7.3. Работа силы и ее мощность
Для количественного описания результата действия силы при перемещении точки ее приложения используют понятие работы силы. Пусть точка приложения силыполучила элементарное перемещение(рис. 7.6). Элементарная работа силы – это скалярная мера ее действия, равная скалярному произведению силы на элементарное перемещение точки ее приложения
. (7.9)
Штрих в обозначении элементарной работы используют в связи с тем, что она в общем случае не является полным дифференциалом некоторой функции координат точки приложения силы.
Единица измерения работы в системе СИ – 1 = 1 Дж.
Введем в рассмотрение скорость точки приложения силыи обозначим через α угол между векторамии. Тогда, учитывая, что, из равенства (7.9) получим
. (7.10)
Таким образом, элементарная работа силы при ив зависимости от угла α может быть как положительной, так и отрицательной, а также равной нулю.
Обозначим проекции силы на координатные осиx,y,zчерез, а проекции вектора элементарного перемещенияна те же оси – через, тогда элементарная работа
. (7.11)
Теперь рассмотрим конечное перемещение точки приложения силы, при котором она движется по дуге(рис. 7.7), и будем считать, что сила зависит только от координат этой точки. Работа силы на перемещениибудет равна криволинейному интегралу от элементарной работы:
. (7.12)
Если известен закон движения точки
,
то, заменяя в уравнении (7.12) проекции силы известными функциями времении учитывая, что
,
приходим к определенному интегралу
, (7.13)
где и– моменты прохождения точки приложения силы через точкии.
Мощность силы определим как скорость изменения работы в данный момент времени
, (7. 14)
т.е. мощность силы – это величина, равная скалярному произведению силы на скорость точки ее приложения
. (7.15)
Единица измерения мощности в системе СИ – 1 Вт = 1 Дж/с.
Далее рассмотрим соотношения, позволяющие вычислять работу наиболее часто встречающихся сил.
7.4.1. Работа силы тяжести
Предположим, что центр масс Снекоторого тела перемещается из положенияв положение(рис. 7.8), причем размеры самого тела и траекториималы по сравнению с радиусом Земли и тело движется вблизи ее поверхности. В этом случае модуль и направление равнодействующей сил тяжестипостоянны, а центр масс совпадает с центром тяжести.
Введем координатную систему Oxyz, направив осьzвертикально вверх. Запишем проекции силы тяжести на осиx, y, z:
,
аее элементарную работу определим по формуле (7. 11)
,
откуда получим полную работу
.
Обозначив вертикальное перемещение центра тяжести через , найдем
, (7.16)
где знак «плюс» соответствует перемещению центра тяжести вниз , знак «минус» – перемещению вверх. Если начальное и конечное положения центра тяжести находятся на одной горизонтальной плоскости, то работа силы тяжести равна нулю.
Таким образом, работа силы тяжести не зависит от вида траектории центра тяжести тела и может быть определена только его вертикальным перемещением.
7.4.2. Работа силы упругости
Пусть груз М, соединенный с пружиной, другой конец которой закреплен неподвижно (рис. 7.9), перемещается из положенияв положениевдоль оси пружины, по которой направим осьх. За начало координат примем положение конца недеформированной пружины, тогда координата
На груз действует сила упругости пружины , ее проекции на координатные оси:, гдес– жесткость пружины. Элементарная работа силы упругости в соответствии с формулой (7.11)
,
полная работа на рассматриваемом перемещении
, (7.17)
где – начальная и конечная деформации пружины.
Из полученной формулы следует, что работа силы упругости положительна, если начальная деформация больше конечной по модулю, и отрицательна в противном случае. Она зависит только от начального и конечного положений груза
7.4.3. Работа силы, приложенной к твердому телу,
вращающемуся вокруг неподвижной оси
Пусть к точке Мтвердого тела, вращающегося вокруг неподвижной осиOzcугловой скоростью, приложена сила(рис. 7. 10). Элементарная работа этой силы:
. (7.18)
Введем радиус-вектор точкиМотносительно точки
.
Преобразуем формулу (7.18), используя свойство смешанного произведения векторов
.
