Pekerjaan mekanis: apa itu dan bagaimana penggunaannya? Rumus Kerja Apa yang dimaksud dengan usaha lengkap dalam fisika.

Ciri-ciri energi gerak diperkenalkan berdasarkan konsep kerja mekanik atau kerja gaya. Dengan kata lain, usaha adalah ukuran dampak suatu gaya.

Definisi 1

Usaha A yang dilakukan oleh gaya konstan F → adalah besaran skalar fisis yang sama dengan hasil kali modul gaya dan perpindahan dikalikan dengan kosinus sudut α antara vektor gaya F → dan perpindahan s →.

Definisi ini dibahas pada Gambar 1.

Rumus kerjanya ditulis sebagai,

A = F s karena α .

Usaha merupakan besaran skalar. Satuan SI untuk usaha adalah Joule (J).

Satu joule sama dengan usaha yang dilakukan oleh gaya sebesar 1 N untuk memindahkan 1 m searah gaya tersebut.

Gambar 1. Kerja gaya F →: A = F s cos α = F s s

Saat memproyeksikan F s → gaya F → ke arah gerakan s → gaya tidak tetap, dan perhitungan usaha untuk gerakan kecil Δ s i diringkas dan diproduksi sesuai dengan rumus:

A = ∑ ∆ A i = ∑ F s i ∆ s i .

Besarnya usaha ini dihitung dari limit (Δ s i → 0) dan kemudian dimasukkan ke dalam integral.

Representasi grafis suatu karya ditentukan dari luas bangun lengkung yang terletak di bawah grafik F s (x) pada Gambar 2.

Gambar 2. Definisi grafis kerja Δ A i = F s i Δ s i .

Contoh gaya yang bergantung pada koordinat adalah gaya elastis pegas, yang mematuhi hukum Hooke. Untuk meregangkan pegas, perlu menerapkan gaya F →, yang modulusnya sebanding dengan perpanjangan pegas. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Pegas yang diregangkan. Arah gaya luar F → bertepatan dengan arah gerak s →. F s = k x , dimana k menunjukkan kekakuan pegas.

F → kamu p = - F →

Ketergantungan modulus gaya luar pada koordinat x dapat diplot dengan menggunakan garis lurus.

Gambar 4. Ketergantungan modulus gaya luar pada koordinat saat pegas diregangkan.

Dari gambar di atas, kita dapat mencari usaha yang dilakukan pada gaya luar ujung kanan bebas pegas dengan menggunakan luas segitiga. Rumusnya akan berbentuk

Rumus ini dapat diterapkan untuk menyatakan usaha yang dilakukan oleh gaya luar ketika menekan pegas. Kedua kasus tersebut menunjukkan bahwa gaya elastis F → y p sama dengan kerja gaya luar F → , tetapi bertanda berlawanan.

Definisi 2

Jika beberapa gaya bekerja pada suatu benda, maka usaha totalnya sama dengan jumlah seluruh usaha yang dilakukan pada benda tersebut. Ketika suatu benda bergerak secara translasi, titik-titik penerapan gaya-gaya bergerak secara merata, yaitu kerja total semua gaya akan sama dengan kerja resultan gaya-gaya yang diterapkan.

Kekuatan

Definisi 3

Kekuatan disebut usaha yang dilakukan oleh suatu gaya per satuan waktu.

Pencatatan besaran fisis daya yang dinotasikan N berbentuk perbandingan usaha A dengan selang waktu t usaha yang dilakukan, yaitu:

Definisi 4

Sistem CI menggunakan watt (W t) sebagai satuan daya. 1 Watt adalah daya yang dihasilkan 1 J usaha dalam 1 s.

Selain Watt, ada juga satuan pengukuran daya non sistem. Misalnya, 1 tenaga kuda kira-kira sama dengan 745 Watt.

Jika Anda melihat kesalahan pada teks, silakan sorot dan tekan Ctrl+Enter

Kelas

Pelajaran #27

Pekerjaan mekanis. Kekuatan Satuan pengukurannya.

