المحتوى

• لتخطو
• جزء 1 من 3: تحديد العمل في البعد
• جزء 2 من 3: إيجاد الشغل عند تطبيق القوة من زاوية
• جزء 3 من 3: استخدم قيمة للعمالة
• نصائح

في الفيزياء ، يعني مصطلح "العمل" شيئًا مختلفًا تمامًا عن اللغة اليومية. بتعبير أدق ، يستخدم مصطلح "العمل" عندما تتسبب قوة جسدية في تحريك جسم ما. بشكل عام ، كلما زاد الإزاحة بواسطة قوة معينة ، تم إنجاز المزيد من العمل. يمكنك حساب العمل باستخدام الصيغة العمل = F × D × cos (θ)، حيث F = القوة (بالنيوتن) ، D = الإزاحة (بالأمتار) ، و = الزاوية بين القوة المتجهة واتجاه الحركة.

لتخطو

جزء 1 من 3: تحديد العمل في البعد

1. حدد اتجاه القوة واتجاه الحركة. بادئ ذي بدء ، من المهم تحديد كل من اتجاه القوة واتجاه الجسم. تذكر أن الأشياء لا تتحرك دائمًا في نفس اتجاه القوة المطبقة عليها ؛ على سبيل المثال ، إذا قمت بسحب عربة صغيرة من المقبض ، فإنك تقوم بتطبيق قوة قطرية عليها (إذا كنت أطول من طول العربة) لتحريكها للأمام.في هذا الجزء نتعامل مع المواقف التي تسير فيها القوة والحركة في نفس الاتجاه. للحصول على معلومات حول كيفية حساب العمل إذا لم يكن الأمر كذلك ، اقرأ المزيد أدناه.
   • لجعل هذا الأمر شفافًا ، سنعمل على حل المشكلة التالية. افترض أن قطار لعبة تجره قاطرة. في هذه الحالة ، يكون كل من متجه القوة واتجاه حركة القطار متساويين ؛ إلى الأمام. في الخطوات القليلة التالية ، سنستخدم هذه المعلومات لحساب الشغل الذي تقوم به القاطرة.
2. تحديد حركة الجسم. المتغير الأول الذي نحتاجه لصيغة الشغل هو D ، أو الإزاحة ، والتي يسهل إيجادها عادةً. الإزاحة هي المسافة التي يتحرك بها الجسم في خط مستقيم. في حالة وجود مشاكل علمية ، عادة ما يتم توفير هذه المعلومات ، أو من الممكن استنتاجها من البيانات. في العالم الحقيقي ، يمكنك إيجاد الإزاحة عن طريق قياس المسافة بين نقطتي البداية والنهاية (ليس على طول المسار المتحرك ، ولكن "كما يطير الغراب").
   • يجب عرض المسافة بالأمتار (وحدة SI).
   • في مثالنا عن القطار ، نحدد الشغل المنجز في القطار وهو يتحرك على طول المسار. إذا كانت نقطة البداية مضبوطة على 0 ، ونقطة النهاية على 2 متر ، فإننا نفترض أن الإزاحة D تساوي 2 متر.
3. أوجد القوة التي تمارس على الجسم. ثم حدد مقدار القوة المستخدمة لتحريك الجسم. هذا هو مقياس "حجم" القوة ؛ كلما زادت القوة ، زاد تسارع الجسم. إذا لم يتم تحديد مقدار القوة ، فيمكنك استنتاجها من الكتلة وتسارع الجسم (بافتراض عدم وجود قوى أخرى يجب مراعاتها) وفقًا للصيغة F = M x A.
   • لاحظ أن وحدة القوة هي نيوتن.
   • لنفترض أننا لا نعرف مقدار القوة في هذا المثال. لكننا نعلم أن كتلة القطار تساوي 0.5 كجم وأن القوة تجعله يتسارع بمقدار 0.7 م / ث. في هذه الحالة ، يمكننا إيجاد الحجم باستخدام م × أ = 0.5 × 0.7 = 0.35 نيوتن.
4. اضرب القوة في المسافة. إذا كنت تعرف مقدار القوة المؤثرة على الجسم والمسافة التي تم تحريكها ، فسيكون الباقي سهلاً. اضرب هاتين القيمتين لإيجاد العمل.
   • حان الوقت الآن لإصلاح المشكلة الفعلية. بقوة 0.35 نيوتن وقيمة الإزاحة 2 متر ، تصبح الإجابة: 0.35 × 2 = 0.7 جول.
   • ربما لاحظت أنه في الصيغة كما هو موضح في المقدمة ، يوجد جزء إضافي: cos (θ). كما هو موضح أعلاه ، فإن قوة واتجاه الحركة متماثلان. هذا يعني أن الزاوية بينهما تساوي 0. بما أن cos (0) = 1 ، لا نحتاج إلى الزاوية ، لأنها تساوي 1.
5. أعط الإجابة بالجول. في الفيزياء ، من بين أمور أخرى ، يتم التعبير عن العمل دائمًا تقريبًا بالجول. يُعرَّف 1 جول بأنه 1 نيوتن مطبق على ارتفاع متر واحد ، أو بعبارة أخرى ، 1 نيوتن × متر. هذا منطقي لأنك تضرب المسافة بالقوة وبالتالي تعبر عن ذلك بوحدة نيوتن متر.
   • لاحظ أن هناك تعبير بديل للجول ؛ 1 واط في الثانية. انظر أدناه للحصول على مناقشة أكثر تفصيلاً للسلطة فيما يتعلق بالعمل.