Но так как произведение
– это момент силы относительно точкиО,
.
Учтем, что
–
момент силы относительно осиz, а – элементарный угол поворота тела, потому
. (7.19)
Таким образом, элементарная работа равна произведению момента силы относительно оси вращения на элементарный угол поворота тела. Работа силына конечном перемещении тела
. (7.20)
Если , то
, (7.21)
т.е. работа равна произведению момента силы относительно оси вращения на угол поворота тела.
7.4.4. Работа постоянной силы
Рассмотрим перемещение точки приложения постоянной силыпо дуге(рис. 7.11). Радиус-векторыиопределяют начало и конец траектории относительно неподвижной точки
Для определения работы силы используем формулу (7.13), где положим,
.
Учитывая, что , окончательно получим
, (7.21)
т.е. для постоянной силы работа вычисляется так же, как и при прямолинейном перемещении точки ее приложения вдоль хорды, стягивающей дугу .
7.4.5. Работа внутренних сил твердого тела
Рассмотрим точки итвердого тела, которые действуют друг на друга с силамии(рис.
Пусть точки иполучили элементарные перемещенияи. Вычислим сумму элементарных работ
,
где – скорости точеки.
В соответствии с теоремой о проекциях скоростей двух точек твердого тела и. Так как каждой внутренней силе соответствует другая сила, равная ей по модулю и противоположная по направлению, сумма элементарных работ всех внутренних сил равна нулю. Конечное перемещение тела складывается из его элементарных перемещений и поэтому сумма работ всех внутренних сил твердого тела на любом его перемещении равна нулю
.
7.4.6. Работа сил сопротивления качению
Рассмотрим цилиндрический каток, который движется по горизонтальной плоскости без скольжения (рис. 7.13). Возникновение сопротивления качению связано с деформациями соприкасающихся поверхностей, из-за чего линия действия нормальной составляющей равнодействующей реактивных сил оказывается смещенной в сторону движения катка на некоторое расстояние δ от линии действия силы тяжести. Силы (,) образуют пару сил сопротивления качению. Момент этой пары называютмоментом сопротивления качению
. (7.22)
Этот коэффициент измеряется в единицах длины.
Пусть центр катка получил элементарное перемещение , тогда каток повернулся на уголи элементарная работа пары сил сопротивления качению
. (7.23)
При конечном перемещении центра катка на расстояние работа сил сопротивления качению
. (7.24)
Элементарная работа горизонтальной составляющей равнодействующей реактивных сил (силы сцепления ), которую можно считать приложенной в мгновенном центре скоростей каткаР, равна нулю, так как скорость этой точкии ее элементарное перемещение. Поскольку полная работа равна сумме элементарных работ, приходим к следующему выводу: сила сцепления в рассмотренном случае качения без скольжения работу не совершает.
Механическая работа. Единицы работы | 7 класс
Содержание
На данном уроке мы разберем понятие механической работы. Само слово «работа» в повседневной жизни мы привыкли воспринимать как некое полезное действие, физический труд, совершаемый фермером, грузчиком, продавцом и т. д.
А с другой стороны, работой мы также называемый умственный труд ученых, учителей, представителей других профессий.
Но какое значение имеет понятие работы в физике? От чего зависит эта новая для нас величина? В каких единицах измеряется? Давайте перейдем к изучению данных вопросов.
Условия совершения механической работы
В физике прежде всего изучают механическую работу. Давайте рассмотрим примеры.
В магазине мы поднимаем пакет с покупками с помощью силы наших мускул, при этом совершается механическая работа.
При выстреле из пистолета сила давления пороховых газов толкает пулю — это тоже пример механической работы.
Когда взлетает и летит ракета, сила давления сгорающих газов совершает механическую работу по ее перемещению.
Из этих примеров видно, что механическая работа совершается, когда тело движется под действием какой-либо силы.
Механическая работа также будет совершаться, если сила, которая действует на тело, уменьшает скорость его движения. Например, при торможении автомобиля сила трения (тормозные колодки трутся о диск) совершает механическую работу, скорость автомобиля уменьшается.