Mempelajari materi baru

Pekerjaan". Kata ini sudah tidak asing lagi bagi kita sejak kecil. Itu menemani kita sepanjang hidup kita; dengan kata ini kita menyebut segala jenis aktivitas manusia: fisik, mental atau kreatif. Kita tahu bahwa sepanjang hidup, jantung terus bekerja. Pekerjaan hati ini setara dengan pekerjaan yang harus dilakukan untuk mengangkat kereta api ke gunung tertinggi di Eropa - Mont Blanc (4810 m). Semua makhluk hidup terus bergerak, seseorang hanya mengembangkan dan mencapai hasilnya melalui aktivitasnya. Ini adalah konsep yang penting.

Namun fisika memberikan konten yang sedikit berbeda ke dalam konsep ini. Dalam fisika, kerja mekanik terutama dipelajari. Dan sangat fakta penting saat melakukan usaha, inilah kecepatannya. Kami selalu ingin melakukan sesuatu yang tidak hanya lebih baik, tetapi juga lebih cepat.

DI DALAM saat ini Saya akan meminta Anda untuk mendemonstrasikan kinerja beberapa pekerjaan di tempat Anda. Tolong beri tahu saya apa saja syarat yang diperlukan untuk melakukan pekerjaan itu?

Ya, adanya gaya dan gerakan yang diterapkan.

Pekerjaan mekanis adalah kuantitas fisik, yang mencirikan pergerakan suatu benda di bawah pengaruh gaya.

Seperti besaran fisika lainnya, kerja mekanik memiliki satuan pengukuran dan rumus perhitungan.

[A] = 1J

Usaha mekanis sama dengan hasil kali gaya dan perpindahan.

« Ini menarik!" Satuan kerja SI dinamai ilmuwan Inggris abad ke-19 J. Joule. J. Joule (1818-1889) lahir di Inggris dalam keluarga pemilik tempat pembuatan bir. Karena kesehatan yang buruk, James tidak bersekolah sampai ia berusia 15 tahun. Namun pada usia 15 tahun, di bawah bimbingan ahli kimia terkenal John Dalton, ia berhasil menguasai matematika, fisika, dan kimia. Setelah kematian ayahnya, setelah menjual sebagian warisannya, Joule memulai penelitian ilmiah independen, menginvestasikan seluruh uangnya di dalamnya. Semasa hidupnya, Joule melakukan seribu percobaan di bidang mekanika, elektromagnetisme, dan fenomena termal, yang berhasil.

Sekarang mari kita lihat contoh melakukan pekerjaan ini. Daerah itu perlu digali. Bagaimana cara melakukan pekerjaan ini lebih cepat - dengan sekop atau traktor? Akankah pekerjaan yang dilakukan akan sama?

Ya, pekerjaannya sama; tapi itu akan dihabiskan waktu yang berbeda: dengan traktor pekerjaan ini akan selesai lebih cepat.

Kita akan naik ke lantai 10 lebih cepat dengan lift dibandingkan dengan tangga. Sebuah derek mengangkat batu bata berat setinggi rumah yang sedang dibangun dalam beberapa menit, sementara para pekerja menghabiskan sepanjang hari untuk melakukan pekerjaan yang sama. Mekanisme yang bekerja lebih cepat dianggap lebih bertenaga.

Daya adalah besaran fisis yang mencirikan kecepatan kerja.

Daya sama dengan perbandingan kerja mekanis dengan waktu selama kerja tersebut dilakukan.

Satuan pengukuran daya dinamai ilmuwan Inggris James Watt. Dia disebut "Archimedes" abad ke-18. Tetapi ada satuan pengukuran daya non-sistemik - tenaga kuda. Faktanya, pada awal mula kemunculan teknik mesin, calon konsumen lebih familiar dan jelas bahwa kekuatan mekanisme ini adalah 20 tenaga kuda, artinya mekanisme tersebut mampu menggantikan 20 tenaga kuda.

