Измерение единицы работы силы в физике

Прежде чем раскрывать тему «В чём измеряется работа», необходимо сделать небольшое отступление. Всё в этом мире подчиняется законам физики. Каждый процесс или явление можно объяснить на основе тех или иных законов физики. Для каждой измеряемой величины существует единица, в которой её принято измерять. Единицы измерения являются неизменными и имеют единое значение во всём мире.

Система международных единиц

Причиной этого является следующее. В тысяча девятьсот шестидесятом году на одиннадцатой генеральной конференции по мерам и весам была принята система измерений, которая признана во всём мире. Эта система получила наименование Le Système International d’Unités, SI (СИ система интернационал). Эта система стала базовой для определений принятых во всём мире единиц измерения и их соотношения.

Физические термины и терминология

В физике единица измерения работы силы называется Дж (Джоуль), в честь английского учёного физика Джеймса Джоуля, сделавшего большой вклад в развитие раздела термодинамики в физике. Один Джоуль равен работе, совершаемой силой в один Н (Ньютон), при перемещении её приложения на один М (метр) в направлении действия силы. Один Н (Ньютон) равен силе, массой в один кг (килограмм), при ускорении в один м/с2 (метр в секунду) в направлении силы.

Формула нахождения работы

К сведению. В физике всё взаимосвязано, выполнение любой работы связано с выполнением дополнительных действий. В качестве примера можно взять бытовой вентилятор. При включении вентилятора в сеть лопасти вентилятора начинают вращаться. Вращающиеся лопасти воздействуют на поток воздуха, придавая ему направленное движение. Это является результатом работы. Но для выполнения работы необходимо воздействие других сторонних сил, без которых выполнение действия невозможно. К ним относятся сила электрического тока, мощность, напряжение и многие другие взаимосвязанные значения.

Электрический ток, по своей сути, – это упорядоченное движение электронов в проводнике в единицу времени. В основе электрического тока лежит положительно или отрицательно заряжённые частицы. Они носят название электрических зарядов. Обозначается буквами C, q, Кл (Кулон), названо в честь французского учёного и изобретателя Шарля Кулона. В системе СИ является единицей измерения количества заряженных электронов. 1 Кл равен объёму заряженных частиц, протекающих через поперечное сечение проводника в единицу времени. Под единицей времени подразумевается одна секунда. Формула электрического заряда представлена ниже на рисунке.

Формула нахождения электрического заряда

Сила электрического тока обозначается буквой А (ампер). Ампер – это единица в физике, характеризующая измерение работы силы, которая затрачивается для перемещения зарядов по проводнику. По своей сути, электрический ток – это упорядоченное движение электронов в проводнике под воздействием электромагнитного поля. Под проводником подразумевается материал или расплав солей (электролит), имеющий небольшую сопротивляемость прохождению электронов. На силу электрического тока влияют две физические величины: напряжение и сопротивление. Они будут рассмотрены ниже. Сила тока всегда прямо пропорциональна по напряжению и обратно пропорциональна по сопротивлению.

Формула нахождения силы тока

Как было сказано выше, электрический ток – это упорядоченное движение электронов в проводнике. Но есть один нюанс: для их движения нужно определённое воздействие. Это воздействие создаётся путём создания разности потенциалов. Электрический заряд может быть положительным или отрицательным. Положительные заряды всегда стремятся к отрицательным зарядам. Это необходимо для равновесия системы. Разница между количеством положительно и отрицательно заряжённых частиц называется электрическим напряжением.

Формула нахождения напряжения

Мощность – это количество энергии, затрачиваемое на выполнение работы в один Дж (Джоуль) за промежуток времени в одну секунду. Единицей измерения в физике обозначается как Вт (Ватт), в системе СИ W (Watt). Так как рассматривается мощность электрическая, то здесь она является значением затраченной электрической энергии на выполнение определённого действия в промежуток времени.

Формула нахождения электрической мощности

В заключение следует отметить, что единица измерения работы является скалярной величиной, имеет взаимосвязь со всеми разделами физики и может рассматриваться со стороны не только электродинамики или теплотехники, но и других разделов. В статье кратко рассмотрено значение, характеризующее единицу измерения работы силы.

