งานของแรงวัดในหน่วยใด ความหมายทางกายภาพของงานและพลังงานกล

ถ้าแรงกระทำต่อร่างกาย แรงนี้ก็จะทำงานเพื่อเคลื่อนร่างกายนี้ ก่อนให้คำจำกัดความของงานในการเคลื่อนที่แบบโค้งของจุดวัสดุ ให้พิจารณากรณีพิเศษ:

ในกรณีนี้งานเครื่องกล อา เท่ากับ:

อา= F s cos=
,

หรือ A=Fcos× s = F ส × s ,

ที่ไหนF ส – การฉายภาพ ความแข็งแกร่ง ย้าย. ในกรณีนี้ F ส = constและความหมายทางเรขาคณิตของงาน อาคือพื้นที่ของสี่เหลี่ยมที่สร้างขึ้นในพิกัด F ส , , ส.

มาสร้างกราฟการฉายแรงบนทิศทางการเคลื่อนที่กันเถอะ F สเป็นหน้าที่ของการกระจัด s เราแสดงการกระจัดทั้งหมดเป็นผลรวมของการกระจัดขนาดเล็ก n ตัว
. สำหรับขนาดเล็ก ผม - การกระจัดครั้งที่
งานคือ

หรือพื้นที่ของสี่เหลี่ยมคางหมูแรเงาในรูป

งานเครื่องกลเต็มรูปแบบเพื่อย้ายจากจุด 1 อย่างแน่นอน 2 จะเท่ากับ:

.

ค่าภายใต้ปริพันธ์จะแสดงงานเบื้องต้นเกี่ยวกับการกระจัดที่น้อยที่สุด
:

- งานพื้นฐาน

เราแบ่งวิถีการเคลื่อนที่ของจุดวัสดุเป็นการกระจัดที่เล็กที่สุด และการทำงานของกำลังพล โดยการย้ายจุดวัสดุจากจุด 1 อย่างแน่นอน 2 กำหนดเป็นอินทิกรัลโค้ง:

–ทำงานกับการเคลื่อนไหวโค้ง

ตัวอย่างที่ 1: การทำงานของแรงโน้มถ่วง
ระหว่างการเคลื่อนที่แบบโค้งของจุดวัสดุ

.

ไกลออกไป เนื่องจากค่าคงที่สามารถนำออกจากเครื่องหมายปริพันธ์และปริพันธ์ ตามรูปจะแสดงถึงการกระจัดที่สมบูรณ์ . .

ถ้าเราแสดงความสูงของจุด 1 จากพื้นผิวโลกผ่าน และความสูงของจุด 2 ผ่าน , แล้ว

เราจะเห็นว่าในกรณีนี้งานถูกกำหนดโดยตำแหน่งของจุดวัสดุในช่วงเวลาเริ่มต้นและช่วงสุดท้ายและไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของวิถีหรือเส้นทาง งานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงในเส้นทางปิดนั้นเป็นศูนย์:
.

แรงที่ทำงานบนเส้นทางปิดเป็นศูนย์เรียกว่าซึ่งอนุรักษ์นิยม .

ตัวอย่าง 2 : การทำงานของแรงเสียดทาน

นี่คือตัวอย่างของพลังที่ไม่อนุรักษ์นิยม เพื่อแสดงสิ่งนี้ก็เพียงพอที่จะพิจารณางานพื้นฐานของแรงเสียดทาน:

,

เหล่านั้น. การทำงานของแรงเสียดทานนั้นเป็นลบเสมอและไม่สามารถเท่ากับศูนย์บนเส้นทางปิดได้ งานที่ทำต่อหน่วยเวลาเรียกว่า พลัง. หากทันเวลา
งานเสร็จแล้ว
แล้วพลังก็คือ

–พลังงานกล.

การเอาไป
เช่น

,

เราได้รับนิพจน์สำหรับอำนาจ:

.

