Сабақ 11. Механикалық жұмыс. Қуат - Оқу материалдары

Бүгінгі сабақта біз жаңа физикалық шамалармен танысамыз.Сіздер механикалық жұмыс және қуат ұғымдарымен танысып, механикалық жұмыс және қуат формулаларын қолдана отырып есеп шығаруды үйренесіздер.

Күнделікті өмірде «жұмыс» сөзімен біз адамның немесе құрылғының әртүрлі әрекеттерін атаймыз. Мысалы, біз мұғалім жұмыс істеп жатыр, оқушы жұмыс істеп жатыр, жүк тиегіш жұмыс істеп жатыр, компьютер немее тоңазытқыш жұмыс істеп жатыр деп айтамыз.

Бірақ физикада жұмыс ұғымы сәл өзгеше. Физикада, ең алдымен, механикалық жұмыс қарастырылады (нәтижесінде дененің орны ауысатын белгілі бір күштің денеге әсері).

Механикалық жұмыс денеге қозғалыс кезінде күш әсер еткенде ғана орын алады.

Механикалық жұмыстың бірнеше мысалын келтірейік:

-пойыздың электровоздың тарту күшінің әсерінен қозғалысы

 -мылтықтан атқан кезде оқ-дәрінің қысымы жұмыс жасайды

- ұңғы бойымен оқты жылжытады, ал оқтың жылдамдығы артады.

Осы мысалдардан механикалық жұмыс дененің күштің әсерінен қозғалғанда орындалатынын көруге болады.

Механикалық жұмыс денеге әсер ететін күш оның қозғалыс жылдамдығын төмендеткен кезде де орындалады. Мысалы, таудан сырғанаған шаңғы тоқтайды. Бұл жағдайда механикалық жұмыс орындалады. Үйкеліс күшінің әсерінен жылдамдық төмендейді.

 Механикалық жұмыс орындалмайтын мысалдар келтірейік. Егер біз ауыр шкафты жылжытқымыз келсе, біз күш жұмсаймыз, бірақ шкаф қозғалмайды. Бұл механикалық жұмыс орындалмайтынын білдіреді. Егер дене күштердің әсерінсіз қозғалса (инерция бойынша), онда бұл жағдайда да механикалық жұмыс орындалмайды.

 Механикалық жұмыстың орындалуы үшін екі шарт қажет:

1. Денеге күш әсер етуі тиіс және сол күштің әсерінен дене қозғалуы қажет.

2. Денеге неғұрлым көп күш әсер етсе және дененің осы күштің әсерінен өтетін жолы соғұрлым ұзақ болса, соғұрлым көп жұмыс жасалады.

Демек, бұл физикалық шама қолданылатын күш пен дененің өткен жолының ұзындығына байланысты және бұл тәуелділік тура пропорционал. 

Механикалық жұмыс-бұл қолданылатын күш әсерінен денені жылжыту процесі.

 Келесі жағдайлардың қайсысында механикалық жұмыс жасалады?

- Жіпке ілінген жүк

-тіркемесін тартып жатқан трактор

-иығында жүк ұстап, орнында тұрған адам

-баспалдақпен көтеріліп жатқан адам

Жұмысты анықтау үшін біз күш пен жолдың ұзындығын ғана емес, дененің қозғалатын бағытын да білуіміз керек. Жұмыс оң, теріс және нөлге тең болуы мүмкін.  

Егер дененің қозғалыс бағыты қолданылатын күш бағытына сәйкес келсе, онда бұл күш оң жұмыс орындайды: A=FS 

Мысалы, егер біз допқа қандай да бір күшпен әсер етсек және сол күштің әсерінен доп қозғалған жағдайда. Егер дененің қозғалыс бағыты қолданылатын күш бағытына қарама-қарсы болса, онда бұл күш теріс жұмыс орындайды: A= -FS 

Мысалы, егер доп инерция арқылы толық тоқтағанға дейін қозғалса, оған жылжудың үйкеліс күші әсер етеді. Бұл жағдайда үйкеліс күші теріс жұмыс жасайды.