« Ini menarik!" Daya rata-rata orang dewasa dengan pekerjaan yang cukup lama adalah sekitar 35 - 75 W. Namun dalam waktu yang cukup singkat, seseorang bisa mengembangkan kekuatan yang lebih besar dari seekor kuda. Misalnya, atlet yang mendorong barbel dengan berat lebih dari 200 kg ke ketinggian 1,8 m dalam 1 detik akan mengembangkan daya sekitar 3500 W.

Anda dapat memeriksa fakta ini dengan menggunakan perhitungan di buku catatan Anda.

Dan kekuatan seekor serangga dalam terbang kira-kira 0,00001 W.

Konsolidasi materi baru.

Solusi dari masalah tersebut

Berapa tenaga yang dimiliki seorang atlet angkat besi jika ia mengangkat barbel bermassa 125 kg ke ketinggian 70 cm dalam waktu 0,3 s?

Diberikan: Solusi SI

t=125kg

tinggi=70cm 0,7m N= tetapi A=FS dan F=mg, dan S=h.

t=0,3 detik Jadi N=

N-? N= 2916,7W

[N] = = = =W

Jawaban: 2916,7 W.

Pekerjaan rumah

8-a: pelajari paragraf 17 dan 19 (poin 3); menjawab pertanyaan secara tertulis.

8-b: pelajari paragraf 41 dan 47; menjawab pertanyaan secara tertulis.

Pertanyaan

1. Berikan contoh gaya yang bekerja pada suatu benda, tetapi tidak menghasilkan usaha.

2. Dua muatan dengan berat yang sama dikirim dengan bus ke desa pinggiran kota Donetsk dan ke pusat kota Donetsk. Apakah pekerjaan yang dilakukan sama pada kasus pertama dan kedua? Mengapa?

3. Mengapa mereka mulai membangun lebih cepat pada abad ke-20 dan ke-21 dibandingkan sebelumnya?

4. Dua anak laki-laki dengan berat badan berbeda berlari menuju lantai tiga rumah sambil menunjukkan waktu yang sama. Apakah mereka mengembangkan kekuatan yang sama?

Untuk dapat mengkarakterisasi sifat-sifat energi gerak, diperkenalkan konsep kerja mekanik. Dan artikel ini didedikasikan untuk itu dalam berbagai manifestasinya. Topiknya mudah dan cukup sulit untuk dipahami. Penulis dengan tulus berusaha membuatnya lebih mudah dipahami dan dipahami, dan kita hanya bisa berharap bahwa tujuan telah tercapai.

Pekerjaan mekanis disebut?

Disebut apakah itu? Jika suatu gaya bekerja pada suatu benda, dan sebagai akibat dari aksinya benda tersebut bergerak, maka hal ini disebut kerja mekanis. Jika didekati dari sudut pandang filsafat ilmiah, beberapa aspek tambahan dapat disoroti di sini, namun artikel ini akan membahas topik tersebut dari sudut pandang fisika. Pekerjaan mekanis tidaklah sulit jika Anda memikirkan baik-baik kata-kata yang tertulis di sini. Namun kata “mekanis” biasanya tidak ditulis, dan semuanya disingkat menjadi kata “kerja”. Namun tidak semua pekerjaan bersifat mekanis. Inilah seorang pria yang duduk dan berpikir. Apakah itu bekerja? Secara mental ya! Tapi apakah ini pekerjaan mekanis? TIDAK. Bagaimana jika seseorang berjalan? Jika suatu benda bergerak di bawah pengaruh gaya, maka ini adalah kerja mekanis. Itu mudah. Dengan kata lain, gaya yang bekerja pada suatu benda melakukan kerja (mekanis). Dan satu hal lagi: usahalah yang dapat mencirikan hasil kerja suatu gaya tertentu. Jadi, jika seseorang berjalan, maka gaya-gaya tertentu (gesekan, gravitasi, dll.) melakukan kerja mekanis pada orang tersebut, dan sebagai akibat dari tindakannya, orang tersebut mengubah titik lokasinya, dengan kata lain, bergerak.