หน่วยงาน SI คือจูล:
= 1 เจ = 1 น 1 ม. และหน่วยกำลังคือวัตต์: 1 W = 1 J / s

พลังงานกล

พลังงานเป็นการวัดเชิงปริมาณทั่วไปของการเคลื่อนที่ของปฏิกิริยาของสสารทุกประเภท พลังงานไม่ได้หายไปและไม่ได้เกิดขึ้นจากความว่างเปล่า มันสามารถผ่านจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งเท่านั้น แนวคิดเรื่องพลังงานเชื่อมโยงปรากฏการณ์ทั้งหมดในธรรมชาติเข้าด้วยกัน ตามรูปแบบของการเคลื่อนที่ของสสารรูปแบบต่างๆ พลังงานประเภทต่างๆ ได้รับการพิจารณา - เครื่องกล, ภายใน, แม่เหล็กไฟฟ้า, นิวเคลียร์ ฯลฯ

แนวคิดเรื่องพลังงานและการทำงานมีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่างานนั้นทำโดยสิ้นเปลืองพลังงานสำรอง และในทางกลับกัน การทำงานก็สามารถเพิ่มพลังงานสำรองในอุปกรณ์ใดๆ ก็ได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง งานคือการวัดเชิงปริมาณของการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน:

.

พลังงานและการทำงานใน SI มีหน่วยเป็นจูล: [ อี]=1 จ.

พลังงานกลมีสองประเภท - จลนศาสตร์และศักยภาพ

พลังงานจลน์ (หรือพลังงานของการเคลื่อนที่) ถูกกำหนดโดยมวลและความเร็วของวัตถุที่พิจารณา พิจารณาจุดวัตถุที่เคลื่อนที่ภายใต้การกระทำของแรง . การทำงานของแรงนี้จะเพิ่มพลังงานจลน์ของจุดวัสดุ
. ในกรณีนี้ ให้เราคำนวณการเพิ่มขึ้นเล็กน้อย (ส่วนต่าง) ของพลังงานจลน์:

เมื่อคำนวณ
โดยใช้กฎข้อที่สองของนิวตัน
, เช่นเดียวกับ
- โมดูลัสความเร็วของจุดวัสดุ แล้ว
สามารถแสดงเป็น:

-

- พลังงานจลน์ของจุดวัสดุเคลื่อนที่.

การคูณและหารนิพจน์นี้ด้วย
และคำนึงถึงว่า
, เราได้รับ

-

- ความสัมพันธ์ระหว่างโมเมนตัมและพลังงานจลน์ของจุดวัสดุเคลื่อนที่.

พลังงานศักย์ (หรือพลังงานตำแหน่งของร่างกาย) ถูกกำหนดโดยการกระทำของกองกำลังอนุรักษ์นิยมในร่างกายและขึ้นอยู่กับตำแหน่งของร่างกายเท่านั้น .

เราได้เห็นแล้วว่าการทำงานของแรงโน้มถ่วง
ด้วยการเคลื่อนที่โค้งของจุดวัสดุ
สามารถแสดงเป็นความแตกต่างระหว่างค่าของฟังก์ชันได้
ถ่ายที่จุด 1 และตรงจุด 2 :

.

ปรากฎว่าเมื่อใดก็ตามที่กองกำลังอนุรักษ์นิยมงานของกองกำลังเหล่านี้อยู่ระหว่างทาง 1
2 สามารถแสดงเป็น:

.

การทำงาน , ซึ่งขึ้นอยู่กับตำแหน่งของร่างกายเท่านั้น - เรียกว่า พลังงานศักย์.

สำหรับงานประถมเราก็ได้

–งานเท่ากับการสูญเสียพลังงานศักย์.

มิฉะนั้น เราสามารถพูดได้ว่างานเสร็จสิ้นเนื่องจากพลังงานสำรองที่อาจเกิดขึ้น

มูลค่า เท่ากับผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของอนุภาคเรียกว่าพลังงานกลทั้งหมดของร่างกาย:

–พลังงานกลทั้งหมดของร่างกาย.

โดยสรุป เราสังเกตว่าการใช้กฎข้อที่สองของนิวตัน
, ค่าความแตกต่างของพลังงานจลน์
สามารถแสดงเป็น:

.

