findet in diesem Fall keine Bewegung des Körpers statt in Richtung der Kraft.

Abbildung 4. Drei Fälle, in denen die Arbeit Null ist

Es sollte auch gesagt werden, dass die von einer Kraft geleistete Arbeit negativ sein kann. Dies geschieht, wenn sich der Körper bewegt entgegen der Kraftrichtung. Wenn beispielsweise ein Kran eine Last mithilfe eines Kabels über den Boden hebt, ist die Arbeit der Schwerkraft negativ (und die Arbeit der elastischen Kraft des nach oben gerichteten Kabels ist dagegen positiv).

Nehmen wir an, dass bei Bauarbeiten die Baugrube mit Sand gefüllt werden muss. Ein Bagger würde hierfür einige Minuten benötigen, ein Arbeiter mit einer Schaufel müsste jedoch mehrere Stunden arbeiten. Aber sowohl der Bagger als auch der Arbeiter hätten es geschafft die gleiche Arbeit.

Abb. 5. Dieselbe Arbeit kann zu unterschiedlichen Zeiten abgeschlossen werden

Um die Geschwindigkeit der in der Physik verrichteten Arbeit zu charakterisieren, wird eine Größe namens Leistung verwendet.

Leistung ist eine physikalische Größe, die dem Verhältnis von Arbeit zu verrichteter Zeit entspricht.

Die Leistung wird durch einen lateinischen Buchstaben angezeigt N.

Die SI-Einheit der Leistung ist das Watt.

Ein Watt ist die Leistung, mit der ein Joule in einer Sekunde Arbeit verrichtet.

Das Aggregat ist nach dem englischen Wissenschaftler und Erfinder der Dampfmaschine James Watt benannt.

Abb. 6. James Watt (1736 - 1819)

Kombinieren wir die Formel zur Berechnung der Arbeit mit der Formel zur Berechnung der Leistung.

Erinnern wir uns nun daran, dass das Verhältnis des vom Körper zurückgelegten Weges ist S, zum Zeitpunkt der Bewegung T stellt die Bewegungsgeschwindigkeit des Körpers dar v.

Auf diese Weise, Die Kraft ist gleich dem Produkt aus dem Zahlenwert der Kraft und der Geschwindigkeit des Körpers in Richtung der Kraft.

Diese Formel eignet sich zur Lösung von Problemen, bei denen eine Kraft auf einen Körper einwirkt, der sich mit bekannter Geschwindigkeit bewegt.

Referenzliste

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Peryshkin A.V. Physik. 7. Klasse - 14. Aufl., Stereotyp. - M.: Bustard, 2010.
Peryshkin A.V. Sammlung von Problemen der Physik, Klassen 7-9: 5. Aufl., Stereotyp. - M: Verlag „Prüfung“, 2010.

Internetportal Physics.ru ().
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Internetportal Elkin52.narod.ru ().

Hausaufgaben

In welchen Fällen ist die Arbeit gleich Null?
Wie wird die Arbeit entlang der zurückgelegten Strecke in Richtung der Kraft verrichtet? In die andere Richtung?
Wie viel Arbeit verrichtet die Reibungskraft, die auf den Ziegel wirkt, wenn er sich 0,4 m bewegt? Die Reibungskraft beträgt 5 N.

Das Pferd zieht den Karren mit einiger Kraft, bezeichnen wir es F Traktion. Der Großvater, der auf dem Karren sitzt, drückt mit einiger Kraft darauf. Bezeichnen wir es F Druck Der Karren bewegt sich in Richtung der Zugkraft des Pferdes (nach rechts), aber in Richtung der Druckkraft des Großvaters (nach unten) bewegt sich der Karren nicht. Deshalb sagt man das in der Physik F Die Traktion funktioniert am Wagen und F Der Druck wirkt nicht auf den Wagen.

Also, Krafteinwirkung auf den Körper bzw mechanische Arbeit– eine physikalische Größe, deren Modul gleich dem Produkt aus der Kraft und dem Weg ist, den der Körper entlang der Wirkungsrichtung dieser Kraft zurücklegt S:

Zu Ehren des englischen Wissenschaftlers D. Joule wurde die Einheit mechanischer Arbeit benannt 1 Joule(laut Formel 1 J = 1 N m).