Будет ли совершаться механическая работа, если тело остается неподвижным? Вы упираетесь руками в шкаф, напрягаетесь, пытаетесь сдвинуть его с места, но шкаф так и остается в том же положении. В таком случае механическая работа не совершается.
А если на тело не действует никакая сила и оно движется по инерции? В этом случае механическая работа тоже не совершается.
Какие два условия необходимы для совершения механической работы?
Механическая работа совершается, только когда на тело действует сила и оно движется.
{"questions":[{"content":"Физическое тело совершает работу только тогда, когда[[choice-4]]","widgets":{"choice-4":{"type":"choice","options":["на него действует сила и оно движется","на него действует сила","оно движется по инерции","оно движется","оно покоится"],"answer":[0]}}}]}
Определение механической работы
От каких двух величин зависит совершенная работа?
Вернемся к примеру с пакетом, полным покупок: чем большее расстояние вы будете нести пакет и чем большую вы приложите силу (если вы потащите пакет по полу, это будет намного легче, чем если вы понесете его в вытянутых вверх руках), тем большую механическую работу вы совершите.
Значит, механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и пройденному пути.
Теперь мы можем дать определение (рисунок 1):
Рисунок 1. Иллюстрация определения механической работы (когда мы тянем за веревку тележку с грузом (прикладываем силу), тележка начинает двигаться и проходит определенный путь)Механическая работа — это физическая величина, равная произведению силы, приложенной к телу, и пути, пройденным телом по направлению этой силы (его перемещению):
$A = Fs$,
где $A$ — работа, $F$ — сила и $s$ — пройденный путь.
Далее, когда мы будем говорить о механической работе, мы будем кратко называть ее одним словом — работа.
{"questions":[{"content":"Механическая работа, совершенная физическим телом, зависит от[[choice-9]]","widgets":{"choice-9":{"type":"choice","options":["силы, действующей на тело","пути, пройденным телом","плотности тела","скорости тела","времени движения тела"],"answer":[0,1]}}}]}
Свойства механической работы
- Формула $A = Fs$ применима только тогда, когда сила постоянна и совпадает с направлением движения тела;
- Положительная работа ($A > 0$) — это работа, которая совершается, если направление силы совпадает с направлением движения тела;
- Отрицательная работа ($A < 0$) — это работа, которая совершается, если движение тела происходит в противоположном направлении относительно направления приложенной силы (например, силы трения):
$A = –F_{тр}s$; - Если направление силы, действующей на тело, перпендикулярно направлению его движения, то работа не совершается:
$A = 0$.
{"questions":[{"content":"Если направление движения тела совпадает с направлением действия силы, то[[choice-15]]","widgets":{"choice-15":{"type":"choice","options":["совершается положительная работа","совершается отрицательная работа","механическая работа не совершается"],"answer":[0]}}}]}
Единица измерения механической работы
Что принимают за единицу работы?
За единицу работы в системе СИ принимают джоуль ($Дж$).
Один джоуль равен работе, которую совершает сила в $1 \space Н$, на пути, равном $1 \space м$:
$1 \space Дж = 1 \space Н \cdot м$.
Единица работы названа в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля (рисунок 2).
Рисунок 2. Джеймс Прескотт Джоуль (1818−1889) — английский физик, внесший большой вклад в изучение термодинамикиТакже часто используются килоджоули ($кДж$):
$1 \space кДж = 1000 \space Дж$,
$1 \space Дж = 0.001 \space кДж$. 3 = 3240 \space кг$.
Найдем силу:
$F = F_{тяж} = 3240 кг \cdot 9.8 \frac{Н}{кг} \approx 31750 \space Н$
Теперь можем рассчитать работу (в данном случае путь равен высоте подъема, то есть: $s = h$).
$A = Fs = Fh$,
$A = 31750 \space Н \cdot 10 \space м = 317500 \space Дж = 317.5 \space кДж$.
Ответ: $A = 317.5 \space кДж$.
Упражнения
Упражнение №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?
Посмотреть ответ
Скрыть
Ответ:
Итак, механическая работа совершается, только когда на тело действует сила и оно движется.
