какую работу изучают в физике

§ 55. Механическая работа. Единицы работы

В обыденной жизни словом «работа» мы называем всякий полезный труд рабочего, инженера, учёного, учащегося.

Понятие работы в физике несколько иное. Это определённая физическая величина, а значит, её можно измерить. В физике изучают прежде всего механическую работу.

Рассмотрим примеры механической работы.

Поезд движется под действием силы тяги электровоза, при этом совершается механическая работа. При выстреле из ружья сила давления пороховых газов совершает работу — перемещает пулю вдоль ствола, скорость пули при этом увеличивается.

Из этих примеров видно, что механическая работа совершается, когда тело движется под действием силы.

Механическая работа совершается и в том случае, когда сила, действуя на тело (например, сила трения), уменьшает скорость его движения. Желая передвинуть шкаф, мы с силой на него надавливаем, но если он при этом в движение не приходит, то механической работы мы не совершаем.

Можно представить себе случай, когда тело движется без участия сил (по инерции), в этом случае механическая работа также не совершается. Итак, механическая работа совершается, только когда на тело действует сила и оно движется.

Поэтому условились измерять механическую работу произведением силы на путь, пройденный по направлению этой силы

где А — работа, F — сила и s — пройденный путь.

За единицу работы принимают работу, совершаемую силой 1 Н, на пути, равном 1 м.

Единица работы — джоуль (Дж) названа в честь английского учёного Джоуля. Таким образом,

Используются также и килоджоули (кДж).

Формула А = Fs применима в том случае, когда сила F постоянна и совпадает с направлением движения тела.

Если направление силы совпадает с направлением движения тела, то данная сила совершает положительную работу.

Если же движение тела происходит в направлении, противоположном направлению приложенной силы, например силы трения скольжения, то данная сила совершает отрицательную работу.

Если направление силы, действующей на тело, перпендикулярно направлению движения, то эта сила работы не совершает, работа равна нулю:

В дальнейшем, говоря о механической работе, мы будем кратко называть её одним словом — работа.

Запишем условие задачи и решим её.

Вопросы

1. Какие два условия необходимы для совершения механической работы?
2. От каких двух величин зависит совершённая работа?
3. Что принимают за единицу работы?
4. Дайте определение единицы работы 1 Дж. Какие ещё единицы работы вы знаете?

Упражнение 30

1. В каких из нижеперечисленных случаев совершается механическая работа: мальчик влезает на дерево; девочка играет на пианино; вода давит на стенку сосуда; вода падает с плотины?

2. По гладкому горизонтальному льду катится стальной шарик. Допустим, что сопротивление движению шарика (трение о лёд, сопротивление воздуха) отсутствует. Совершается ли при этом работа?

3. При помощи подъёмного крана подняли груз массой 2500 кг на высоту 12 м. Какая работа при этом совершается?

4. Какая работа совершается при подъёме гидравлического молота массой 20 т на высоту 120 см?

Задание

1. Вычислите механическую работу, которую вы совершаете, равномерно поднимаясь с первого на второй этаж здания школы. Все необходимые данные получите сами, результат запишите в тетрадь.

Источник

Механическая работа

Для нас привычно понятие «работа» в бытовом смысле. Работая, мы совершаем какое-либо действие, чаще всего полезное. В физике (если точнее, то в механике) термин «работа» показывает, какую силу в результате действия приложили, и на какое расстояние тело в результате действия этой силы переместилось.

Например, нам нужно поднять велосипед по лестнице в квартиру. Тогда работа будет определяться тем, сколько весит велосипед и на каком этаже (на какой высоте) находится квартира.

Механическая работа — это физическая величина, прямо пропорциональная приложенной к телу силе и пройденному телом пути.

Чтобы рассчитать работу, нам необходимо умножить численное значение приложенной к телу силы F на путь, пройденный телом в направлении действия силы S. Работа обозначается латинской буквой А.

Механическая работа

А = FS

A — механическая работа [Дж]

F — приложенная сила [Н]

S — путь [м]

Если под действием силы в 1 ньютон тело переместилось на 1 метр, то данной силой совершена работа в 1 джоуль.

Поскольку сила и путь — векторные величины, в случае наличия между ними угла формула принимает вид.

Механическая работа

А = FScosα

A — механическая работа [Дж]

F — приложенная сила [Н]

S — путь [м]

α — угол между векторами силы и перемещения []

Числовое значение работы может становиться отрицательным, если вектор силы противоположен вектору скорости. Иными словами, сила может не только придавать телу скорость для совершения движения, но и препятствовать уже совершаемому перемещению. В таком случае сила называется противодействующей.