Wenn auf den betreffenden Körper eine bestimmte Kraft einwirkt, dann wirkt auf ihn ein Körper ein. Deshalb Die Kraftarbeit am Körper und die Arbeit des Körpers am Körper sind vollständige Synonyme. Allerdings sind die Arbeit des ersten Körpers am zweiten und die Arbeit des zweiten Körpers am ersten Teilsynonyme, da die Moduli dieser Arbeiten immer gleich sind und ihre Vorzeichen immer entgegengesetzt sind. Deshalb gibt es in der Formel ein „±“-Zeichen. Lassen Sie uns die Anzeichen von Arbeit genauer besprechen.

Zahlenwerte von Kraft und Weg sind immer nichtnegative Größen. Im Gegensatz dazu kann mechanische Arbeit sowohl positive als auch negative Vorzeichen haben. Wenn die Richtung der Kraft mit der Bewegungsrichtung des Körpers übereinstimmt, dann die von der Kraft geleistete Arbeit gilt als positiv. Wenn die Kraftrichtung der Bewegungsrichtung des Körpers entgegengesetzt ist, Die von einer Kraft geleistete Arbeit gilt als negativ(Nehmen Sie „–“ aus der „±“-Formel). Wenn die Bewegungsrichtung des Körpers senkrecht zur Richtung der Kraft ist, dann eine solche Kraft verrichtet keine Arbeit, das heißt A = 0.

Betrachten Sie drei Abbildungen von drei Aspekten mechanischer Arbeit.

Aus der Perspektive verschiedener Beobachter kann die Ausführung von Arbeit mit Gewalt unterschiedlich aussehen. Betrachten wir ein Beispiel: Ein Mädchen fährt in einem Aufzug nach oben. Verrichtet es mechanische Arbeit? Ein Mädchen kann nur an den Körpern arbeiten, auf die Gewalt einwirkt. Es gibt nur einen solchen Körper – die Aufzugskabine, da das Mädchen mit ihrem Gewicht auf den Boden drückt. Jetzt müssen wir herausfinden, ob die Kabine einen bestimmten Weg einschlägt. Betrachten wir zwei Möglichkeiten: mit einem stationären und einem bewegten Beobachter.

Lassen Sie den Beobachterjungen zuerst auf dem Boden sitzen. In Relation dazu bewegt sich die Aufzugskabine nach oben und legt eine bestimmte Strecke zurück. Das Gewicht des Mädchens ist in die entgegengesetzte Richtung gerichtet – nach unten, daher verrichtet das Mädchen negative mechanische Arbeit an der Kabine: A Entwickler< 0. Вообразим, что мальчик-наблюдатель пересел внутрь кабины движущегося лифта. Как и ранее, вес девочки действует на пол кабины. Но теперь по отношению к такому наблюдателю кабина лифта не движется. Поэтому с точки зрения наблюдателя в кабине лифта девочка не совершает механическую работу: A dev = 0.

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Der Energieerhaltungssatz ist ein grundlegendes Naturgesetz, das es uns ermöglicht, die meisten auftretenden Phänomene zu beschreiben.

Die Beschreibung der Bewegung von Körpern ist auch mit dynamischen Konzepten wie Arbeit und Energie möglich.

Denken Sie daran, was Arbeit und Kraft in der Physik sind.

Stimmen diese Konzepte mit alltäglichen Vorstellungen über sie überein?

Alle unsere täglichen Handlungen laufen darauf hinaus, dass wir mit Hilfe der Muskeln entweder die umliegenden Körper in Bewegung setzen und diese Bewegung aufrechterhalten oder die sich bewegenden Körper stoppen.

Diese Körper sind Werkzeuge (Hammer, Stift, Säge), in Spielen – Bälle, Pucks, Schachfiguren. Auch in der Produktion und Landwirtschaft setzen Menschen Werkzeuge in Bewegung.

Der Einsatz von Maschinen steigert die Arbeitsproduktivität durch den Einsatz von Motoren um ein Vielfaches.

Der Zweck eines jeden Motors besteht darin, Körper in Bewegung zu versetzen und diese Bewegung aufrechtzuerhalten, auch wenn sie durch gewöhnliche Reibung und „Arbeits“-Widerstand gebremst werden (der Fräser sollte nicht nur am Metall entlang gleiten, sondern beim Schneiden auch Späne entfernen; der Pflug sollte dies tun). Boden lockern usw.). In diesem Fall muss von der Motorseite her eine Kraft auf den bewegten Körper einwirken.

Arbeit wird in der Natur immer dann verrichtet, wenn eine Kraft (oder mehrere Kräfte) von einem anderen Körper (anderen Körpern) auf einen Körper in der Richtung seiner Bewegung oder gegen ihn einwirkt.