Мальчик влезает на дерево: механическая работа совершается. Задействована сила мышц мальчика, под действием которой он двигается вверх на дерево.
Девочка играет на пианино: механическая работа совершается. Руки девочки двигаются под действием силы мышц.
Вода давит на стенку сосуда: работа не совершается. Сосуд и вода остаются неподвижными.
Вода падает с плотины: механическая работа совершается. Вода движется вниз под действием силы тяжести.
Упражнение №2
По гладкому горизонтальному льду катится стальной шарик. Допустим, что сопротивление движению шарика (трение о лед, сопротивление воздуха) отсутствует. Совершается ли при этом работа?
Посмотреть ответ
Скрыть
Ответ:
В данном случае механическая работа совершаться не будет. Шарик движется, но нет никакой силы, под действием которой происходит это движение.
Упражнение №3
При помощи подъемного крана подняли груз массой $2500 \space кг$ на высоту $12 \space м$. Какая работа при этом совершается?
Дано:
$m = 2500 \space кг$
$h = 12 \space м$
$g = 9.8 \frac{Н}{кг}$
$A — ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Механическую работу будем рассчитывать по формуле:
$A = Fs = Fh$.
Чтобы поднять груз, нужно приложить такую силу, чтобы по модулю она была равна силе тяжести, действующей на груз:
$F = F_{тяж} = gm$.
Подставим это выражение в формулу механической работы и рассчитаем ее:
$A = gmh$,
$A = 9.8 \frac{Н}{кг} \cdot 2500 \space кг \cdot 12 \space м = 294 \space 000 \space Дж = 294 \space кДж$.
Ответ: $A = 294 \space кДж$.
Упражнение №4
Какая работа совершается при подъеме гидравлического молота массой $20 \space т$ на высоту $120 \space см$?
Дано:
$m = 20 \space т$
$h = 120 \space см$
$g = 9.8 \frac{Н}{кг}$
СИ:
$m = 20 \space 000 \space кг$
$h = 1.2 \space м$
$A — ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Работу будем рассчитывать по формуле:
$A = Fs = Fh$.
При подъеме молота на него действует сила, по модулю равная силе тяжести:
$F = F_{тяж} = gm$.
Подставим это выражение в формулу механической работы и рассчитаем ее:
$A = gmh$,
$A = 9. 8 \frac{Н}{кг} \cdot 20 \space 000 \space кг \cdot 1.2 \space м = 235 \space 200 \space Дж = 235.2 \space кДж$.
Ответ: $A = 235.2 \space кДж$.
Задания
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.
Для того, чтобы рассчитать механическую работу, вам понадобится узнать высоту между этажами школами (высоту потолка) и свою собственную массу. Для примера возьмем высоту потолков, равную $4 \space м$, и массу, равную $50 \space кг$.
Дано:
$h = 4 \space м$
$m = 50 \space кг$
$g = 9.8 \frac{Н}{кг}$
$A — ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Когда вы поднимаетесь по лестнице на второй этаж школы, ваша траектория составит больше, чем расстояние между этажами. Обратите внимание, что нас интересует не она, а пройденный путь $s$:
$s = h$.
Для того, чтобы совершить подъем, вам нужно преодолеть силу тяжести:
$F = F_{тяж} = gm$.
Рассчитаем совершенную механическую работу:
$A = Fs = F_{тяж}h = gmh$,
$A = 9.8 \frac{Н}{кг} \cdot 50 \space кг \cdot 4 \space м = 1960 \space Дж = 1.96 \space кДж$.
Ответ: $A = 1.96 \space кДж$.
Задание №2
Рассчитайте, какую механическую работу вы совершаете, равномерно проходя $1 \space км$ пути по горизонтальной дороге. Результаты запишите в тетрадь.
Указание: человек, равномерно идя по ровному горизонтальному пути, совершает примерно 0,05 той работы, которая требовалась бы для поднятия этого человека на высоту, равную длине пути.
Также для выполнения этого задания вам необходимо знать собственную массу.