Usaha sebagai besaran fisis sama dengan gaya yang bekerja pada benda, dikalikan dengan lintasan yang dibuat benda di bawah pengaruh gaya ini dan dalam arah yang ditunjukkan olehnya. Kita dapat mengatakan bahwa kerja mekanis dilakukan jika 2 kondisi terpenuhi secara bersamaan: suatu gaya bekerja pada benda, dan benda itu bergerak searah dengan aksinya. Namun hal itu tidak terjadi atau tidak terjadi jika gaya bekerja dan benda tidak mengubah letaknya pada sistem koordinat. Berikut adalah contoh kecil ketika pekerjaan mekanis tidak dilakukan:

1. Jadi seseorang dapat bersandar pada batu besar untuk memindahkannya, tetapi kekuatannya tidak cukup. Gaya bekerja pada batu, tetapi batu tidak bergerak dan tidak terjadi usaha.
2. Benda bergerak dalam sistem koordinat, dan gayanya sama dengan nol atau semuanya telah dikompensasi. Hal ini dapat diamati ketika bergerak dengan inersia.
3. Ketika arah gerak suatu benda tegak lurus terhadap aksi gaya. Ketika kereta api bergerak sepanjang garis horizontal, gravitasi tidak melakukan tugasnya.

Tergantung pada kondisi tertentu, kerja mekanis dapat bersifat negatif atau positif. Jadi, jika arah gaya dan gerak benda sama, maka terjadilah usaha positif. Contoh usaha positif adalah pengaruh gravitasi pada setetes air yang jatuh. Tetapi jika gaya dan arah geraknya berlawanan, maka terjadilah kerja mekanik negatif. Contoh dari opsi tersebut adalah balon yang naik ke atas dan gaya gravitasi, yang melakukan kerja negatif. Jika suatu benda dipengaruhi oleh beberapa gaya, usaha tersebut disebut “usaha gaya resultan”.

Fitur penerapan praktis (energi kinetik)

Mari beralih dari teori ke bagian praktis. Secara terpisah, kita harus membicarakan tentang kerja mekanik dan penerapannya dalam fisika. Seperti yang mungkin diingat banyak orang, seluruh energi tubuh dibagi menjadi kinetik dan potensial. Ketika suatu benda berada dalam keadaan setimbang dan tidak bergerak kemana-mana, energi potensialnya sama dengan energi totalnya dan energi kinetiknya sama dengan nol. Ketika gerak dimulai, energi potensial mulai berkurang, energi kinetik mulai meningkat, tetapi totalnya sama dengan energi total benda. Untuk suatu titik material, energi kinetik didefinisikan sebagai kerja gaya yang mempercepat titik dari nol ke nilai H, dan dalam bentuk rumus kinetika suatu benda sama dengan ½*M*N, dengan M adalah massa. Untuk mengetahui energi kinetik suatu benda yang terdiri dari banyak partikel, Anda perlu mencari jumlah seluruh energi kinetik partikel tersebut, dan ini akan menjadi energi kinetik benda tersebut.

Fitur penerapan praktis (energi potensial)

Jika semua gaya yang bekerja pada benda bersifat konservatif, dan energi potensial sama dengan energi total, maka tidak ada usaha yang dilakukan. Postulat ini dikenal dengan hukum kekekalan energi mekanik. Energi mekanik dalam sistem tertutup adalah konstan dalam selang waktu tertentu. Hukum kekekalan banyak digunakan untuk menyelesaikan masalah mekanika klasik.

Fitur penerapan praktis (termodinamika)

Dalam termodinamika, usaha yang dilakukan gas selama pemuaian dihitung dengan integral tekanan dikali volume. Pendekatan ini dapat diterapkan tidak hanya pada kasus dimana terdapat fungsi volume yang pasti, namun juga pada semua proses yang dapat ditampilkan pada bidang tekanan/volume. Ia juga menerapkan pengetahuan tentang kerja mekanis tidak hanya pada gas, tetapi juga pada apa pun yang dapat memberikan tekanan.