Для совершения работы необходимы два условия:

Сила, действующая на тело, может и не совершать работу. Например, если кто-то безуспешно пытается сдвинуть с места тяжелый шкаф. Сила, с которой человек действует на шкаф, не совершает работу, поскольку перемещение шкафа равно нулю.

Полезная и затраченная работа

Был такой мифологический персонаж у древних греков — Сизиф. За то, что он обманул богов, те приговорили его после смерти вечно таскать огромный булыжник вверх по горе, откуда этот булыжник скатывался — и так без конца. В общем, Сизиф делал совершенно бесполезное дело с нулевым КПД. Поэтому бесполезную работу и называют «сизифов труд».

Чтобы разобраться в понятиях полезной и затраченной работы, давайте пофантазируем и представим, что Сизифа помиловали и камень больше не скатывается с горы, а КПД перестал быть нулевым.

Полезная работа в этом случае равна потенциальной энергии, приобретенной булыжником. Потенциальная энергия, в свою очередь, прямо пропорциональна высоте: чем выше расположено тело, тем больше его потенциальная энергия. Выходит, чем выше Сизиф прикатил камень, тем больше полезная работа.

Потенциальная энергия

Е_п = mgh

m — масса тела [кг]

g — ускорение свободного падения [м/с 2 ]

h — высота [м]

На планете Земля g ≈ 9,8 м/с 2

Затраченная работа в нашем примере — это механическая работа Сизифа. Механическая работа зависит от приложенной силы и пути, на протяжении которого эта сила была приложена.

Механическая работа

А = FS

A — механическая работа [Дж]

F — приложенная сила [Н]

S — путь [м]

И как же достоверно определить, какая работа полезная, а какая затраченная?

Все очень просто! Задаем два вопроса:

В примере выше процесс происходит ради того, чтобы тело поднялось на какую-то высоту, а значит — приобрело потенциальную энергию (для физики это синонимы).

Происходит процесс за счет энергии, затраченной Сизифом — вот и затраченная работа.

Мощность

На заводах по всему миру большинство задач выполняют машины. Например, если нам нужно закрыть крышечками тысячу банок колы, аппарат сделает это в считанные минуты. У человека эта задача заняла бы намного больше времени. Получается, что машина и человек выполняют одинаковую работу за разные промежутки времени. Для того, чтобы описать скорость выполнения работы, нам потребуется понятие мощности.

Мощностью называется физическая величина, равная отношению работы ко времени ее выполнения.

Мощность

N = A/t

N — мощность [Вт]

A — механическая работа [Дж]

t — время [с]

Один ватт — это мощность, при которой работа в один джоуль совершается за одну секунду.

Также для мощности справедлива другая формула:

Мощность

N = Fv

N — мощность [Вт]

F — приложенная сила [Н]

v — скорость [м/с]

Как и для работы, для мощности справедливо правило знаков: если векторы направлены противоположно, значение мощности будет отрицательным.

Поскольку сила и скорость — векторные величины, в случае наличия между ними угла формула принимает следующий вид:

Мощность

N = Fvcosα

N — мощность [Вт]

F — приложенная сила [Н]

v — скорость [м/с]

α — угол между векторами силы и скорости []

Примеры решения задач

Задача 1

Ложка медленно тонет в большой банке меда. На нее действуют сила тяжести, сила вязкого трения и выталкивающая сила. Какая из этих сил при движении тела совершает положительную работу? Выберите правильный ответ:

Решение

Поскольку ложка падает вниз, перемещение направлено вниз. В ту же сторону, что и перемещение, направлена только сила тяжести. Это значит, что она совершает положительную работу.

Ответ: 3.

Задача 2

Ящик тянут по земле за веревку по горизонтальной окружности длиной L = 40 м с постоянной по модулю скоростью. Модуль силы трения, действующей на ящик со стороны земли, равен 80 H. Чему равна работа силы тяги за один оборот?

Решение

Поскольку ящик тянут с постоянной по модулю скоростью, его кинетическая энергия не меняется. Вся энергия, которая расходуется на работу силы трения, должна поступать в систему за счет работы силы тяги. Отсюда находим работу силы тяги за один оборот:

Ответ: 3200 Дж.

Задача 3

Тело массой 2 кг под действием силы F перемещается вверх по наклонной плоскости на расстояние l = 5 м. Расстояние тела от поверхности Земли при этом увеличивается на 3 метра. Вектор силы F направлен параллельно наклонной плоскости, модуль силы F равен 30 Н. Какую работу при этом перемещении в системе отсчета, связанной с наклонной плоскостью, совершила сила F?