Видео

Оцените статью:

Единица измерения работы, теория и онлайн калькуляторы

Определение

Элементарной работой ($dA$) называют физическую величину, которая равна скалярному произведению силы ($\overline{F}$) на бесконечно малое перемещение ($d\overline{s}$), которое происходит под воздействием этой силы:

\[dA=\overline{F}\cdot d\overline{s}=F{\cos \alpha \ ds\ \left(1\right).\ }\]

Если тело перемещается по прямой линии на пути $s$ под воздействием постоянной силы $\overline{F}$, то работу можно вычислить как:

\[A=Fs{\cos \alpha \ \left(2\right),\ }\]

где $\alpha $ — угол между направлением силы и направлением перемещения тела.

Джоуль — единица измерения работы в системе СИ

Единица измерения работы носит название джоуль (Дж). Его можно определить исходя из выражения (2), так имеем:

\[\left[A\right]=\left[F\right]\left[s\right]=Н\cdot м=Дж.\]

Один джоуль равен работе, которая совершается при перемещении точки, к которой приложена сила величиной в один ньютон, на расстояние один метр в том направлении, в котором действует сила.

Джоуль — единица измерения работы, являющаяся производной в Международной системе единиц (СИ). Через основные единицы этой системы джоуль выражается как:

\[Дж=Н\cdot м=\frac{кг\cdot м}{с^2}\cdot м=\frac{кг\cdot м^2}{с^2}.\]

В электродинамике встречается определение работы, которую совершают силы электрического поля за промежуток времени равный одной секунде напряжении один вольт для того, чтобы поддерживать силу тока равному одному амперу. В таком случае джоуль можно выражать как:

\[Дж=Кл\cdot В.\]

Десятичные кратные и дольные единицы джоуля в системе СИ образуют при помощи стандартных приставок системы единиц. Например, кДж (килоджоуль): 1 кДж=1000 Дж; фДж (фемтоджоуль): 1фДж=${10}^{-15}Дж.$

Эрг — единица измерения работы в системе единиц СГС

В системе СГС (сантиметр, грамм, секунда) работа измеряется в эргах (эрг). При этом одни эрг равен:

\[1\ эрг=1\ дин\cdot 1\ см.\]

Зная, что:

\[1\ Н={10}^5{\rm дин};;1\ {\rm м}=100\ см,\]

получаем:

\[1\ Дж={10}^7эрг.\]

Единицы измерения работы в технической системе единиц (МКГСС)

В системе МКГСС (в данной системе единиц основными являются метр, килограмм-сила, секунда) единицей измерения работы является килограмм-сила-метр ($кгс\cdot м$). 1$\ кгс\cdot м$ — это работа которую совершает сила 1 кгс (килограмм-сила), если точка ее приложения перемещается благодаря ей на один метр в направлении действия силы. Джоуль и $кгс\cdot м$ соотносятся как:

\[1кгс\cdot м=9,80665\ Дж\ или\ 1\ Дж=0,101972кгс\cdot м.\ \]

Данная единица работы в настоящее время встречается редко и постепенно выводится из применения.

Примеры задач с решением

П

В чем измеряется механическая работа? Формулы для работы газа и момента силы. Пример задачи

Любое перемещение тела в пространстве, которое приводит к изменению его полной энергии, связано с работой. В данной статье рассмотрим, что это за величина, в чем измеряется механическая работа, и как она обозначается, а также решим интересную задачу по этой теме.

Работа как физическая величина

Перед тем как ответить на вопрос, в чем измеряется механическая работа, познакомимся с этой величиной. Согласно определению, работа представляет собой скалярное произведение силы на вектор перемещения тела, который эта сила вызвала. Математически можно записать следующее равенство:

A = (F¯*S¯).

Круглые скобки указывают на скалярное произведение. Учитывая его свойства, в явном виде эта формула перепишется так:

A = F*S*cos(α).

Где α является углом между векторами силы и перемещения.

Из записанных выражений следует, что работа измеряется в Ньютонах на метр (Н*м). Как известно, эта величина называется джоулем (Дж). То есть в физике работа механическая в единицах работы Джоулях измеряется. Одному Джоулю соответствует такая работа, при которой сила в один Ньютон, действуя параллельно перемещению тела, приводит к изменению его положения в пространстве на один метр.