Егер қолданылатын күштің бағыты дененің қозғалыс бағытына перпендикуляр болса, онда бұл күш жұмыс орындамайды: A=0. Мысалы, доп көлденең бетінде қозғалғанда ауырлық күшімен орындалатын жұмыс нөлге тең. 

Механикалық жұмыстың бірлігі - Джоуль (Дж), ағылшын ғалымы Джеймс Джоульдың құрметіне қойылған.

 Жұмыс бірлігі ретінде бір метрге тең жол аралығында бір Ньютон күш жұмсалған жұмыс қабылданады.

бір Джоуль бір Ньютон метрге тең

бір КилоДжоуль 1000 Джоульге тең; 

бір Джоуль 0,001 КилоДжоульге тең

Ор қазу барысында адам мен экскаватор бірдей жұмыс істей ме? (ордың ұзындығы, ені және тереңдігі бірдей) 

Жасалған жұмыстың айырмашылығы бар ма?

Жер жырту кезінде жылқы мен трактор бірдей жұмыс істей ме? (аумақтың ұзындығы мен ені бірдей) Жасалған жұмыстың айырмашылығы бар ма?

 Қорытынды: әр түрлі денелерге бірдей жұмыс жасау үшін әртүрлі уақыт қажет.

Жұмыстың жылдамдығын сипаттайтын мәнді енгізу керек.

Физикада мұндай шама бар және ол қуат деп аталады

Қуат-уақыт бірлігінде жасалатын жұмыс. Қуат орындалатын жұмыстың жылдамдығын сипаттайды және келесі формула бойынша анықталады:  

 N=A/t   

Мұндағы, N- қуат (өлшем бірлігі Ватт), А- механикалық жұмыс (Джоуль)   

t – уақыт (өлшем бірлігі секунд)     

ХБЖ қуаттың бірлігі Ватт болып табылады. Ол алғашқы бу машинасын құрастырған Джеймс Уаттың құрметіне қойылған.

1 Ватт - 1 секунд ішінде 1 Джоульге тең жұмыс атқарылатын қуат

N=(Вт)=(Дж/с)

Сонымен қатар, жүйеден тыс қуат бірлігі ат күші болып табылады:

1 ат күші = 736 Ватт

1 Ватт қуат мөлшері өте төмен болғандықтан, қуаттың еселенген бірліктері жиі қолданылады

1 кило Ватт = 1000 ватт 

1 Мега Ватт = 1000000 Ватт 

Қуат - бұл машиналар мен механизмдердің өте маңызды сипаттамасы болып табылады. Оның әр түрлі шамалары болуы мүмкін. Мысалы, адам жүрегінің қуаты 2,2 Вт, ал зымыран қозғалтқышы миллион киловаттқа жетуі мүмкін.

Қорытынды: уақыт бірдей болған жағдайда жұмыс неғұрлым көп болса, соғұрлым қуат көп болады; жұмыс бірдей болған жағдайда, уақыт неғұрлым көп болса, соғұрлым қуат аз болады.

Ал енді есеп шешуді үйренеміз

Бейжіңдегі Олимпиада ойындарында спортшы 2 м 36 см биіктікке секірді. Секіру 0,3 с созылды. Егер спортшының массасы 67 кг болса, оның қуаты қанша болды? 

Есептің қысқаша шартын жазайық.

Шешуіне кіріспес бұрын, өлшем бірліктерін ХБЖ айналдырған маңызды. 

Шешімі:

Қуатты есептеу формуласын еске түсірейік:

N=At

Яғни, спортшының қуатын анықтау үшін, бізге әзірге белгісіз жұмысты (А) білу қажет. Уақыт белгілі. Сондықтан, келесі қадам жұмысты анықтау болады: 

A=Fh

Әрі қарай, спортшының ауырлық күшін табайық:

Fтяж=mg

g=10Нкг , Fтяж=67∙10 Нкг=670 Н.

Жұмысты есептейік:

A=670 H ∙2,36 м=1581,2 Дж

Қуатты анықтайық:

N=1581,2 Дж/0,3 с

Жауап: 5270 Вт.