Ciri-ciri penerapan praktis dalam praktek (mekanika teori)

Dalam mekanika teoretis, semua sifat dan rumus yang dijelaskan di atas dipertimbangkan secara lebih rinci, khususnya proyeksi. Ia juga memberikan definisinya untuk berbagai rumus kerja mekanik (contoh definisi integral Rimmer): batas kecenderungan jumlah semua gaya kerja dasar, ketika kehalusan partisi cenderung nol, disebut kerja gaya sepanjang kurva. Mungkin sulit? Tapi tidak ada, semuanya baik-baik saja dengan mekanika teoretis. Ya, semua pekerjaan mekanik, fisika, dan kesulitan lainnya telah selesai. Selanjutnya hanya akan ada contoh dan kesimpulan.

Satuan pengukuran kerja mekanik

SI menggunakan joule untuk mengukur kerja, sedangkan GHS menggunakan erg:

1. 1 J = 1 kg m²/s² = 1 Nm
2. 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 dyne cm
3. 1 erg = 10 −7 J

Contoh pekerjaan mekanis

Untuk akhirnya memahami konsep seperti kerja mekanis, Anda harus mempelajari beberapa contoh individual yang memungkinkan Anda mempertimbangkannya dari banyak sisi, tetapi tidak semua:

1. Ketika seseorang mengangkat batu dengan tangannya, kerja mekanis terjadi dengan bantuan kekuatan otot tangannya;
2. Ketika kereta api berjalan di sepanjang rel, ia ditarik oleh gaya traksi traktor (lokomotif listrik, lokomotif diesel, dll);
3. Jika Anda mengambil pistol dan menembakkannya, maka berkat gaya tekanan yang diciptakan oleh gas bubuk, pekerjaan akan dilakukan: peluru digerakkan sepanjang laras pistol bersamaan dengan peningkatan kecepatan peluru itu sendiri;
4. Kerja mekanis juga terjadi ketika gaya gesekan bekerja pada suatu benda, memaksanya mengurangi kecepatan gerakannya;
5. Contoh bola di atas, ketika naik ke arah yang berlawanan dengan arah gravitasi, juga merupakan contoh kerja mekanis, tetapi selain gravitasi, gaya Archimedes juga bekerja, ketika segala sesuatu yang lebih ringan dari udara naik.

Apa itu kekuatan?

Terakhir, saya ingin menyentuh topik kekuasaan. Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya dalam satu satuan waktu disebut daya. Faktanya, daya adalah besaran fisis yang mencerminkan perbandingan usaha dengan periode waktu tertentu selama usaha tersebut dilakukan: M=P/B, dimana M adalah daya, P adalah usaha, B adalah waktu. Satuan SI untuk daya adalah 1 W. Satu watt sama dengan daya yang melakukan kerja satu joule dalam satu detik: 1 W=1J\1s.

Tahukah kamu apa itu pekerjaan? Tanpa keraguan. Setiap orang mengetahui apa itu pekerjaan, asalkan ia dilahirkan dan hidup di planet bumi. Apa itu pekerjaan mekanis?

Konsep ini juga diketahui oleh sebagian besar orang di planet ini, meskipun beberapa orang memiliki pemahaman yang agak kabur tentang proses ini. Tapi kita tidak membicarakannya sekarang. Bahkan lebih sedikit orang yang tahu apa itu kerja mekanik dari sudut pandang fisika. Dalam fisika, kerja mekanik bukanlah kerja manusia untuk mendapatkan makanan, melainkan kuantitas fisik yang mungkin sama sekali tidak berhubungan dengan manusia atau makhluk hidup lainnya. Bagaimana? Mari kita cari tahu sekarang.

Pekerjaan mekanik dalam fisika

Mari kita beri dua contoh. Pada contoh pertama, air sungai yang berhadapan dengan jurang bergemuruh dan jatuh dalam bentuk air terjun. Contoh kedua adalah seorang laki-laki yang memegang benda berat dengan tangan terentang, misalnya memegang atap rusak di teras rumah pedesaan agar tidak terjatuh, sementara istri dan anak-anaknya dengan panik mencari sesuatu untuk menopangnya. Kapan pekerjaan mekanis dilakukan?