Дано:
$s = 1 \space км$
$m = 50 \space кг$
$k = 0.05$
$g = 9.8 \frac{Н}{кг}$
СИ:
$s = 1000 \space м$
$A_1 — ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Рассчитаем механическую работу:
$A = Fs = F_{тяж}s = gms$,
$A = 9. 8 \frac{Н}{кг} \cdot 50 \space кг \cdot 1000 \space м = 490 \space 000 \space Дж = 490 \space кДж$.
Такая работа будет совершена при подъеме человека на высоту, равную $1000 \space м$. Зная коэффициент $k$, рассчитаем работу, совершенную при ходьбе по горизонтальной поверхности:
$A_1 = kA$,
$A_1 = 0.05 \cdot 490 \space кДж = 24.5 \space кДж$.
Ответ: $A = 24.5 \space кДж$.
Жилье для рабочей силы | DHCA
Существующие арендаторы и управляющие недвижимостью в жилищных единицах для сотрудников : здесь доступна информация о повторной сертификации и продлении аренды во время пандемии COVID-19. Если вы хотите получать уведомления о новых и перепродаваемых единицах жилья для рабочих по мере их появления, нажмите здесь , чтобы подписаться на услугу электронной подписки округа, и выберите Жилье и общественные дела/Жилье для рабочих в разделе Темы подписки. Для аренды жилых помещений для рабочей силы обращайтесь непосредственно в арендные комплексы. Workforce Жилье должно быть доступным для домохозяйств с доходом, который слишком высок, чтобы иметь право на участие в программе жилья по умеренной цене (MPDU). Дома, приобретенные в рамках программы WFH, имеют определенные меры контроля, предназначенные для обеспечения доступности жилья. Новые и перепроданные дома имеют 20-летний контрольный период, если иное не описано в разделе «Перепродажа дома WFH» ниже. Эти средства контроля обеспечиваются ограничительными соглашениями, налагаемыми на собственность, в которых указано: В период контроля владельцы должны занимать дом в качестве основного места жительства. Дом нельзя сдавать в аренду. Если вы больше не можете жить в доме WFH из-за работы или по другим причинам, вы должны продать дом другому домохозяйству WFH. В течение контрольного периода владелец не должен рефинансировать дом на сумму, превышающую контролируемую цену перепродажи, установленную DHCA (владельцам запрещается рефинансировать недвижимость на основе рыночной стоимости собственности). Рефинансирование не должно приводить к уменьшению собственного капитала ниже 10 000 долларов США. В течение контрольного периода владелец может продать дом WFH по цене, не превышающей установленную DHCA контролируемую цену перепродажи через программу WFH утвержденному участнику программы WFH. После того, как застройщик продает дома WFH, агентством, ответственным за обеспечение соблюдения и администрирование долгосрочных правил и положений программы, является DHCA. Если имущество продается по истечении 20-летнего контрольного периода, владелец должен уплатить половину избыточной выручки в Фонд жилищной инициативы округа. По истечении контрольного периода владельцам настоятельно рекомендуется связаться с DHCA, прежде чем рефинансировать свой дом WFH. Рефинансирование не освобождает владельца от обязанности уплачивать половину избыточной выручки в Фонд жилищной инициативы округа при продаже; поэтому важно НЕ рефинансировать на полную рыночную стоимость даже после истечения контрольного периода. Доход вашей семьи не должен превышать следующих пределов (в зависимости от размера семьи): Размер семьи и максимальный доход (действительно с 19 апреля 2022 г. ) Для получения дополнительной информации и о том, как подать заявку, нажмите на логотип разработки выше. Реальные фотографии новостроек! 55 Jordan Avenue 55 Jordan Avenue 55 Jordan Avenue 55 Jordan Avenue Quetzal Consulting Presents 55 Jordan Avenue Jersey City, 07306. — Journal Square — Недавно построенная работа Art , предложенные домохозяйствам, получающим . Аренда Дарси Олни Спрингс Westside at Shady Grove Metro Таунс-он-Гроув Сердечник Дейли в Шейди Гроув Квартиры на Бетесда-авеню Тайер и Спринг Целями программы Workforce Housing являются:
Ограничения по жилью для рабочей силы
Пределы дохода на жилье для рабочей силы
Максимальный доход 1 119 500 долларов США 2 136 500 долларов США 3 153 500 долларов США 4 171 000 долларов США 5 184 500 долларов США Как подать заявку
55 РАБОЧАЯ СИЛА | Quetzal Consulting
Квартира с доступным доходом для рабочей силы Подробная информация
Ежемесячная арендная плата
Размер квартиры
Удобства квартиры
2Проектные удобства
One BR $ 2 586
Два BR 3,102
Три BR 3 447
* Это фиксированная арендная плата, они не будут колебаться на основе вашего дохода. *