ค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า
ดังที่กล่าวไว้ข้างต้นจะเท่ากับ:

.

ดังนั้นหากพลัง เป็นกำลังอนุรักษ์และไม่มีกำลังภายนอกอื่น ๆ ดังนั้น , เช่น. ในกรณีนี้พลังงานกลทั้งหมดของร่างกายจะถูกสงวนไว้

ม้าดึงเกวียนด้วยแรงหน่อย แสดงว่า Fแรงฉุด คุณปู่ซึ่งนั่งอยู่บนเกวียนใช้แรงกดทับเธอ แสดงว่า Fความกดดัน เกวียนเคลื่อนที่ไปในทิศทางของแรงดึงของม้า (ไปทางขวา) แต่ไปในทิศทางของแรงกดของปู่ (ลง) เกวียนจะไม่เคลื่อนที่ ดังนั้นในทางฟิสิกส์จึงกล่าวว่า Fแรงฉุดทำงานบนเกวียนและ Fความดันไม่ทำงานบนรถเข็น

ดังนั้น, งานที่ทำโดยแรงบนร่างกาย งานเครื่องกล- ปริมาณทางกายภาพ โมดูลัสซึ่งเท่ากับผลคูณของแรงและเส้นทางที่ร่างกายเคลื่อนที่ไปตามทิศทางการกระทำของแรงนี้ส:

เพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ D. Joule ได้ตั้งชื่อหน่วยของงานเครื่องกล 1 จูล(ตามสูตร 1 J = 1 N m)

ถ้าแรงบางอย่างกระทำต่อร่างกายที่พิจารณา ร่างกายนั้นก็จะกระทำกับร่างกายนั้น นั่นเป็นเหตุผลที่ การทำงานของแรงในร่างกายและการทำงานของร่างกายบนร่างกายเป็นคำพ้องความหมายที่สมบูรณ์อย่างไรก็ตาม งานของร่างแรกในส่วนที่สองและงานของตัวที่สองในส่วนแรกนั้นเป็นคำพ้องความหมายบางส่วน เนื่องจากโมดูลของงานเหล่านี้มีค่าเท่ากันเสมอ และสัญญาณของเนื้อหานั้นตรงกันข้ามเสมอ นั่นคือเหตุผลที่เครื่องหมาย "±" ปรากฏในสูตร มาคุยรายละเอียดงานกันดีกว่า

ค่าตัวเลขของแรงและเส้นทางจะเป็นค่าที่ไม่เป็นลบเสมอ ในทางตรงกันข้าม งานเครื่องกลสามารถมีทั้งสัญญาณบวกและลบ ถ้าทิศทางของแรงตรงกับทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกาย แสดงว่า งานที่ทำโดยกำลังถือเป็นบวกถ้าทิศทางของแรงอยู่ตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ งานที่ทำโดยกำลังถือเป็นลบ(เราใช้ "-" จากสูตร "±") ถ้าทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกายตั้งฉากกับทิศทางของแรง เช่นนั้น แรงดังกล่าวไม่ทำงาน นั่นคือ A = 0

ขอ​พิจารณา​ภาพประกอบ​สาม​เรื่อง​ใน​สาม​ด้าน​ของ​งาน​เครื่อง​กล.

การทำงานโดยใช้กำลังอาจดูแตกต่างไปจากมุมมองของผู้สังเกตที่แตกต่างกันลองพิจารณาตัวอย่าง: เด็กผู้หญิงกำลังขึ้นลิฟต์ มันทำงานเครื่องกลหรือไม่? เด็กผู้หญิงสามารถทำงานได้เฉพาะกับร่างกายที่เธอใช้กำลัง มีเพียงร่างเดียวเท่านั้น - รถลิฟต์ขณะที่หญิงสาวกดน้ำหนักลงบนพื้น ตอนนี้เราต้องค้นหาว่าห้องโดยสารไปทางไหน พิจารณาสองทางเลือก: กับผู้สังเกตการณ์นิ่งและเคลื่อนไหว