Решение

В данном случае нас просят найти работу силы F, совершенную при перемещении тела по наклонной плоскости. Это значит, что нас интересуют сила F и пройденный путь. Если бы нас спрашивали про работу силы тяжести, мы бы считали через силу тяжести и высоту.

Работа силы определяется как скалярное произведение вектора силы и вектора перемещения тела. Следовательно:

A = Fl = 30 * 5 = 150 Дж

Ответ: 150 Дж.

Задача 4

Тело движется вдоль оси ОХ под действием силы F = 2 Н, направленной вдоль этой оси. На рисунке приведен график зависимости проекции скорости v x тела на эту ось от времени t. Какую мощность развивает эта сила в момент времени t = 3 с?

Решение

На графике видно, что проекция скорости тела в момент времени 3 секунды равна 5 м/с.

Мощность можно найти по формуле N = Fv.

Источник

«Механическая работа по физике» 8 класс

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Какую работу изучают в физике?
А. труд рабочего;
Б. труд инженера;
В. механическую работу

В каком из перечисленных случаев совершается механическая работа?
А. Шарик катится по гладкому горизонтальному столу равномерно.
Б. Автопогрузчик поднимает груз
В. Кирпич лежит на земле

В каких единицах измеряется механическая работа?
А) Н
Б) Па.
В) Дж

Вычислите работу, которая совершается при перемещении тела на 4 м под действием силы 12 Н
А) 16 Н.
Б) 48 Н
В) 4 Н

Проверка (Слайд 21, по щелчку появляются правильные ответы)

Учитель : Ответы вам предлагаются, и вы сами можете оценить свою работу:

Учитель: Сегодня на уроке мы познакомились с новой физической величиной –механической работой. Узнали, в каких единицах выражают работа, какие условия необходимы для совершения работы. Когда совершается положительная работа, когда отрицательная и когда работа равна нулю.

Учитель: Достигли мы цели, какую поставили в начале урока?

Ученики : изучили работу, единицы измерения работы; выяснили какие необходимые условия должны выполняться для совершения механической работы; научились решать качественные и количественные задачи; обобщили знания работе, закрепили изученный материал; проверили и закрепили полученные знания.

9. Домашнее задание к следующему уроку. (Слайд 31)

§ 53; Упр.28 (1,2,3,4 ). Предлагаю вам побыть учеными, философами, писателями. Напишите небольшое сочинение на тему “Работа ”.

Ваше настроение в конце урока: Проанализируйте, пожалуйста, «движение» своих мыслей, чувств, ощущений, которые возникли у вас в течение урока:

Учитель : Ребята! В заключение хочу сказать. Физик видит то, что видят все: предметы и явления. Он также как и все восхищается красотой и величием мира, но за этой всем доступной красотой ему открывается еще одна красота закономерностей в бесконечном разнообразии вещей и событий.

Любите, дети, физику!
Она всегда, везде.
Поможет вам в умении,
И в жизни, и в труде!

Используемые ресурсы из других общедоступных источников:

А.В. Перышкин. Учебник физики 7 класс.

А.В. Перышкин. Сборник задач по физике 7-9 класс.

Марон А.Е., Е.А Марон Дидактический материал 7 класс.

Марон А.Е., Е.А Марон Сборник качественных задач по физике. 7-9 класс.

В.И. Лукашик Сборник задач по физике 7-9 класс.

М.М Балашов О природе7 класс (Слайд 33)

Какую работу изучают в физике?
А. труд рабочего;
Б. труд инженера;
В. механическую работу

В каком из перечисленных случаев совершается механическая работа?
А. Шарик катится по гладкому горизонтальному столу равномерно.
Б. Автопогрузчик поднимает груз
В. Кирпич лежит на земле

В каких единицах измеряется механическая работа?
А) Н
Б) Па.
В) Дж

Вычислите работу, которая совершается при перемещении тела на 4 м под действием силы 12 Н
А) 16 Н.
Б) 48 Н
В) 4 Н

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

Курс повышения квалификации

Современные педтехнологии в деятельности учителя

Номер материала: ДБ-257604

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Минпросвещения разрешило школам вводить каникулы до 30 октября

Время чтения: 1 минута

Школьников не планируют переводить на удаленку после каникул

Время чтения: 1 минута

В России будет введена должность советника директора по воспитанию

Время чтения: 1 минута

В школе в Пермском крае произошла стрельба

Время чтения: 1 минута

Минобрнауки утвердило перечень олимпиад для школьников на 2021-2022 учебный год

Время чтения: 1 минута

Студенты разработали программу для предупреждения опасного поведения в школах

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник

Методическая разработка урока «Механическая работа. Мощность»

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Государственное областное бюджетное

профессиональное образовательное учреждение

ЛИПЕЦКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ

по дисциплине «ФИЗИКА»

«МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА. МОЩНОСТЬ»

Саранцева Маргарита Юрьевна

Технологическая карта урока

Саранцева Маргарита Юрьевна

Тема раздела рабочей программы

Механическая работа. Мощность.

