Çdo lëvizje e një trupi në hapësirë, që çon në ndryshimin e energjisë totale të tij, lidhet me punën. Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë se çfarë është kjo sasi, në çfarë pune mekanike matet dhe si shënohet, dhe gjithashtu do të zgjidhim një problem interesant për këtë temë.
Puna si sasi fizike
Para se t'i përgjigjemi pyetjes se me çfarë pune mekanike matet, le të njihemi me këtë vlerë. Sipas përkufizimit, puna është prodhimi skalar i forcës dhe vektorit të zhvendosjes së trupit që ka shkaktuar kjo forcë. Matematikisht, ne mund të shkruajmë barazinë e mëposhtme:
A=(F¯S¯).
Kllapat e rrumbullakët tregojnë produktin me pika. Duke pasur parasysh veçoritë e saj, në mënyrë eksplicite kjo formulë do të rishkruhet si më poshtë:
A=FScos(α).
Ku α është këndi ndërmjet vektorëve të forcës dhe zhvendosjes.
Nga shprehjet e shkruara del se puna matet me Njuton për metër (Nm). Siç dihet,kjo sasi quhet xhaul (J). Kjo do të thotë, në fizikë, puna mekanike matet në njësi të punës Joules. Një xhaul korrespondon me një punë të tillë, në të cilën një forcë prej një Njutoni, që vepron paralelisht me lëvizjen e trupit, çon në një ndryshim të pozicionit të tij në hapësirë me një metër.
Sa i përket përcaktimit të punës mekanike në fizikë, duhet të theksohet se shkronja A përdoret më shpesh për këtë (nga gjermanishtja ardeit - punë, punë). Në literaturën në gjuhën angleze, mund ta gjeni përcaktimin e kësaj vlere me shkronjën latine W. Në literaturën në gjuhën ruse, kjo shkronjë është e rezervuar për fuqinë.
Punë dhe energji
Duke përcaktuar pyetjen se si matet puna mekanike, pamë që njësitë e saj përkojnë me ato të energjisë. Kjo rastësi nuk është e rastësishme. Fakti është se sasia fizike e konsideruar është një nga mënyrat e shfaqjes së energjisë në natyrë. Çdo lëvizje e trupave në fushat e forcës ose në mungesë të tyre kërkon kosto energjie. Këto të fundit përdoren për të ndryshuar energjinë kinetike dhe potenciale të trupave. Procesi i këtij ndryshimi karakterizohet nga puna që po bëhet.
Energjia është një karakteristikë themelore e trupave. Ruhet në sisteme të izoluara, mund të shndërrohet në forma mekanike, kimike, termike, elektrike dhe të tjera. Puna është vetëm një manifestim mekanik i proceseve energjetike.
Puna në gazra
Shprehja e shkruar më sipër funksiononështë bazë. Megjithatë, kjo formulë mund të mos jetë e përshtatshme për zgjidhjen e problemeve praktike nga fusha të ndryshme të fizikës, ndaj përdoren shprehje të tjera që rrjedhin prej saj. Një rast i tillë është puna e bërë nga gazi. Është i përshtatshëm për ta llogaritur atë duke përdorur formulën e mëposhtme:
A=∫V(PdV).
Këtu P është presioni në gaz, V është vëllimi i tij. Duke ditur se në çfarë pune mekanike matet, është e lehtë të vërtetohet vlefshmëria e shprehjes integrale, në të vërtetë:
Pam3=N/m2m3=N m=J.
Në rastin e përgjithshëm, presioni është një funksion i vëllimit, kështu që integrandi mund të marrë një formë arbitrare. Në rastin e një procesi izobarik, zgjerimi ose tkurrja e një gazi ndodh me një presion konstant. Në këtë rast, puna e gazit është e barabartë me produktin e thjeshtë të vlerës P dhe ndryshimin në vëllimin e tij.
Punoni duke rrotulluar trupin rreth boshtit
Lëvizja e rrotullimit është e përhapur në natyrë dhe teknologji. Karakterizohet nga konceptet e momenteve (forca, momenti dhe inercia). Për të përcaktuar punën e forcave të jashtme që bënë që një trup ose sistem të rrotullohet rreth një boshti të caktuar, fillimisht duhet të llogaritni momentin e forcës. Është llogaritur kështu:
M=Fd.
Ku d është distanca nga vektori i forcës në boshtin e rrotullimit, quhet shpatull. Çift rrotullues M, i cili çoi në rrotullimin e sistemit përmes një këndi θ rreth një boshti, bën punën e mëposhtme:
A=Mθ.
Këtu Mshprehet në Nm dhe këndi θ është në radian.
Detyrë e fizikës për punë mekanike
Siç u tha në artikull, punën e bën gjithmonë kjo apo ajo forcë. Merrni parasysh problemin e mëposhtëm interesant.
Trupi është në një rrafsh që është i prirur nga horizonti në një kënd prej 25o. Duke rrëshqitur poshtë, trupi fitoi pak energji kinetike. Është e nevojshme të llogaritet kjo energji, si dhe puna e gravitetit. Masa e një trupi është 1 kg, rruga e përshkuar prej tij përgjatë aeroplanit është 2 metra. Rezistenca e fërkimit të rrëshqitjes mund të neglizhohet.
U tregua më lart se vetëm pjesa e forcës që drejtohet përgjatë zhvendosjes funksionon. Është e lehtë të tregohet se në këtë rast pjesa e mëposhtme e forcës së gravitetit do të veprojë përgjatë zhvendosjes:
F=mgsin(α).
Këtu α është këndi i prirjes së planit. Pastaj puna llogaritet si kjo:
A=mgsin(α)S=19,810,42262=8,29 J.
Dmth, graviteti bën punë pozitive.
Tani le të përcaktojmë energjinë kinetike të trupit në fund të zbritjes. Për ta bërë këtë, mbani mend ligjin e dytë të Njutonit dhe llogaritni nxitimin:
a=F/m=gsin(α).
Meqenëse rrëshqitja e trupit është përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme, ne kemi të drejtë të përdorim formulën kinematike përkatëse për të përcaktuar kohën e lëvizjes:
S=at2/2=>
t=√(2S/a)=√(2S/(gsin(α))).
Shpejtësia e trupit në fund të zbritjes llogaritet si më poshtë:
v=at=gsin(α)√(2S/(gsin(α)))=√(2Sgsin(α)).
Energjia kinetike e lëvizjes përkthimore përcaktohet duke përdorur shprehjen e mëposhtme:
E=mv2/2=m2Sgsin(α)/2=mSgsin(α).
Kemi marrë një rezultat interesant: rezulton se formula për energjinë kinetike përputhet saktësisht me shprehjen për punën e gravitetit, e cila u mor më herët. Kjo tregon se e gjithë puna mekanike e forcës F synon rritjen e energjisë kinetike të trupit rrëshqitës. Në fakt, për shkak të forcave të fërkimit, puna A rezulton gjithmonë më e madhe se energjia E.