1 BR 5800 SQ. футов
2 BR кв. фут.
3 BR 965 кв. футов
Приборы из нержавеющей стали
Микроволновая печь/Плита
Холодильник
Гладкая – современная отделка
Средства по уходу за окнами
Светильники Холера
Паркетные полы
Манхэттен просмотров
Швейцар
Гостиная на крыше
10,000 SF Терраса на крыше
Зона досмотра на крыше
Высокоскоростной Wi-Fi в местах общего пользования
Коворкинг-лаундж
Парковка в аренду
Собачий забег
Современный фитнес-центр
Студия йоги в помещении
Открытая терраса для фитнеса
Чтобы играть, нажмите и удерживайте клавишу ввода. Чтобы остановить, отпустите клавишу ввода.
Это равные жилищные возможности.
Мы обязуемся следовать букве и духу Политики США для достижения равных жилищных возможностей по всей стране.
Мы поощряем и поддерживаем позитивную рекламную и маркетинговую программу, в которой нет препятствий для получения жилья из-за расы, религии, пола, инвалидности, семейного положения или национального происхождения.
Об этом проекте:
По адресу 55 Jordan Avenue, (43 ) выделено сорок три квартиры для заявителей
, чей совокупный доход домохозяйства соответствует критериям этой программы доступного жилья.
В наличии штук:
(24) Одна спальня
(14) Две спальни
(5) Три спальни
Пожалуйста, ознакомьтесь с ограничениями доходов ниже и нажмите кнопку ПРАВИЛА И НОРМЫ, прежде чем
перейти к предварительной заявке в конце этой страницы.
Предпочтение по проекту Предлагается:
Жителям Джерси-Сити
и *Жителям прихода C в районе МакГинли-сквер восточного плана реконструкции Джерси-Сити на момент подачи заявки и обработки.
В соответствии с соглашением по этому проекту
Каковы пределы дохода для этого проекта ?
В этом проекте есть квартиры, которые доступны для заявителей, отвечающих критериям «Доход от РАБОЧЕЙ СРЕДЫ», чей совокупный доход домохозяйства, включая активы, соответствует критериям этого проекта доступного жилья. «Доход от РАБОЧЕЙ СИЛЫ» определяется как общий совокупный валовой годовой доход для всех члены домохозяйства, общий доход которых превышает 80 %, но не превышает 120 % от медианного дохода в районе метро FMR Джерси-Сити, как определено Министерством жилищного строительства и городского развития США на 2022 год9.0007
Кандидаты должны соответствовать двум ограничениям.
Пределы дохода для жилья для рабочей силы 2022 являются следующими:
Доход для семьи с 1 человеком должен упасть
между
$ 64 400 и 96,600 долл. США
Доход для семейства 2 человек.
73 600 долларов США и 110 400 долларов США
Доход семьи из 3 человек должен падать
между
$82,800 and $124,200
Income for a 4 person family must fall
between
$91,920 and $137,880
Income for a 5 person family must fall
between
$99,280 and $148,920
Дополнительную информацию см. в таблице ниже.
Как узнать, подхожу ли я для участия в этом проекте?
Нажмите кнопку ниже и ознакомьтесь с правилами и нормами доступного жилья, прежде чем приступить к подаче предварительной заявки. В настоящее время подтверждающие документы НЕ нужны.
Могут применяться минимальный кредитный рейтинг и другие ограничения.
* Прочтите все правила, прежде чем применяться *
Где и когда я подать?
Если вы ознакомились со всеми правилами и положениями для этого проекта, перейдите к приведенной ниже предварительной заявке.