ให้เด็กผู้สังเกตการณ์นั่งบนพื้นก่อน รถลิฟต์เคลื่อนขึ้นและไปทางใดทางหนึ่ง น้ำหนักของหญิงสาวพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม - ลงดังนั้นหญิงสาวจึงทำงานเชิงกลเชิงลบในห้องโดยสาร: อาหญิงพรหมจารี< 0. Вообразим, что мальчик-наблюдатель пересел внутрь кабины движущегося лифта. Как и ранее, вес девочки действует на пол кабины. Но теперь по отношению к такому наблюдателю кабина лифта не движется. Поэтому с точки зрения наблюдателя в кабине лифта девочка не совершает механическую работу: อาเดฟ = 0

ก่อนเปิดเผยหัวข้อ “วิธีการวัดการทำงาน” จำเป็นต้องพูดนอกเรื่องเล็กน้อย ทุกสิ่งในโลกนี้เป็นไปตามกฎฟิสิกส์ แต่ละกระบวนการหรือปรากฏการณ์สามารถอธิบายได้บนพื้นฐานของกฎฟิสิกส์บางประการ สำหรับแต่ละปริมาณที่วัดได้ จะมีหน่วยที่ใช้วัดเป็นธรรมเนียม หน่วยวัดได้รับการแก้ไขและมีความหมายเหมือนกันทั่วโลก

Jpg?.jpg 600w

ระบบหน่วยสากล

เหตุผลนี้มีดังต่อไปนี้ ในปี 1960 ที่การประชุมใหญ่สามัญครั้งที่สิบเอ็ดเกี่ยวกับตุ้มน้ำหนักและตวง วัดได้ถูกนำมาใช้ซึ่งเป็นที่ยอมรับไปทั่วโลก ระบบนี้มีชื่อว่า Le Système International d'Unités, SI (SI System International) ระบบนี้ได้กลายเป็นพื้นฐานสำหรับคำจำกัดความของหน่วยการวัดที่ยอมรับทั่วโลกและอัตราส่วน

เงื่อนไขทางกายภาพและคำศัพท์

ในวิชาฟิสิกส์ หน่วยวัดการทำงานของแรงเรียกว่า J (จูล) เพื่อเป็นเกียรติแก่ James Joule นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ผู้มีคุณูปการอย่างมากต่อการพัฒนาภาคส่วนของอุณหพลศาสตร์ในวิชาฟิสิกส์ หนึ่งจูลเท่ากับงานที่ทำโดยแรงหนึ่งนิวตัน (นิวตัน) เมื่อแอปพลิเคชันเคลื่อนหนึ่งเมตร (เมตร) ไปในทิศทางของแรง หนึ่งนิวตัน (นิวตัน) เท่ากับแรงที่มีมวลหนึ่งกิโลกรัม (กิโลกรัม) ด้วยความเร่งหนึ่งเมตร/วินาที2 (เมตรต่อวินาที) ในทิศทางของแรง

Jpg?.jpg 600w

สูตรการหางาน

บันทึก.ในทางฟิสิกส์ ทุกอย่างเชื่อมต่อถึงกัน ประสิทธิภาพของงานใดๆ ก็ตามที่เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพของการกระทำเพิ่มเติม ตัวอย่างคือพัดลมในครัวเรือน เมื่อเปิดพัดลม ใบพัดลมจะเริ่มหมุน ใบพัดหมุนทำหน้าที่ในการไหลของอากาศทำให้มีทิศทางเคลื่อนที่ นี่คือผลงาน แต่ในการปฏิบัติงานนั้นจำเป็นต้องมีอิทธิพลของกองกำลังภายนอกอื่น ๆ โดยที่การกระทำนั้นเป็นไปไม่ได้ ซึ่งรวมถึงความแรงของกระแสไฟฟ้า กำลังไฟฟ้า แรงดันไฟ และค่าอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกัน

กระแสไฟฟ้าในสาระสำคัญคือการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในตัวนำต่อหน่วยเวลา กระแสไฟฟ้าขึ้นอยู่กับอนุภาคที่มีประจุบวกหรือลบ เรียกว่าประจุไฟฟ้า เขียนแทนด้วยตัวอักษร C, q, Kl (จี้) ซึ่งตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศส Charles Coulomb ในระบบ SI เป็นหน่วยวัดจำนวนอิเล็กตรอนที่มีประจุ 1 C เท่ากับปริมาตรของอนุภาคที่มีประจุที่ไหลผ่านหน้าตัดของตัวนำต่อหน่วยเวลา หน่วยของเวลาคือหนึ่งวินาที สูตรประจุไฟฟ้าดังรูปด้านล่าง

Jpg?.jpg 600w

สูตรการหาประจุไฟฟ้า

ความแรงของกระแสไฟฟ้าแสดงด้วยตัวอักษร A (แอมแปร์) แอมแปร์เป็นหน่วยในฟิสิกส์ที่กำหนดลักษณะการวัดการทำงานของแรงที่ใช้ในการเคลื่อนประจุไปตามตัวนำ ที่แกนกลางของกระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในตัวนำภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า โดยตัวนำหมายถึงวัสดุหรือเกลือหลอมเหลว (อิเล็กโทรไลต์) ที่มีความต้านทานน้อยต่อการผ่านของอิเล็กตรอน ปริมาณทางกายภาพสองปริมาณส่งผลต่อความแรงของกระแสไฟฟ้า: แรงดันและความต้านทาน พวกเขาจะกล่าวถึงด้านล่าง กระแสจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันและแปรผกผันกับความต้านทาน

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-4-768x552..jpg 800w

สูตรการหาความแรงในปัจจุบัน

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น กระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่ตามลำดับของอิเล็กตรอนในตัวนำ แต่มีข้อแม้อยู่ประการหนึ่ง: สำหรับการเคลื่อนไหวของพวกเขา จำเป็นต้องมีผลกระทบบางอย่าง เอฟเฟกต์นี้สร้างขึ้นโดยการสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น ประจุไฟฟ้าอาจเป็นบวกหรือลบก็ได้ ประจุบวกมักจะเป็นประจุลบเสมอ นี่เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับความสมดุลของระบบ ความแตกต่างระหว่างจำนวนของอนุภาคที่มีประจุบวกและลบเรียกว่าแรงดันไฟฟ้า

Gif?.gif 600w

สูตรการหาแรงดัน

กำลังคือปริมาณพลังงานที่ใช้ทำงานของหนึ่ง J (จูล) ในช่วงเวลาหนึ่งวินาที หน่วยวัดทางฟิสิกส์แสดงเป็น W (วัตต์) ในระบบ SI W (วัตต์) เนื่องจากพลังงานไฟฟ้าถือเป็นค่าของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในการดำเนินการบางอย่างในช่วงระยะเวลาหนึ่ง

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-6-120x74..jpg 750w

สูตรการหากำลังไฟฟ้า

โดยสรุปแล้ว ควรสังเกตว่าหน่วยการวัดของงานเป็นปริมาณสเกลาร์ มีความสัมพันธ์กับทุกส่วนของฟิสิกส์ และสามารถพิจารณาได้จากด้านข้างของไม่เพียงแต่อิเล็กโทรไดนามิกส์หรือวิศวกรรมความร้อนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงส่วนอื่นๆ ด้วย บทความพิจารณาสั้น ๆ เกี่ยวกับค่าที่กำหนดหน่วยการวัดการทำงานของแรง

วีดีโอ

รู้ไหมว่างานอะไร? โดยไม่ต้องสงสัยเลย ทุกคนรู้ดีว่างานคืออะไร หากเขาเกิดและอาศัยอยู่บนดาวโลก งานเครื่องกลคืออะไร?