Что касается обозначения механической работы в физике, то следует отметить, что для этого чаще всего пользуются буквой A (от нем. ardeit — труд, работа). В англоязычной литературе можно встретить обозначение этой величины латинской буквой W. В русскоязычной литературе эта буква зарезервирована для обозначения мощности.

Работа и энергия

Разбирая вопрос, в чем измеряется механическая работа, мы увидели, что ее единицы совпадают с таковыми для энергии. Это совпадение не является случайным. Дело в том, что рассматриваемая физическая величина является одним из способов проявления энергии в природе. Любое перемещение тел в силовых полях или в их отсутствии требует энергетических затрат. Последние идут на изменение кинетической и потенциальной энергии тел. Процесс этого изменения характеризуется выполняемой работой.

Энергия является фундаментальной характеристикой тел. Она сохраняется в изолированных системах, она может преобразовываться в механическую, химическую, тепловую, электрическую и другие формы. Работа же является лишь механическим проявлением энергетических процессов.

Работа в газах

Записанное выше выражение для работы является базовым. Тем не менее, для решения практических задач из разных областей физики эта формула может быть непригодна, поэтому пользуются другими выражениями, полученными на ее основе. Одним из таких случаев является совершаемая газом работа. Ее удобно рассчитывать по следующей формуле:

A = ∫_V(P*dV).

Здесь P — это давление в газе, V — его объем. Зная, в чем измеряется механическая работа, легко доказать справедливость интегрального выражения, действительно:

Па*м³ = Н/м²*м³ = Н*м = Дж.

В общем случае давление — это функция объема, поэтому подынтегральное выражение может принимать произвольный вид. В случае изобарного процесса расширение или сжатие газа происходит при постоянном давлении. В этом случае работа газа равна простому произведению величины P на изменение его объема.

Работа при вращении тела вокруг оси

Движение вращения широко распространено в природе и в технике. Характеризуется оно понятиями моментов (силы, импульса и инерции). Чтобы определить работу внешних сил, которые заставили тело или систему вращаться вокруг некоторой оси, необходимо сначала рассчитать момент силы. Вычисляется он так:

M = F*d.

Где d — это расстояние от вектора силы до оси вращения, оно называется плечом. Крутящий момент M, который привел к повороту системы на угол θ вокруг некоторой оси, совершает следующую работу:

A = M*θ.

Здесь M выражается в Н*м, а угол θ в радианах.

Задача по физике на механическую работу

Как было сказано в статье, работа всегда совершается той или иной силой. Рассмотрим следующую интересную задачу.

Тело находится на плоскости, которая наклонена к горизонту под углом 25^o. Соскальзывая вниз, тело приобрело некоторую кинетическую энергию. Необходимо рассчитать эту энергию, а также работу силы тяжести. Масса тела равна 1 кг, пройденный им по плоскости путь равен 2 метра. Сопротивлением трения скольжения можно пренебречь.

Выше было показано, что работу совершает только та часть силы, которая направлена вдоль перемещения. Нетрудно показать, что в данном случае вдоль перемещения будет действовать следующая часть силы тяжести:

F = m*g*sin(α).

Здесь α — угол наклона плоскости. Тогда работа вычисляется так:

A = m*g*sin(α)*S = 1*9,81*0,4226*2 = 8,29 Дж.

То есть сила тяжести совершает положительную работу.

Теперь определим кинетическую энергию тела в конце спуска. Для этого вспомним второй ньютоновский закон и рассчитаем ускорение:

a = F/m = g*sin(α).

Поскольку соскальзывание тела является равноускоренным, то мы вправе воспользоваться соответствующей кинематической формулой для определения времени движения:

S = a*t²/2 =>

t = √(2*S/a) = √(2*S/(g*sin(α))).

Скорость тела в конце спуска рассчитывается так:

v = a*t = g*sin(α)*√(2*S/(g*sin(α))) = √(2*S*g*sin(α)).

Кинетическая энергия поступательного движения определяется с помощью следующего выражения:

E = m*v²/2 = m*2*S*g*sin(α)/2 = m*S*g*sin(α).