Die Schwerkraft wirkt, wenn Regentropfen oder Steine von einer Klippe fallen. Gleichzeitig wird auch Arbeit durch die aus der Luft auf die fallenden Tropfen oder auf den Stein wirkende Widerstandskraft verrichtet. Die elastische Kraft verrichtet auch Arbeit, wenn sich ein vom Wind gebogener Baum aufrichtet.

Definition von Arbeit.

Newtons zweites Gesetz in Impulsform Δ = Δt Damit lässt sich bestimmen, wie sich die Geschwindigkeit eines Körpers in Größe und Richtung ändert, wenn während einer Zeit Δt eine Kraft auf ihn einwirkt.

Der Einfluss von Kräften auf Körper, die zu einer Änderung ihres Geschwindigkeitsmoduls führen, wird durch einen Wert charakterisiert, der sowohl von den Kräften als auch von den Bewegungen der Körper abhängt. In der Mechanik nennt man diese Größe Kraftarbeit.

Eine absolute Geschwindigkeitsänderung ist nur dann möglich, wenn die Projektion der Kraft F r auf die Bewegungsrichtung des Körpers von Null verschieden ist. Es ist diese Projektion, die die Wirkung der Kraft bestimmt, die die Geschwindigkeit des Körpers modulo verändert. Sie macht die Arbeit. Daher kann Arbeit als Produkt der Kraftprojektion F r durch den Verschiebungsmodul betrachtet werden |Δ| (Abb. 5.1):

A = Fr |Δ|. (5.1)

Wenn der Winkel zwischen Kraft und Weg mit α bezeichnet wird, dann Fr = Fcosα.

Daher ist die Arbeit gleich:

A = |Δ|cosα. (5.2)

Unsere alltägliche Vorstellung von Arbeit unterscheidet sich von der Definition von Arbeit in der Physik. Sie halten einen schweren Koffer in der Hand und es kommt Ihnen so vor, als würden Sie arbeiten. Aus physikalischer Sicht ist Ihre Arbeit jedoch gleich Null.

Die Arbeit einer konstanten Kraft ist gleich dem Produkt aus den Modulen der Kraft und der Verschiebung des Angriffspunktes der Kraft und dem Kosinus des Winkels zwischen ihnen.

Wenn sich ein starrer Körper bewegt, sind im Allgemeinen die Verschiebungen seiner verschiedenen Punkte unterschiedlich, aber wenn wir die Arbeit einer Kraft bestimmen, liegen wir unter Δ wir verstehen die Bewegung seines Anwendungspunktes. Bei der translatorischen Bewegung eines starren Körpers fällt die Bewegung aller seiner Punkte mit der Bewegung des Kraftangriffspunkts zusammen.

Arbeit ist im Gegensatz zu Kraft und Weg keine vektorielle Größe, sondern eine skalare Größe. Er kann positiv, negativ oder null sein.

Das Vorzeichen der Arbeit wird durch das Vorzeichen des Kosinus des Winkels zwischen Kraft und Weg bestimmt. Wenn α< 90°, то А >0, da der Kosinus spitzer Winkel positiv ist. Für α > 90° ist die Arbeit negativ, da der Kosinus stumpfer Winkel negativ ist. Bei α = 90° (Kraft senkrecht zur Verschiebung) wird keine Arbeit verrichtet.

Wirken mehrere Kräfte auf einen Körper, so ist die Projektion der resultierenden Kraft auf die Verschiebung gleich der Summe der Projektionen der Einzelkräfte:

F r = F 1r + F 2r + ... .

Daher erhalten wir für die Arbeit der resultierenden Kraft

A = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)

Wirken mehrere Kräfte auf einen Körper, so ist die Gesamtarbeit (die algebraische Summe der Arbeit aller Kräfte) gleich der Arbeit der resultierenden Kraft.

Die von einer Kraft geleistete Arbeit lässt sich grafisch darstellen. Erklären wir dies, indem wir in der Abbildung die Abhängigkeit der Kraftprojektion von den Koordinaten des Körpers darstellen, wenn er sich geradlinig bewegt.

Lassen Sie den Körper dann entlang der OX-Achse bewegen (Abb. 5.2).

Fcosα = F x , |Δ| = Δ x.

Für die Kraftarbeit bekommen wir

A = F|Δ|cosα = F x Δx.