คนส่วนใหญ่ในโลกรู้จักแนวคิดนี้เช่นกัน แม้ว่าบางคนจะมีแนวคิดที่ค่อนข้างคลุมเครือเกี่ยวกับกระบวนการนี้ แต่ตอนนี้มันไม่เกี่ยวกับพวกเขาแล้ว น้อยคนนักที่จะรู้ว่าอะไร งานเครื่องกลจากมุมมองของฟิสิกส์ในทางฟิสิกส์ งานเครื่องกลไม่ใช่งานของบุคคลเพราะเห็นแก่อาหาร แต่เป็นปริมาณทางกายภาพที่ไม่เกี่ยวข้องกับบุคคลหรือสิ่งมีชีวิตอื่นๆ โดยสิ้นเชิง ได้อย่างไร? ตอนนี้ขอคิดออก

งานเครื่องกลในวิชาฟิสิกส์

ให้สองตัวอย่าง ในตัวอย่างแรก น้ำในแม่น้ำที่ปะทะกับขุมนรกนั้นตกลงมาอย่างเสียงดังเป็นน้ำตก ตัวอย่างที่สองคือ บุคคลที่ถือของหนักไว้ที่แขนที่ยื่นออกไป เช่น คอยกันไม่ให้หลังคาที่หักเหนือเฉลียงของบ้านในชนบทหล่นลงมา ในขณะที่ภรรยาและลูกๆ ของเขากำลังมองหาบางอย่างที่จะประคองมันอย่างบ้าคลั่ง งานเครื่องกลเสร็จเมื่อไหร่?

คำจำกัดความของงานเครื่องกล

เกือบทุกคนจะตอบโดยไม่ลังเล: ในวินาที และพวกเขาจะผิด กรณีเป็นเพียงตรงกันข้าม ในวิชาฟิสิกส์อธิบายงานเครื่องกล คำจำกัดความต่อไปนี้:งานทางกลเกิดขึ้นเมื่อแรงกระทำต่อร่างกายและเคลื่อนที่ งานเครื่องกลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงกระทำและระยะทางที่เคลื่อนที่

สูตรงานเครื่องกล

งานเครื่องกลถูกกำหนดโดยสูตร:

โดยที่ A คืองาน
F - ความแข็งแกร่ง
s - ระยะทางที่เดินทาง

ดังนั้นแม้จะมีความกล้าหาญของผู้ถือหลังคาที่เหนื่อยล้างานที่ทำโดยเขามีค่าเท่ากับศูนย์ แต่น้ำที่ตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงจากหน้าผาสูงจะเป็นงานกลไกมากที่สุด นั่นคือถ้าเราผลักตู้หนักไม่สำเร็จ งานที่เราทำจากมุมมองของฟิสิกส์จะเท่ากับศูนย์ ถึงแม้ว่าเราจะใช้กำลังมากก็ตาม แต่ถ้าเราย้ายตู้ไปในระยะทางที่กำหนด เราจะทำงานให้เท่ากับผลคูณของแรงกระทำตามระยะทางที่เราขยับร่างกาย

หน่วยของงานคือ 1 จู นี่คืองานที่ทำโดยแรง 1 นิวตันเพื่อเคลื่อนวัตถุให้เคลื่อนที่เป็นระยะทาง 1 ม. หากทิศทางของแรงกระทำตรงกับทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ แรงนี้ก็จะกระทำ งานในเชิงบวก ตัวอย่างคือเมื่อเราดันร่างกายและเคลื่อนไหว และในกรณีที่แรงกระทำไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของตัววัตถุ เช่น แรงเสียดทาน แรงนี้จะทำงานด้านลบ หากแรงที่ใช้ไม่ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของร่างกายแต่อย่างใด แรงที่เกิดจากงานนี้จะมีค่าเท่ากับศูนย์

สาม. งานอิสระในหัวข้อที่กำลังศึกษา

สาม. งานอิสระในหัวข้อที่กำลังศึกษา

สาม. งานอิสระในหัวข้อที่กำลังศึกษา

งานของแรงทั้งหมดที่กระทำต่ออนุภาคนั้นไปสู่การเพิ่มขึ้นของพลังงานจลน์ของอนุภาค:

