Innehåll

• Att gå
• Del 1 av 3: Bestämning av arbete i en dimension
• Del 2 av 3: Hitta arbete när kraft appliceras från en vinkel
• Del 3 av 3: Använd ett värde för arbete
• Tips

I fysik betyder "arbete" något helt annat än vardagsspråket. Mer exakt används termen "arbete" när en fysisk kraft får ett objekt att röra sig. I allmänhet, ju större förskjutning med en given kraft, desto mer arbete har utförts. Du kan beräkna arbetskraft med formeln Arbete = F × D × cos (θ), där F = kraft (i newton), D = förskjutning (i meter) och θ = vinkeln mellan vektorkraften och rörelseriktningen.

Att gå

Del 1 av 3: Bestämning av arbete i en dimension

1. Bestäm kraftens riktning och rörelseriktningen. Till att börja med är det viktigt att bestämma både kraftens och objektets riktning. Kom ihåg att föremål inte alltid rör sig i samma riktning som den kraft som appliceras på dem; Om du till exempel drar en liten vagn i handtaget, applicerar du en diagonal kraft på den (om du är högre än vagnen är hög) för att flytta den framåt.I denna del har vi att göra med situationer där kraft och rörelse "gör" i samma riktning. För mer information om hur man beräknar arbetskraft om så inte är fallet, läs mer nedan.
   • För att göra detta transparent kommer vi att ta reda på följande problem. Anta att ett leksakståg dras av ett lok. I detta fall är både kraftvektorn och tågets rörelseriktning lika med varandra; fram-. I de närmaste stegen använder vi denna information för att beräkna lokets arbete.
2. Bestäm objektets rörelse. Den första variabeln vi behöver för arbetsformeln är D, eller förskjutning, som vanligtvis är lätt att hitta. Förskjutning är avståndet som ett objekt flyttas i en rak linje. Vid vetenskapliga problem tillhandahålls denna information vanligtvis, eller så är det möjligt att dra slutsatsen från data. I den verkliga världen kan du hitta förskjutning genom att mäta avståndet mellan start- och slutpunkterna (inte längs den färdade vägen utan "som kragen flyger").
   • Avståndet ska visas i meter (SI-enhet).
   • I vårt exempel på tåget bestämmer vi det arbete som utförs på tåget när det rör sig längs spåret. Om startpunkten är inställd på 0 och slutpunkten på 2 meter antar vi att förskjutningen D är lika med 2 meter.
3. Bestäm vilken kraft som utövas på objektet. Bestäm sedan storleken på den kraft som används för att flytta objektet. Detta är ett mått på kraftens "storlek"; ju större kraft desto större blir föremålets acceleration. Om kraftens storlek inte ges kan du dra den från massan och accelerationen av objektet (förutsatt att det inte finns några andra krafter att tänka på) enligt formeln F = M x A.
   • Observera att kraftenheten är Newton.
   • Antag att vi inte vet styrkan i detta exempel. Men vi vet att tågets massa är lika med 0,5 kg och att kraften får det att accelerera vid 0,7 m / s. I det här fallet kan vi hitta storleken med M x A = 0,5 x 0,7 = 0,35 Newton.
4. Multiplicera kraften gånger avståndet. Om du känner till storleken på kraften på objektet och avståndet det har flyttats, är resten lätt. Multiplicera dessa två värden för att hitta arbetskraften.
   • Nu är det dags att åtgärda det faktiska problemet. Med ett kraftvärde på 0,35 Newton och ett förskjutningsvärde på 2 meter blir svaret: 0,35 × 2 = 0,7 joule.
   • Du kanske har märkt att i formeln som indikeras i introduktionen finns det en ytterligare del: cos (θ). Som anges ovan är rörelsens kraft och riktning densamma. Detta betyder att vinkeln mellan dem är lika med 0. Eftersom cos (0) = 1 behöver vi inte vinkeln, eftersom den är lika med 1.
5. Ge svaret i joule. Bland annat i fysiken uttrycks arbete nästan alltid i joule. 1 Joule definieras som 1 Newton applicerad vid 1 meter, eller med andra ord, 1 Newton × meter. Detta är vettigt eftersom du multiplicerar ett avstånd med kraft och därmed uttrycker detta i Nm.
   • Observera att det finns ett alternativt uttryck för joule; 1 Watt per sekund. Se nedan för en mer detaljerad diskussion om makt i förhållande till arbete.