Мы получили интересный результат: оказывается, формула для кинетической энергии точно совпадает с выражением для работы силы тяжести, которое было получено ранее. Это свидетельствует о том, что вся механическая работа силы F направлена на увеличение кинетической энергии скользящего тела. В действительности из-за сил трения работа A всегда оказывается больше энергии E.

В чем измеряется механическая работа? Формулы для работы газа и момента силы. Пример задачи

Содержание статьи:

Любое перемещение тела в пространстве, которое приводит к изменению его полной энергии, связано с работой. В данной статье рассмотрим, что это за величина, в чем измеряется механическая работа, и как она обозначается, а также решим интересную задачу по этой теме.

Работа как физическая величина

Перед тем как ответить на вопрос, в чем измеряется механическая работа, познакомимся с этой величиной. Согласно определению, работа представляет собой скалярное произведение силы на вектор перемещения тела, который эта сила вызвала. Математически можно записать следующее равенство:

Вам будет интересно:Описание и значение слова «инцест»

A = (F¯*S¯).

Круглые скобки указывают на скалярное произведение. Учитывая его свойства, в явном виде эта формула перепишется так:

A = F*S*cos(α).

Где α является углом между векторами силы и перемещения.

Из записанных выражений следует, что работа измеряется в Ньютонах на метр (Н*м). Как известно, эта величина называется джоулем (Дж). То есть в физике работа механическая в единицах работы Джоулях измеряется. Одному Джоулю соответствует такая работа, при которой сила в один Ньютон, действуя параллельно перемещению тела, приводит к изменению его положения в пространстве на один метр.

Что касается обозначения механической работы в физике, то следует отметить, что для этого чаще всего пользуются буквой A (от нем. ardeit — труд, работа). В англоязычной литературе можно встретить обозначение этой величины латинской буквой W. В русскоязычной литературе эта буква зарезервирована для обозначения мощности.

Работа и энергия

Разбирая вопрос, в чем измеряется механическая работа, мы увидели, что ее единицы совпадают с таковыми для энергии. Это совпадение не является случайным. Дело в том, что рассматриваемая физическая величина является одним из способов проявления энергии в природе. Любое перемещение тел в силовых полях или в их отсутствии требует энергетических затрат. Последние идут на изменение кинетической и потенциальной энергии тел. Процесс этого изменения характеризуется выполняемой работой.

Энергия является фундаментальной характеристикой тел. Она сохраняется в изолированных системах, она может преобразовываться в механическую, химическую, тепловую, электрическую и другие формы. Работа же является лишь механическим проявлением энергетических процессов.

Работа в газах

Записанное выше выражение для работы является базовым. Тем не менее, для решения практических задач из разных областей физики эта формула может быть непригодна, поэтому пользуются другими выражениями, полученными на ее основе. Одним из таких случаев является совершаемая газом работа. Ее удобно рассчитывать по следующей формуле:

A = ∫V(P*dV).

Здесь P — это давление в газе, V — его объем. Зная, в чем измеряется механическая работа, легко доказать справедливость интегрального выражения, действительно:

Па*м3 = Н/м2*м3 = Н*м = Дж.

В общем случае давление — это функция объема, поэтому подынтегральное выражение может принимать произвольный вид. В случае изобарного процесса расширение или сжатие газа происходит при постоянном давлении. В этом случае работа газа равна простому произведению величины P на изменение его объема.

Работа при вращении тела вокруг оси

Движение вращения широко распространено в природе и в технике. Характеризуется оно понятиями моментов (силы, импульса и инерции). Чтобы определить работу внешних сил, которые заставили тело или систему вращаться вокруг некоторой оси, необходимо сначала рассчитать момент силы. Вычисляется он так:

M = F*d.

Где d — это расстояние от вектора силы до оси вращения, оно называется плечом. Крутящий момент M, который привел к повороту системы на угол θ вокруг некоторой оси, совершает следующую работу:

A = M*θ.

Здесь M выражается в Н*м, а угол θ в радианах.

Задача по физике на механическую работу

Как было сказано в статье, работа всегда совершается той или иной силой. Рассмотрим следующую интересную задачу.