อา 12 = ตู่ 2 - ตู่ 1

ในที่ที่มีสนามโน้มถ่วง (หรือสนามศักย์ใด ๆ ทั่วไป) โมเลกุลของแก๊สจะถูกกระทำโดยแรงโน้มถ่วง ส่งผลให้ความเข้มข้นของโมเลกุลก๊าซจึงขึ้นกับความสูงตามกฎหมาย การกระจาย Boltzmann:

น = น 0 ประสบการณ์ (- mgh / kT)

ที่ไหน น- ความเข้มข้นของโมเลกุลที่ความสูง ชม., น 0 - ความเข้มข้นของโมเลกุลที่ระดับเริ่มต้น ชม.= 0, มคือมวลของอนุภาค g- ความเร่งของแรงโน้มถ่วง kคือค่าคงที่โบลต์ซมันน์ ตู่- อุณหภูมิ.

ในวิชาฟิสิกส์ กองกำลังอนุรักษ์นิยม(แรงที่อาจเกิดขึ้น) - แรงซึ่งงานนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของวิถี (ขึ้นอยู่กับจุดเริ่มต้นและจุดสุดท้ายของการใช้กำลัง) นี่แสดงถึงคำจำกัดความต่อไปนี้: กองกำลังอนุรักษ์คือกองกำลังที่ทำงานตามวิถีปิดใด ๆ เท่ากับ 0

พลังงานศักย์- งานที่ต้องทำเพื่อเคลื่อนย้ายร่างกายจากจุดอ้างอิงไปยังจุดที่กำหนดในด้านกองกำลังอนุรักษ์นิยม.

พลังงานศักย์ถูกวัดจากจุดหนึ่งในอวกาศ ซึ่งทางเลือกจะถูกกำหนดโดยความสะดวกในการคำนวณเพิ่มเติม กระบวนการเลือกจุดที่กำหนดเรียกว่า การทำให้เป็นมาตรฐานของพลังงานศักย์. เป็นที่ชัดเจนว่าคำจำกัดความที่ถูกต้องของพลังงานศักย์นั้นสามารถให้ได้เฉพาะในด้านของแรงเท่านั้น ซึ่งงานนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งเริ่มต้นและตำแหน่งสุดท้ายของร่างกายเท่านั้น แต่ไม่อยู่บนเส้นทางของการเคลื่อนที่ กองกำลังดังกล่าวเรียกว่าอนุรักษ์นิยม

ตัวอย่างเช่น พลังงานศักย์ของร่างกายใกล้พื้นผิวโลกคำนวณโดยสูตร โดยที่ ม- มวลกาย g - ค่าของการเร่งการตกอย่างอิสระ ชม.- ความสูงพื้นผิวโลกถือเป็นศูนย์

ระดับความเป็นอิสระ - จำนวนตัวแปรขั้นต่ำที่อธิบายการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในอวกาศ

ทฤษฎีบท:

หากระบบของโมเลกุลอยู่ในสภาวะสมดุลที่อุณหภูมิ T ดังนั้น Wk ของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะกระจายอย่างสม่ำเสมอตามองศาอิสระ โดยแต่ละ st เสรีภาพมีพลังงาน 1\2kT

การเคลื่อนที่ด้วยความร้อน- กระบวนการของการเคลื่อนที่ที่วุ่นวาย (สุ่ม) ของอนุภาคที่ก่อตัวเป็นสสาร การพิจารณาการเคลื่อนที่เชิงความร้อนของอะตอมและโมเลกุลมักถูกพิจารณา

กฎการอนุรักษ์พลังงานกล- พลังงานกลของระบบกลไกแบบอนุรักษ์นิยมถูกอนุรักษ์ไว้อย่างทันท่วงที พูดง่ายๆ ก็คือ ในกรณีที่ไม่มีแรงกระจาย (เช่น แรงเสียดทาน) พลังงานกลไม่ได้เกิดขึ้นจากความว่างเปล่าและไม่สามารถหายไปได้ทุกที่

