mekaaninen työ

Fyysinen

2022

Selitämme mitä mekaaninen työ on fysiikassa, sen ominaisuudet ja laskennan kaava. Myös mitä tyyppejä on olemassa ja esimerkkejä.

Mekaaninen työ on voiman vaikutuksesta kehoon siirtymä energiamäärä.

Mitä mekaaninen työ on?

Sisään fyysistä, ja tarkemmin sanottuna haara -lta mekaniikka, tarkoittaa mekaanista työtä (tai yksinkertaisesti teki töitä) toimenpiteeseen a vahvuus levossa olevalla vartalolla liikettä, jotta saadaan a siirtymä kehossa verrannollinen Energiaa panostaa sitä liikuttavaan voimaan. Toisin sanoen mekaaninen työ on energiamäärä, joka siirtyy kehoon siihen vaikuttavan voiman vaikutuksesta.

Mekaaninen työ on suuruus skalaari, joka yleensä mitataan Kansainvälinen järjestelmä (SI) jouleina tai jouleina (J) ja sitä edustaa kirjain W (englannista työ, "Teki töitä"). Lisäksi puhumme usein positiivisesta tai negatiivisesta työstä riippuen siitä, siirtääkö voima energiaa kohteeseen (positiivinen työ) vai vähentääkö se (negatiivinen työ). Siten esimerkiksi se, joka heittää pallon, tekee positiivista työtä, kun taas se, joka ottaa sen kiinni, tekee negatiivista työtä.

Mekaanisen työn ominaisuudet

Mekaaniselle työlle on ominaista:

  • Se on skalaarisuuruus, joka mitataan jouleina (eli kilogrammat neliömetriä kohti jaettuna toisella neliöllä) ja se esitetään kirjaimella W.
  • Se riippuu suoraan voimasta, joka aiheuttaa sen, joten jotta kehoon kohdistuisi mekaanista työtä, siihen on kohdistettava mekaaninen voima määrättyä reittiä pitkin.
  • Nykykielellä termiä "työ" käytetään määrittelemään mekaaninen toiminta, jonka suorituskyky kuluttaa tietyn määrän energiaa.
  • Siirto lämpöä (kalorienergiaa) ei pidetä työn muotona, vaikka se koostuukin energiansiirrosta.

Mekaaninen työkaava

Yksinkertaisin kaava voiman liikuttaman kappaleen työn laskemiseksi on yleensä seuraava:

W = F x d

missä W on tehty työ, F on kehoon vaikuttava voima ja D on kehon kärsimä siirtymäetäisyys.

Voimaa ja etäisyyttä pidetään kuitenkin yleensä vektorisuuruuksina, jotka vaativat tietyn suuntautumisen avaruudessa. Siten yllä oleva kaava voidaan muotoilla uudelleen sisältämään tällaisen suuntauksen seuraavasti:

W = F x d x cos𝛂

jossa alfan kosini (cos𝛂) määrittää kulman voiman kohdistussuunnan ja kohteen liikesuunnan välillä.

Mekaanisten töiden tyypit

Negatiivinen työ tapahtuu, kun käytetty voima vastustaa liikettä, jonka esine toi.

Mekaanista työtä voi olla kolmen tyyppistä riippuen siitä, lisääkö, vähentää vai ylläpitääkö se liikkuvan kappaleen energiatasoa. Voimme siis puhua seuraavista:

  • Positiivinen työ (L > 0). Se tapahtuu, kun voima lisää energiaa kyseiseen esineeseen, jolloin se siirtyy samaan suuntaan, johon voima kohdistettiin. Esimerkki tästä on golfin pelaaja, joka lyö palloa mailalla ja saa sen lentämään useita metrejä, tai baseball-pelaaja, joka lyö palloa liikkeessä muuttaen sen lentorataa.
  • Nolla työtä (W = 0). Se tapahtuu, kun kohdistettu voima ei aiheuta mitään siirtymää esineeseen, vaikka se kuluttaa energiaa prosessissa. Esimerkki tästä on henkilö, joka työntää erittäin painavaa huonekalua ilman, että se liikkuu tuumaakaan.
  • Negatiivinen työ (W < 0).Se tapahtuu, kun käytetty voima vähentää energiaa kyseisestä esineestä vastustaen kohteen jo tuomaa liikettä tai vähentäen sen siirtymää. Esimerkki tästä on baseball-pelaaja, joka ottaa kiinni toisen heittämän pallon, mikä estää häntä jatkamasta lentorataa; tai henkilö, joka seisoo mäeltä alas putoavan esineen edessä ja vaikka ei pysty pysäyttämään sitä kokonaan, onnistuu hidastamaan sen putoamista.

Esimerkkejä mekaanisista töistä

Joitakin esimerkkejä mekaanisista töistä ovat:

  • Jalkapallopelissä erotuomari suorittaa rangaistuspotkun ja Lionel Messi potkaisee palloa kohti maalia 500 N:n voimalla, jolloin se liikkuu noin 15 metriä koskettamatta maata. Kuinka paljon työtä olet tehnyt tämän maalin tekemiseen?

Vastaus: soveltamalla kaavaa W = F x d, olemme saaneet, että Messi teki työn 500N x 15m, eli työn, joka vastaa 7500 J.

  • Juna kulkee täydellä nopeudella etelään kohti raiteille juuttunutta autoa. Supersankari tajuaa vaaran ja päättää seisoa veturin edessä ja pysäyttää sen etenemisen. Kun otetaan huomioon, että juna tuo mukanaan 20 000 N:n voiman, että supersankari on haavoittumaton ja veturi on 700 metrin päässä loukkuun jääneestä autosta, kuinka paljon työtä supersankarin on tehtävä pysäyttääkseen sen?

Vastaus: Koska veturin jarruttaminen vaatii vähintään 20 000 N vastakkaiseen suuntaan ja supersankari haluaisi jättää veturin ja loukkuun jääneen auton väliin vähintään 2 metrin etäisyyden, tiedämme, että hänen on tehtävä työtä, joka vastaa 20 000 N x 698 m, eli negatiivinen työ 13 960 000 J.

!-- GDPR -->