Offensichtlich ist die Fläche des in Abbildung (5.3, a) schattierten Rechtecks numerisch gleich der Arbeit, die geleistet wird, wenn ein Körper von einem Punkt mit der Koordinate x1 zu einem Punkt mit der Koordinate x2 bewegt wird.

Formel (5.1) gilt für den Fall, dass die Projektion der Kraft auf die Verschiebung konstant ist. Im Falle einer krummlinigen Trajektorie, konstanter oder variabler Kraft, teilen wir die Trajektorie in kleine Segmente auf, die als geradlinig betrachtet werden können, und projizieren die Kraft auf eine kleine Verschiebung Δ - konstant.

Berechnen Sie dann die Arbeit für jede Bewegung Δ und dann summieren wir diese Arbeiten und bestimmen die Arbeit der Kraft an der endgültigen Verschiebung (Abb. 5.3, b).

Arbeitseinheit.

Die Arbeitseinheit kann mit der Grundformel (5.2) ermittelt werden. Wenn beim Bewegen eines Körpers um eine Längeneinheit eine Kraft auf ihn einwirkt, deren Modul gleich eins ist und die Richtung der Kraft mit der Bewegungsrichtung ihres Angriffspunktes übereinstimmt (α = 0), dann die Arbeit wird gleich eins sein. Die Arbeitseinheit des Internationalen Systems (SI) ist das Joule (bezeichnet mit J):

1 J = 1 N 1 m = 1 N m.

Joule- Dies ist die Arbeit, die eine Kraft von 1 N auf die Verschiebung 1 verrichtet, wenn die Richtungen von Kraft und Verschiebung übereinstimmen.

Häufig werden mehrere Arbeitseinheiten verwendet: Kilojoule und Megajoule:

1 kJ = 1000 J,
1 MJ = 1000000 J.

Die Arbeiten können entweder in einem großen oder in einem sehr kurzen Zeitraum abgeschlossen werden. In der Praxis ist es jedoch keineswegs gleichgültig, ob schnell oder langsam gearbeitet werden kann. Die Zeit, in der gearbeitet wird, bestimmt die Leistung eines jeden Motors. Ein kleiner Elektromotor kann viel Arbeit leisten, aber es wird viel Zeit in Anspruch nehmen. Daher wird neben der Arbeit eine Größe eingeführt, die die Geschwindigkeit charakterisiert, mit der sie produziert wird – die Leistung.

Leistung ist das Verhältnis der Arbeit A zum Zeitintervall Δt, in dem diese Arbeit verrichtet wird, d.h. Leistung ist die Arbeitsgeschwindigkeit:

Wenn wir in die Formel (5.4) anstelle der Arbeit A ihren Ausdruck (5.2) einsetzen, erhalten wir

Wenn also Kraft und Geschwindigkeit eines Körpers konstant sind, ist die Leistung gleich dem Produkt aus der Größe des Kraftvektors, der Größe des Geschwindigkeitsvektors und dem Kosinus des Winkels zwischen den Richtungen dieser Vektoren. Wenn diese Größen variabel sind, kann man mit der Formel (5.4) die Durchschnittsleistung auf ähnliche Weise bestimmen wie die Durchschnittsgeschwindigkeit eines Körpers.

Das Konzept der Leistung wird eingeführt, um die Arbeit pro Zeiteinheit zu bewerten, die von einem beliebigen Mechanismus (Pumpe, Kran, Maschinenmotor usw.) geleistet wird. Daher ist in den Formeln (5.4) und (5.5) immer die Zugkraft gemeint.

Im SI wird die Leistung ausgedrückt in Watt (W).

Die Leistung beträgt 1 W, wenn in 1 s eine Arbeit von 1 J verrichtet wird.

Neben dem Watt werden auch größere (mehrere) Leistungseinheiten verwendet:

1 kW (Kilowatt) = 1000 W,
1 MW (Megawatt) = 1.000.000 W.

Um die energetischen Eigenschaften der Bewegung charakterisieren zu können, wurde der Begriff der mechanischen Arbeit eingeführt. Und der Artikel ist ihm in seinen verschiedenen Erscheinungsformen gewidmet. Das Thema ist sowohl leicht als auch ziemlich schwer zu verstehen. Der Autor hat aufrichtig versucht, es verständlicher und verständlicher zu machen, und man kann nur hoffen, dass das Ziel erreicht wurde.

Wie nennt man mechanische Arbeit?