جزء 2 من 3: إيجاد الشغل عند تطبيق القوة من زاوية

1. أوجد القوة والإزاحة كالمعتاد. تناولنا أعلاه مشكلة تتعلق بالعمل ، حيث يسير الجسم والقوة في نفس الاتجاه. في الواقع ، هذا ليس هو الحال في كثير من الأحيان. في تلك الحالات التي تكون فيها القوة المؤثرة وحركة الجسم معاكسة ، يجب أن تأخذ في الحسبان الفرق بين الاثنين ، وتحلل هذا في حساب النتيجة الصحيحة. للبدء ، أوجد مقدار القوة وإزاحة الجسم كالمعتاد.
   • دعنا نلقي نظرة على مثال آخر. في هذه الحالة نقول إننا نسحب القطار تمامًا كما في المثال السابق ، لكن قوة السحب موجهة لأعلى بزاوية. في الخطوة التالية نأخذ هذا في الاعتبار ، لكننا الآن نتمسك بالأساسيات: إزاحة القطار وحجم القوة في القطار. افترض أن مقدار القوة يساوي 10 نيوتن وأن الإزاحة تساوي مرة أخرى 2 متركما كان من قبل.
2. الآن حدد الزاوية بين اتجاه القوة والإزاحة. على عكس الأمثلة الموضحة أعلاه ، من الضروري الآن تحديد الفرق بين الاتجاهين ، المعبر عنه في الزاوية. إذا لم يتم توفير هذه المعلومات ، فيمكنك قياسها أو استنتاجها من المعلومات الأخرى التي لديك.
   • في مسألة مثالنا ، ذكرنا أن القوة مؤثرة من زاوية 60 على الأفقي. إذا كان القطار لا يزال يتحرك أفقيًا ، فإن الزاوية بين حركة القطار والقوة تساوي 60.
3. اضرب القوة F في الإزاحة D في الزاوية cos (θ). بمجرد أن تعرف الإزاحة والقوة والزاوية (بين المتجه والحركة) ، يكون الحل سهلاً تقريبًا بدون أخذ الزاوية في الاعتبار. فقط خذ جيب تمام الزاوية (ستحتاج على الأرجح إلى آلة حاسبة لذلك) واضربها في القوة والإزاحة لتجد إجابتك (بالجول).
   • الآن دعونا نحل مشكلة العينة. باستخدام الآلة الحاسبة ، نحدد أن cos 60 يساوي 1/2. أدخل هذا في الصيغة ثم يمكننا الحل: 10 نيوتن × 2 متر × 1/2 = 10 جول.