Pengertian kerja mekanik

Hampir semua orang, tanpa ragu, akan menjawab: yang kedua. Dan mereka salah. Yang terjadi justru sebaliknya. Dalam fisika, kerja mekanik dijelaskan dengan definisi berikut: Kerja mekanis dilakukan ketika suatu gaya bekerja pada suatu benda dan benda itu bergerak. Usaha mekanis berbanding lurus dengan gaya yang diberikan dan jarak yang ditempuh.

Rumus kerja mekanik

Kerja mekanik ditentukan dengan rumus:

dimana A bekerja,
F - kekuatan,
s adalah jarak yang ditempuh.

Jadi, terlepas dari semua kepahlawanan pemegang atap yang lelah, pekerjaan yang dia lakukan adalah nol, tetapi air, yang jatuh di bawah pengaruh gravitasi dari tebing tinggi, melakukan pekerjaan paling mekanis. Artinya, jika kita tidak berhasil mendorong lemari yang berat, maka usaha yang telah kita lakukan dari sudut pandang fisika akan sama dengan nol, meskipun kita menerapkan gaya yang besar. Tetapi jika kita memindahkan lemari tersebut pada jarak tertentu, maka kita akan melakukan usaha yang sama dengan hasil kali gaya yang diberikan dan jarak yang kita tempuh untuk menggerakkan benda tersebut.

Satuan usaha adalah 1 J. Ini adalah usaha yang dilakukan oleh gaya sebesar 1 Newton untuk menggerakkan suatu benda sejauh 1 m. Jika arah gaya yang diberikan bertepatan dengan arah gerak benda, maka gaya tersebut adalah melakukan pekerjaan yang positif. Contohnya adalah ketika kita mendorong suatu benda dan benda tersebut bergerak. Dan jika suatu gaya diterapkan pada arah yang berlawanan dengan gerak benda, misalnya gaya gesekan, maka gaya tersebut melakukan kerja negatif. Jika gaya yang diberikan tidak mempengaruhi pergerakan benda dengan cara apapun, maka gaya yang dilakukan oleh usaha ini sama dengan nol.

Pekerjaan mekanis adalah besaran fisis skalar yang mencirikan perubahan posisi suatu benda di bawah pengaruh suatu gaya dan sama dengan hasil kali modulus gaya dan modulus perpindahan (lintasan).

SEBUAH = Fs

Per satuan pengukuran bekerja diterima di SI 1 Joule.

[A] = 1N×1m = 1 J

Analisis rumus kerja mekanik:

1. Kerja gaya adalah positif
SEBUAH > 0, jika arah gaya dan arah geraknya bertepatan;

Contoh: seekor kucing jatuh dari atap. Arah pergerakan kucing pertandingan dengan arah gravitasi. Cara, kerja gravitasi adalah positif.

2. Kerja gaya adalah negatif
A< 0 , jika arah gaya dan arah gerak berlawanan arah;

Contoh: seekor kucing muntah. Arah pergerakan kucing di depan arah gravitasi. Cara, usaha negatif yang dilakukan oleh gravitasi.

3. Usaha yang dilakukan gaya adalah nol
SEBUAH = 0, Jika
1. di bawah pengaruh gaya, benda tidak bergerak, yaitu kapan s = 0
2. besarnya gaya adalah nol, yaitu F=0
3. sudut antara arah gerak dan gaya sama dengan 90°.

Contoh: kucing sedang berjalan di sepanjang jalan setapak. Arah pergerakan kucing tegak lurus dengan arah gravitasi. Cara, usaha yang dilakukan oleh gravitasi adalah nol.

Jika kita membuat grafik ketergantungan nilai gaya terhadap perpindahan (jalur) yang dilalui benda, maka grafik tersebut akan mewakili ruas garis lurus yang sejajar dengan sumbu perpindahan (jalur).

Terlihat dari gambar bahwa daerah yang diarsir pada grafik adalah persegi panjang dengan sisi F dan s. Luas persegi panjang ini adalah F s.
Arti geometris dari kerja mekanik apakah itu pekerjaan paksaan secara numerik sama dengan luas gambar di bawah grafik gaya versus perpindahan benda.