Wie heißt es? Wenn auf einen Körper eine Kraft einwirkt und sich der Körper dadurch bewegt, spricht man von mechanischer Arbeit. Wenn man sich aus wissenschaftsphilosophischer Sicht nähert, können hier einige zusätzliche Aspekte hervorgehoben werden, der Artikel wird das Thema jedoch aus physikalischer Sicht behandeln. Mechanische Arbeit ist nicht schwierig, wenn Sie sorgfältig über die hier geschriebenen Worte nachdenken. Aber das Wort „mechanisch“ wird normalerweise nicht geschrieben und alles wird auf das Wort „Arbeit“ abgekürzt. Aber nicht jede Arbeit ist mechanisch. Hier sitzt ein Mann und denkt nach. Funktioniert es? Geistig ja! Aber ist das mechanische Arbeit? Nein. Was ist, wenn eine Person geht? Bewegt sich ein Körper unter Krafteinwirkung, so handelt es sich um mechanische Arbeit. Es ist einfach. Mit anderen Worten: Eine auf einen Körper wirkende Kraft verrichtet (mechanische) Arbeit. Und noch etwas: Es ist Arbeit, die das Ergebnis der Wirkung einer bestimmten Kraft charakterisieren kann. Wenn also eine Person geht, dann üben bestimmte Kräfte (Reibung, Schwerkraft usw.) mechanische Arbeit auf die Person aus und die Person verändert durch ihre Wirkung ihren Standort, bewegt sich also.

Arbeit als physikalische Größe ist gleich der Kraft, die auf den Körper einwirkt, multipliziert mit dem Weg, den der Körper unter dem Einfluss dieser Kraft und in der von ihr angegebenen Richtung zurückgelegt hat. Wir können sagen, dass mechanische Arbeit geleistet wurde, wenn zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllt waren: Auf den Körper wirkte eine Kraft und er bewegte sich in die Richtung seiner Wirkung. Aber es ist nicht aufgetreten oder tritt nicht auf, wenn die Kraft wirkte und der Körper seine Position im Koordinatensystem nicht änderte. Hier kleine Beispiele, wenn keine mechanische Arbeit ausgeführt wird:

So kann sich eine Person auf einen riesigen Felsblock stützen, um ihn zu bewegen, aber die Kraft reicht nicht aus. Die Kraft wirkt auf den Stein, aber er bewegt sich nicht und es entsteht keine Arbeit.
Der Körper bewegt sich im Koordinatensystem und die Kraft ist gleich Null oder sie wurden alle kompensiert. Dies kann bei der Bewegung durch Trägheit beobachtet werden.
Wenn die Bewegungsrichtung eines Körpers senkrecht zur Krafteinwirkung steht. Wenn sich ein Zug entlang einer horizontalen Linie bewegt, wirkt die Schwerkraft nicht.

Abhängig von bestimmten Bedingungen kann mechanische Arbeit negativ und positiv sein. Wenn also die Richtungen der Kräfte und Bewegungen des Körpers gleich sind, entsteht positive Arbeit. Ein Beispiel für positive Arbeit ist die Wirkung der Schwerkraft auf einen fallenden Wassertropfen. Wenn jedoch Kraft und Bewegungsrichtung entgegengesetzt sind, entsteht negative mechanische Arbeit. Ein Beispiel für eine solche Option ist ein nach oben steigender Ballon und die Schwerkraft, die negative Arbeit leistet. Wenn ein Körper dem Einfluss mehrerer Kräfte ausgesetzt ist, spricht man von „resultierender Kraftarbeit“.

Merkmale der praktischen Anwendung (kinetische Energie)

Kommen wir von der Theorie zum praktischen Teil. Unabhängig davon sollten wir über mechanische Arbeit und ihre Verwendung in der Physik sprechen. Wie viele sich wahrscheinlich erinnern, ist die gesamte Energie des Körpers in kinetische und potentielle Energie unterteilt. Wenn sich ein Objekt im Gleichgewicht befindet und sich nirgendwo bewegt, ist seine potentielle Energie gleich seiner Gesamtenergie und seine kinetische Energie ist gleich Null. Wenn die Bewegung beginnt, beginnt die potentielle Energie abzunehmen, die kinetische Energie beginnt zuzunehmen, aber insgesamt entsprechen sie der Gesamtenergie des Objekts. Für einen materiellen Punkt ist kinetische Energie definiert als die Arbeit einer Kraft, die den Punkt von Null auf den Wert H beschleunigt, und in Formelform ist die Kinetik eines Körpers gleich ½*M*N, wobei M die Masse ist. Um die kinetische Energie eines Objekts herauszufinden, das aus vielen Teilchen besteht, müssen Sie die Summe aller kinetischen Energien der Teilchen ermitteln. Dies ist die kinetische Energie des Körpers.