урок изучения нового материала

объяснительно-иллюстративная, частично-поисковая, репродуктивная

Цели урока учебного занятия:

Образовательные: сформировать у студентов научное понятие механической работы, мощности, единиц измерения работы и мощности; вывести формулу работы (при условии, что сила и перемещение направлены вдоль одной прямой), мощности; исследовать условия, при которых работа положительна, отрицательна, равна нулю; осмыслить практическую значимость, полезность приобретаемых знаний, умений; интересными формами урока способствовать усвоению основного материала, правильного образного мышления, отработать навыки работы с физическими приборами, умение ставить опыты, научить решать расчетные задачи, используя формулу работы, переводить единицы, научить делать самоанализ урока.

Развивающие: создать условия для развития творческих и исследовательских навыков, формировать умения выделять главное, сопоставлять, делать выводы; развивать речь, совершенствовать интеллектуальные способности; решать тренировочные задачи, способствовать развитию познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в ходе урока и при выполнении домашнего задания с использованием различных источников информации и современных информационных технологий.

Воспитательные: способствовать привитию культуры умственного труда, создать условия для повышения интереса к изучаемому материалу; способствовать формированию научного мировоззрения, научить находить прекрасное в результатах трудовой деятельности, показать необходимость сотрудничества в процессе совместного выполнения заданий, уважения к мнению оппонента.

Методические: применение современных технологий, методов и средств обучения при проведении открытого занятия, активизация процесса обучения за счёт создания необходимых условий эффективной познавательной деятельности студентов, обеспечения творческого уровня освоения содержания учебного материала и способов действий.

Учебное занятие строится на следующих принципах:

доступность и наглядность в обучении;

сознательность и активность в обучении;

оптимальное сочетание различных методов, форм и средств обучения;

прочность и действенность результатов обучения;

— принципах обучения, демонстрирующих специфику профессионального образования:

соответствие содержания обучения требованиям освоения умений и навыков учебной дисциплины;

связь теории и практики в обучении;

самостоятельность студентов в процессе обучения.

В учебном занятии используются следующие методы обучения и воспитания :

самостоятельная работа студентов.

В учебном занятии применяются следующие методы контроля и проверки общих компетенций студентов :

контроль студентов по ходу изучения теоретического материала;

наблюдение за активностью студентов в решении проблемы и обсуждении полученных результатов;

оценка творческой инициативы и компетентности студентов при выполнении поставленной задачи.

Обеспечение учебного занятия:

Л.Э. Генденштейн, Ю.И. Дик, Физика 10 класс, компьютер, проектор, интерактивная доска, презентация к уроку; у чебный диск «Библиотека наглядных пособий 7-11 класс» под редакцией Н.К. Ханнанова, Марон А.Е., Марон Е.А. «Сборник качественных задач по физике 9-11», М.: Просвещение, 2015, оборудование для фронтальных практических работ.

Содержание учебного материала.

Приветствует обучающихся. Проверяет их готовность к занятию.

Проверяют готовность к уроку (наличие тетради, учебника, задачника, технических средств).

Актуализация ранее усвоенных знаний

Здравствуйте, ребята! (слайд1) Эпиграфом к нашему уроку будут слова К. Ушинского: «Если Вы удачно выберете труд и вложите в него свою душу, то счастье само Вас отыщет». Чтобы трудиться и получать от этого удовольствие нужно лучше изучить окружающий нас мир. Сегодня мы познакомимся с новыми физическими величинами, научимся их измерять. Прошу вас быть на уроке внимательными, активными, помогать преподавателю и друг другу.

Для изучения новой темы нам необходимо повторить ряд понятий. Отвечаем на вопросы кроссворда. (слайд 4-9)

ВОПРОСЫ К КРОССВОРДУ:

1.Процесс изменения положения тела в пространстве.

2.Что характеризует быстроту движения?

3.Физическая величина, являющаяся мерой взаимодействия тел?

4.Мера инертности тела.

5.Взаимодействие, препятствующее движению одного тела по поверхности другого.

6.Сила, с которой Земля действует на тела.

7.Сила, возникающая при деформации тела.

Из красных букв составьте слово, означающее силу.

Мы вспомнили все силы, которые изучались ранее.

Вес тела.