جزء 3 من 3: استخدم قيمة للعمالة

1. يمكنك أيضًا عكس الصيغة لإيجاد المسافة أو القوة أو الزاوية. بطبيعة الحال ، فإن الصيغة الموضحة أعلاه مفيدة ليس فقط لإيجاد العمالة ، ولكن أيضًا ، إذا تم توفير العمالة ، لإيجاد المتغيرات الأخرى لنفس الصيغة. في هذه الحالات ، ما عليك سوى عزل المتغير الذي تريد حسابه وحلّه وفقًا لمبادئ جبرية بسيطة.
   • لنفترض أننا نعلم أن القطار يُسحب بقوة مقدارها 20 نيوتن بزاوية ، وأنه يتحرك على طول المسار لمسافة 5 أمتار ، ويؤدي 86.6 جول من الشغل. ومع ذلك ، لا نعرف الزاوية التي تؤثر فيها القوة على الجسم. لإصلاح ذلك ، نفصل المتغير ونعمل على إيجاده على النحو التالي:

     86.6 = 20 × 5 × كوس (θ)

     86.6 / 100 = كوس ()

     arccos (0.866) = = 30

2. اقسم على الوقت الذي استغرقته الحركة لإيجاد القدرة. العمل مرتبط مباشرة بـ "الثروة". السلطة هي ببساطة وسيلة للتعبير عن المدى الذي يتم به العمل داخل نظام معين خلال الوقت الذي يستغرقه. وبالتالي ، للعثور على القدرة ، كل ما عليك فعله هو تقسيم العمل المنجز لتحريك الكائن حسب مدة الحركة. يتم التعبير عن القدرة بوحدة واط (تساوي جول في الثانية).
   • باستخدام المثال أعلاه ، افترض أن تحريك القطار لمسافة 5 أمتار استغرق 12 ثانية. في هذه الحالة ، نقسم العمل المنجز (86.6 جول) على الوقت (12 ثانية) لنجد الإجابة. إذن القوة هي: 86.6 / 12 = "7.22 واط.
3. استخدم الصيغة TME_أنا + دبليو_nc = TME_F للعثور على الطاقة الميكانيكية للنظام. يمكن أيضًا استخدام العمل لتحديد طاقة نظام معين. في الصيغة أعلاه ، TME_أنا = هو مبدئي إجمالي الطاقة الميكانيكية داخل النظام ، TME_F = ال نهائي إجمالي الطاقة الميكانيكية داخل النظام ، و W._nc = الشغل الذي تم إنجازه على النظام بسبب قوى غير محافظة ، وفي هذه الصيغة ، إذا تحركت القوة في اتجاه الإزاحة ، فإنها تكون موجبة ، وإذا كانت تتعارض فهي سالبة. لاحظ أنه يمكن إيجاد كلا متغيري الطاقة بالصيغة (½) mv حيث m = الكتلة و v = الحجم.
   • على سبيل المثال ، في المثال السابق لخطوتين ، يمكننا أن نفترض أن الطاقة الميكانيكية الكلية للقطار من حيث المبدأ تبلغ 100 جول. نظرًا لأن القوة في هذا المثال تسحب القطار ، فهي إيجابية في اتجاه الحركة. طاقة القطار هي TME_أنا + دبليو_nc = 100 + 86,6 = 186 ، جول.
   • لاحظ أن القوى غير المحافظة هي تلك القوى التي تعتمد فيها القوة المطلوبة لتسريع جسم ما على مساره. الاحتكاك مثال جيد ؛ الجسم الذي يتم دفعه على طول مسار قصير مستقيم إلى نقطة ما ، في المتوسط ​​، سيواجه احتكاكًا أقل من ذلك الذي يتم دفعه على طول مسار متعرج أطول إلى نفس نقطة نهاية المسار القصير.

نصائح

• إذا تمكنت من حل مشكلة ما ، ابتسم وربت على نفسك!
• مارس أكبر عدد ممكن من التمارين ، والتي من خلالها تتعلم فهم الموضوع.
• استمر في التمرين وحاول مرة أخرى إذا لم تنجح في المرة الأولى.
• تعلم النقاط التالية حول العمل:
  • يمكن أن يكون العمل إيجابيًا أو سلبيًا. (هنا نعني المعنى المادي للإيجابي والسلبي ، وليس المعنى الحرفي).
  • يكون الشغل سالبًا إذا كانت القوة معاكسة لاتجاه الإزاحة.
  • يكون الشغل موجبًا إذا كانت القوة تساوي اتجاه الإزاحة.