Merkmale der praktischen Anwendung (potenzielle Energie)

Wenn alle auf den Körper einwirkenden Kräfte konservativ sind und die potentielle Energie gleich der Gesamtenergie ist, wird keine Arbeit geleistet. Dieses Postulat ist als Erhaltungssatz der mechanischen Energie bekannt. Die mechanische Energie in einem geschlossenen System ist über einen Zeitraum hinweg konstant. Der Erhaltungssatz wird häufig zur Lösung von Problemen der klassischen Mechanik verwendet.

Merkmale der praktischen Anwendung (Thermodynamik)

In der Thermodynamik wird die von einem Gas bei der Expansion verrichtete Arbeit durch das Integral von Druck mal Volumen berechnet. Dieser Ansatz ist nicht nur in Fällen anwendbar, in denen eine exakte Volumenfunktion vorliegt, sondern auf alle Vorgänge, die in der Druck-Volumen-Ebene dargestellt werden können. Außerdem werden Kenntnisse über mechanische Arbeit nicht nur auf Gase angewendet, sondern auf alles, was Druck ausüben kann.

Merkmale der praktischen Anwendung in der Praxis (Theoretische Mechanik)

In der theoretischen Mechanik werden alle oben beschriebenen Eigenschaften und Formeln näher betrachtet, insbesondere Projektionen. Es gibt auch seine Definition für verschiedene Formeln der mechanischen Arbeit (ein Beispiel für eine Definition für das Rimmer-Integral): Die Grenze, zu der die Summe aller Kräfte der Elementararbeit tendiert, wenn die Feinheit der Partition gegen Null geht, wird genannt Kraftarbeit entlang der Kurve. Wahrscheinlich schwierig? Aber nichts, alles ist in Ordnung mit der theoretischen Mechanik. Ja, die ganze mechanische Arbeit, die Physik und andere Schwierigkeiten sind bereits vorbei. Darüber hinaus wird es nur Beispiele und eine Schlussfolgerung geben.

Maßeinheiten für mechanische Arbeit

Der SI verwendet Joule zur Messung der Arbeit, während der GHS Erg verwendet:

1 J = 1 kg m²/s² = 1 N·m
1 Erg = 1 g cm²/s² = 1 Dyn cm
1 erg = 10 −7 J

Beispiele für mechanische Arbeiten

Um ein solches Konzept als mechanische Arbeit endgültig zu verstehen, sollten Sie mehrere Einzelbeispiele studieren, die es Ihnen ermöglichen, es von vielen, aber nicht von allen Seiten zu betrachten:

Wenn ein Mensch einen Stein mit den Händen anhebt, erfolgt mit Hilfe der Muskelkraft seiner Hände mechanische Arbeit;
Wenn ein Zug auf den Schienen fährt, wird er durch die Zugkraft der Zugmaschine (Elektrolokomotive, Diesellokomotive usw.) gezogen;
Wenn Sie eine Waffe nehmen und damit schießen, wird dank der durch die Pulvergase erzeugten Druckkraft Arbeit geleistet: Das Geschoss wird am Lauf der Waffe entlang bewegt, während gleichzeitig die Geschwindigkeit des Geschosses selbst zunimmt.
Mechanische Arbeit liegt auch dann vor, wenn die Reibungskraft auf einen Körper einwirkt und ihn zwingt, die Geschwindigkeit seiner Bewegung zu verringern;
Das obige Beispiel mit Kugeln, wenn sie entgegen der Richtung der Schwerkraft aufsteigen, ist ebenfalls ein Beispiel für mechanische Arbeit, aber zusätzlich zur Schwerkraft wirkt auch die Archimedes-Kraft, wenn alles, was leichter als Luft ist, aufsteigt.

Was ist Macht?

Abschließend möchte ich noch auf das Thema Macht eingehen. Die von einer Kraft in einer Zeiteinheit geleistete Arbeit wird Kraft genannt. Tatsächlich ist Leistung eine physikalische Größe, die das Verhältnis der Arbeit zu einem bestimmten Zeitraum widerspiegelt, in dem diese Arbeit geleistet wurde: M=P/B, wobei M die Leistung, P die Arbeit und B die Zeit ist. Die SI-Einheit der Leistung ist 1 W. Ein Watt entspricht der Leistung, die ein Joule Arbeit in einer Sekunde verrichtet: 1 W=1J\1s.