Del 2 av 3: Hitta arbete när kraft appliceras från en vinkel

1. Bestäm kraften och förskjutningen som vanligt. Ovan behandlade vi ett problem om arbete, där objektet och kraften går i samma riktning. I verkligheten är detta ofta inte fallet. I de fall där kraften på och förflyttningen av objektet är motsatt måste du ta hänsyn till skillnaden mellan de två och ta med detta i beräkningen för att få rätt resultat. För att börja, hitta storleken på objektets kraft och förskjutning som vanligt.
   • Låt oss ta en titt på ett annat exempel. I det här fallet säger vi att vi drar tåget precis som i föregående exempel, men dragkraften riktas uppåt i en vinkel. I nästa steg tar vi hänsyn till detta, men nu håller vi oss till grunderna: tågets förskjutning och styrkan på tåget. Antag att kraften har en styrka av 10 newton och att förskjutningen är lika med igen 2 meter, som förut.
2. Bestäm nu vinkeln mellan kraftens riktning och förskjutningen. I motsats till exemplen som beskrivits ovan är det nu nödvändigt att bestämma skillnaden mellan de två riktningarna, uttryckt i vinkeln. Om denna information inte tillhandahålls kan du mäta den eller härleda den från annan information du har.
   • I vårt exempelproblem anger vi att kraften appliceras från en vinkel på 60 till det horisontella. Om tåget fortfarande rör sig horisontellt är vinkeln mellan tågets rörelse och kraften lika med 60.
3. Multiplicera kraften F gånger deplacementet D gånger vinkeln cos (θ). När du väl känner till förskjutning, kraft och vinkel (mellan vektor och rörelse) är lösningen nästan lika enkel som utan att ta hänsyn till vinkeln. Ta bara vinkelns cos (du behöver antagligen en räknare för detta) och multiplicera den med kraften och förskjutningen för att hitta ditt svar (i joule).
   • Låt oss nu lösa provproblemet. Med hjälp av en räknare bestämmer vi att cos 60 är lika med 1/2. Ange detta i formeln och sedan kan vi lösa: 10 Newton × 2 meter × 1/2 = 10 joule.

Del 3 av 3: Använd ett värde för arbete

1. Du kan också vända formeln för att hitta avstånd, kraft eller vinkel. Naturligtvis är formeln enligt ovan användbar inte bara för att hitta arbete, utan också, om arbete ges, för att hitta de andra variablerna med samma formel. I dessa fall isolerar du bara variabeln du vill beräkna och lösa enligt enkla algebraiska principer.
   • Antag att vi vet att tåget dras med en kraft på 20 Newton i en vinkel och rör sig längs spåret på ett avstånd av 5 meter och gör 86,6 joule arbete. Vi känner dock inte till vinkeln i vilken kraften verkar på objektet. För att åtgärda detta separerar vi variabeln och räknar ut den så här:

     86,6 = 20 × 5 × cos (θ)

     86,6 / 100 = cos (θ)

     arccos (0,866) = θ = 30

2. Dela med den tid rörelsen tog för att hitta förmågan. Arbetet är direkt relaterat till "rikedom". Kraft är helt enkelt ett sätt att uttrycka i vilken utsträckning arbete utförs inom ett visst system under den tid det tog. Således, för att hitta förmågan är allt du behöver göra att dela upp det arbete som utförts för att flytta objektet efter rörelsens varaktighet. Kraft uttrycks i Watt-enheten (är lika med joule per sekund).
   • Anta med exemplet ovan att det tog 12 sekunder att flytta tåget 5 meter. I så fall delar vi det utförda arbetet (86,6 joule) med tiden (12 sekunder) för att hitta svaret. Så kraften är: 86.6 / 12 = "7,22 watt.
3. Använd formeln TME_i + W_nc = TME_f för att hitta den mekaniska energin i ett system. Arbete kan också användas för att bestämma energin i ett visst system. I ovanstående formel, TME_i = är första total mekanisk energi i systemet, TME_f = den slutlig total mekanisk energi inom systemet och W._nc = arbetet på systemet på grund av icke-konservativa krafter. I denna formel, om kraften rör sig i förskjutningsriktningen, är den positiv, och om den motsätter sig är den negativ. Observera att båda variablerna för energi kan hittas med formeln (½) mv där m = massa och v = volym.
   • I exempelproblemet två steg tidigare kan vi anta att tåget i princip hade en total mekanisk energi på 100 joule. Eftersom kraften i detta exempel drar tåget i riktning mot rörelsen är det positivt. Tågets energi är TME_i + W_nc = 100 + 86,6 = 186, joule.
   • Observera att icke-konservativa krafter är de krafter där kraften som krävs för att påskynda ett objekt beror på objektets väg. Friktion är ett bra exempel; ett objekt som skjuts längs en kort rak väg till en punkt kommer i genomsnitt att uppleva mindre friktion än ett objekt som skjuts längs en längre, slingrande väg till samma slutpunkt som den korta vägen.

Tips

• Om du lyckas lösa ett problem, le och klappa dig själv på ryggen!
• Träna så många övningar som möjligt, med vilka du lär dig att förstå ämnet.
• Fortsätt att öva och försök igen om det inte fungerar första gången.
• Lär dig följande punkter om arbete:
  • Arbetet kan vara positivt eller negativt. (Här menar vi den fysiska betydelsen av positiv och negativ, inte bokstavlig mening.)
  • Arbetet är negativt om kraften är motsatt förskjutningsriktningen.
  • Arbetet är positivt om kraften är lika med förskjutningsriktningen.