Лазить по деревьям, читать книгу, писать упражнение, решать задачи копать огород и т.д.

Изучение нового материала

(слайд 10) Итак, в обыденной жизни словом «работа» мы называем всякий полезный труд рабочего, инженера, учёного, учащегося.

Понятие работы в физике несколько иное – это определённая физическая величина, для измерения которой служат специальные единицы. В физике изучают, прежде всего, механическую работу.

Сообщение темы и цели урока (слайд 11-12).

Рассмотрим примеры механической работы. (слайд 13)

1)При подъёме камня руками механическая работа совершается мускульной силой рук.

2)Поезд движется под действием силы тяги электровоза, при этом совершается механическая работа.

3)При выстреле из ружья сила пороховых газов совершает работу – перемещает пулю вдоль ствола, скорость пули при этом увеличивается.

Из этих примеров видно, что механическая работа совершается, в каких случаях?

Механическая работа совершается и в том случае, когда сила, действующая на тело, уменьшает скорость его

движения. Какая сила уменьшает скорость движения?

Скажите, пожалуйста, если мы решим передвинуть пианино. (слайд 14) Будем действовать на него с силой, а пианино с места не сдвинется. В этом случае совершалась работа?

А груз неподвижно висящий на пружине совершает работу?

Правильно, хотя на него действует сила тяжести.

Значит, какой вывод мы можем сделать?

Можно представить себе случай, когда тело движется без участия сил. Как называется это движение?

После удара ракеткой теннисный мяч летит. Совершается ли во время полёта мяча механическая работа?

Правильно. В этом случае механическая работа также не совершается. Значит, какой мы можем сделать вывод?

Итак, когда же совершается механическая работа. (слайд 15)

В дальнейшем, говоря о механической работе, мы будем кратко называть её одним словом работа.

Запишем определение: механическая работа

физическая величина, численно равная произведению силы, действующей на тело, на перемещение.

Единицы измерения работы: джоули, Дж. Названы в честь Дж. Джоуля. (слайд 17)

Если сила направлена под углом к перемещению тела, то A = FS cosα

(слайд 18, 19, 20, 21, 22)

Экспериментальное задание: определить работу при подъеме тела и при горизонтальном перемещении его на такое же расстояние. Сравнить полученные результаты и сделать вывод о том какая из работ больше.

1.С помощью динамометра перемещаем брусок с грузом равномерно вдоль линейки сначала по горизонтали, а затем по вертикали.

2. Замечают по динамометру силу, которая развивалась при этом.

3. Зная силу тяги и путь, вычисляют работу для первого и второго случая А= F ∙ S

4.Сравнить полученные результаты и сделать вывод.

Для совершения механической работы, человек широко использует те или иные машины и механизмы. (слайд 26)

1)Яму можно выкопать лопатой, но экскаватор выполнит эту работу гораздо быстрее.

2) Уголь можно перебрасывать лопатой, а можно с помощью грейферного крана.

3) Можно перевозить грузы в тачках, а можно при помощи локомотива.

Значит, не только совершаемая работа, но и быстрота её выполнения – важная характеристика всякого устройства, с помощью которого совершатся работа.

Быстроту выполнения работы характеризует мощность.

Прочитайте определение мощности на стр. 132 учебника и запишите его в тетрадь.

Какой буквой обозначается мощность? (слайд 30)

В каких единицах измеряется? (слайд 31)

Эта единица названа в честь изобретателя универсального парового двигателя Джемса Уатта. (слайд 32-33)

Чаще используются более крупные единицы такие как, кВт, МВт, ГВт. (слайд 34)

Если известна мощность, то можно получи ещё одну формулу для расчёта работы. Назовите её. (слайд 35)

Давайте рассмотрим ещё одну формулу для расчёта мощности стр. 133 учебника.

Формула (3) показывает, что скорость пропорциональна мощности.

Например, в гору поднимаются два автобуса «Лиаз» и «Икарус». Мощность «Икаруса больше, поэтому он поднимается в гору с большею скоростью, нежели «Лиаз» мощность которого меньше.

Кроме того, эта формула показывает, что при постоянной мощности двигателя изменением скорости, можно изменить силу тяги автомобиля, тепловоза и т.д.

Это широко используется в технике: шофёр, тракторист, машинист электровоза, токарь, фрезеровщик часто использует коробку передач.

Тракторист пашет на малой скорости, чтобы двигатель развивал большую силу тяги.

При подъеме в гору, когда нужна наибольшая сила тяги, водитель автомобиля переключает коробку передач на малую скорость, а при движении по горизонтальной дороге на большую.

Мощность всегда указываю в паспорте технических устройств.

Источник