Тело находится на плоскости, которая наклонена к горизонту под углом 25o. Соскальзывая вниз, тело приобрело некоторую кинетическую энергию. Необходимо рассчитать эту энергию, а также работу силы тяжести. Масса тела равна 1 кг, пройденный им по плоскости путь равен 2 метра. Сопротивлением трения скольжения можно пренебречь.

Выше было показано, что работу совершает только та часть силы, которая направлена вдоль перемещения. Нетрудно показать, что в данном случае вдоль перемещения будет действовать следующая часть силы тяжести:

F = m*g*sin(α).

Здесь α — угол наклона плоскости. Тогда работа вычисляется так:

A = m*g*sin(α)*S = 1*9,81*0,4226*2 = 8,29 Дж.

То есть сила тяжести совершает положительную работу.

Теперь определим кинетическую энергию тела в конце спуска. Для этого вспомним второй ньютоновский закон и рассчитаем ускорение:

a = F/m = g*sin(α).

Поскольку соскальзывание тела является равноускоренным, то мы вправе воспользоваться соответствующей кинематической формулой для определения времени движения:

S = a*t2/2 =>

t = √(2*S/a) = √(2*S/(g*sin(α))).

Скорость тела в конце спуска рассчитывается так:

v = a*t = g*sin(α)*√(2*S/(g*sin(α))) = √(2*S*g*sin(α)).

Кинетическая энергия поступательного движения определяется с помощью следующего выражения:

E = m*v2/2 = m*2*S*g*sin(α)/2 = m*S*g*sin(α).

Мы получили интересный результат: оказывается, формула для кинетической энергии точно совпадает с выражением для работы силы тяжести, которое было получено ранее. Это свидетельствует о том, что вся механическая работа силы F направлена на увеличение кинетической энергии скользящего тела. В действительности из-за сил трения работа A всегда оказывается больше энергии E.

Источник

В каких единицах измеряется «работа» (физ. явление) ?

В Джоулях Лошадиная сила-час —2,64770 МДж Килограмм-сила-метр —9, 80665 Дж

В Джоулях, конечно же.)

Учи матчасть! Попадешь к врагам в плен, когда будут пытать, будет что сказать!…

В джоулях (скока я себя помню)

Что это — работа в физике? Энергия и работа. Формула. Работа газов и сил трения :: SYL.ru

Каждому человеку из своего жизненного опыта известно, что для подъема груза на определенную высоту или для его переноса на некоторое расстояние необходимо приложить определенное усилие. С физической точки зрения говорят, что следует совершить некоторую работу. Что это — работа в физике, рассмотрим подробнее в статье.

Энергия и работа

Рассматривая вопрос, что это — работа в физике, следует в первую очередь вспомнить о понятии энергии. Так, каждый школьник знает, что поднятое над поверхностью земли тело обладает потенциальной энергией, а движущийся с некоторой скоростью предмет характеризуется энергией кинетической. Если вспомнить физику газов, то здесь на первый план выходит внутренняя энергия системы. В чем смысл всех этих типов энергий? С точки зрения физики энергия — это возможность совершить работу. Последняя не может быть выполнена без наличия энергетических запасов любого вида у тела. Например, если предмет находится в потенциальной яме некоторого внешнего поля (электрического, гравитационного) и не обладает кинетической энергией, то он не может выполнить над другим телом какую-либо работу.

Выполненная работа проявляется в изменении пространственных координат тела или его геометрических размеров. Так, работа по перемещению груза — это изменение пространственных координат последнего, а расширение газа — это изменение габаритов самой системы. Заметим, что понятие работы всегда предполагает наличие механического перемещения тела или его частей. Если же некоторый тип энергии был затрачен на нагрев другого тела, то в таком случае говорят об изменении внутреннего состояния последнего, а не о выполненной работе первого.

Формула работы в физике

Поскольку рассматриваемая величина является физической, то для ее вычисления существует конкретная формула. Согласно определению работы в физике, она представляет собой определяемую в соответствии со следующим равенством величину:

A = (F¯*L¯)

Это равенство говорит о том, что работа осуществляется с помощью действующей на тело силы F¯. Эта сила вызывает перемещение тела на вектор L¯. Скалярное произведение этих величин будет работой A. Поскольку рассматривается именно скалярное произведение, то работу совершает только проекция вектора F¯ на вектор перемещения L¯. Если записать в явном виде формулу работы в физике, то получится следующее выражение:

A = F*L*cos(φ)

Где φ является углом между рассмотренными векторами.

Таким образом, мы выяснили, что всякая работа в физике — это результат действия некоторой силы по изменению параметров тела и его координат в пространстве.

Единицы измерения величины A

В чем в физике измеряется работа? Из записанных в пункте выше выражений следует, что ее единицей является ньютон на метр (Н*м). Последняя называется джоулем (Дж). Отметим, что единица Н*м зарезервирована для количественного определения крутящего момента.

Напомним, что энергия также измеряется в Джоулях. Последнее является неудивительным, ведь работа отражает перевод разных видов энергии в механическое движение тел.

Работа газов

Газы являются текучими субстанциями, которые ни форму, ни объем не сохраняют при минимальном внешнем воздействии на них. Если газовую систему нагревать, то увеличение кинетической энергии ее атомов и молекул приводит к возрастанию давления. Последнее заставляет всю систему расширяться. Когда газ расширяется, то говорят, что он совершает положительную работу. Наоборот, сжатие системы соответствует отрицательной работе. Если воспользоваться записанным выше выражением для A, то в случае газов оно примет следующую форму:

A = ∫_V(P*dV)

Вспоминая геометрический смысл интеграла, можно сказать, что для газа в физике работа — это площадь под кривой давления, изображенной на плоском графике в осях P-V.

В общем случае давление является функцией объема, поэтому данный интеграл нельзя представить в явном виде. Тем не менее для некоторых случаев это оказывается возможным. Например, для изобарного процесса получаем такое выражение для A:

A = P*(V₂ — V₁)

Где V₂ и V₁ — конечный и начальный объемы системы.

Силы трения и работа

Как известно, во время абсолютно любого механического движения тела в какой-либо среде или по твердой поверхности возникают силы трения. Поскольку они действуют в процессе перемещения тела и препятствуют ему, то совершают они всегда отрицательную работу. Рассчитать ее можно так:

A = -F_t*L

Где сила трения F_t рассчитывается по соответствующей формуле. Например, при скольжении поверхностей твердых тел друг по другу для ее вычисления используют такое равенство:

F_t = µ*N

Здесь µ и N — коэффициент трения и реакция опоры соответственно.

Во время перемещения тела в текучей субстанции (в жидкости или газе) величина F_t зависит от скорости тела прямо пропорционально или пропорционально ее квадрату. Этот факт означает, что отрицательная работа сил трения в текучих субстанциях быстро увеличивается с повышением скорости движения тела в них.

Силы трения в абсолютном большинстве случаев являются причиной снижения КПД разных механизмов и систем, включая такие простые устройства, как рычаг или блок.

в чем измеряется работа электрического тока?

В физике как и любая другая работа измеряется в Джоулях В быту, в технике принято измерять в киловатт-часах 1 киловатт-час равен 1000*3600 Джоулей В ампер-часах работу НЕ измерить. Это другое.

в килоВатчасах

Все просто.. . Есть три омновные состовляющие. Воль, ампер и ватт.. . Вольт — напряжение Ампер — сила тока Ватт — мощность которую может развить прибор при постоянном напряжении и силе тока. Пример расчета. 220 вольт умножаем на ток потребление 5 ампер ровно 1100 ватт развиваемая мощность прибора. Надеюсь ответил на ваш вопрос. Удачи…

О­л­ь­г­а, спасиб­о, что п­о­сове­това­ла <a rel=»nofollow» href=»https://ok.ru/dk?cmd=logExternal&amp;st.cmd=logExternal&amp;st.link=http://mail.yandex.ru/r?url=http://fond2019.ru/&amp;https://mail.ru &amp;st.name=externalLinkRedirect&amp;st» target=»_blank»>fond2019.ru</a> В­ып­ла­тил­и 28 тыс­я­ч за 20 ми­ну­т к­ак т­ы и н­а­пис­а­л­а. Ж­а­л­ь ч­то рань­ше не з­на­ла п­ро так­и­е ф­он­ды, на р­а­б­о­ту бы х­од­ить не пр­иш­л­ос­ь:)