แรงเสียดสีเลื่อน- แรงที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุสัมผัสระหว่างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ หากไม่มีชั้นของเหลวหรือก๊าซ (การหล่อลื่น) ระหว่างวัตถุ แรงเสียดทานดังกล่าวจะเรียกว่า แห้ง. มิฉะนั้นจะเรียกแรงเสียดทานว่า "ของเหลว" ลักษณะเฉพาะของแรงเสียดทานแบบแห้งคือการมีแรงเสียดทานสถิต

การกระจายแมกซ์เวลล์เป็นการแจกแจงความน่าจะเป็นที่พบในฟิสิกส์และเคมี มันสนับสนุนทฤษฎีจลนศาสตร์ของก๊าซ ซึ่งอธิบายคุณสมบัติพื้นฐานหลายประการของก๊าซ รวมถึงความดันและการแพร่กระจาย การกระจายของแมกซ์เวลล์ยังใช้ได้กับกระบวนการขนส่งทางอิเล็กทรอนิกส์และปรากฏการณ์อื่นๆ การกระจายของแมกซ์เวลล์ใช้กับคุณสมบัติที่หลากหลายของโมเลกุลแต่ละโมเลกุลในก๊าซ โดยทั่วไปมักคิดว่าเป็นการกระจายพลังงานของโมเลกุลในก๊าซ แต่ก็สามารถนำมาใช้กับการกระจายของความเร็ว โมเมนตัม และโมดูลัสโมเมนตัมของโมเลกุลได้เช่นกัน นอกจากนี้ยังสามารถแสดงเป็นการกระจายแบบไม่ต่อเนื่องบนชุดของระดับพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง หรือเป็นการแจกแจงแบบต่อเนื่องบนความต่อเนื่องของพลังงานบางส่วน

กฎการอนุรักษ์พลังงาน- กฎพื้นฐานของธรรมชาติซึ่งประกอบด้วยความจริงที่ว่าพลังงานของระบบที่แยกได้ (ปิด) นั้นได้รับการอนุรักษ์ไว้ทันเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่ง พลังงานไม่สามารถเกิดขึ้นจากความว่างเปล่าและไม่สามารถหายไปในที่ใด ๆ ได้ มันสามารถผ่านจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งเท่านั้น กฎการอนุรักษ์พลังงานพบได้ในสาขาฟิสิกส์ต่างๆ และปรากฏอยู่ในการอนุรักษ์พลังงานประเภทต่างๆ ตัวอย่างเช่น ในกลศาสตร์คลาสสิก กฎจะปรากฏใน]] กฎการอนุรักษ์พลังงานเรียกว่ากฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์และกล่าวว่า

ความน่าจะเป็น

ฟังก์ชันการกระจายทางสถิติ (ฟังก์ชันการกระจายในฟิสิกส์สถิติ) เป็นหนึ่งในแนวคิดพื้นฐานของฟิสิกส์สถิติ ความรู้เกี่ยวกับฟังก์ชันการกระจายจะกำหนดคุณสมบัติความน่าจะเป็นของระบบที่พิจารณาได้อย่างสมบูรณ์

สถานะทางกลของระบบใด ๆ ถูกกำหนดโดยพิกัด q ฉันและแรงกระตุ้น ปี่อนุภาคของมัน ( ผม=1,2,…, d; dคือจำนวนองศาอิสระของระบบ) ชุดของปริมาณและรูปแบบพื้นที่เฟส ความน่าจะเป็นของระบบที่อยู่ในองค์ประกอบของพื้นที่เฟส (มีจุด q, พีภายใน) กำหนดโดยสูตร:

ฟังก์ชันนี้เรียกว่าฟังก์ชันการแจกแจงทางสถิติแบบเต็ม (หรือเรียกง่ายๆ ว่าฟังก์ชันการแจกแจง) อันที่จริงมันเป็นความหนาแน่นของการแทนจุดในพื้นที่เฟส

ความแปรปรวนของตัวแปรสุ่ม- การวัดการแพร่กระจายของตัวแปรสุ่มที่กำหนด เช่น การเบี่ยงเบนจากความคาดหวังทางคณิตศาสตร์ ระบุ ดี[X] ในวรรณคดีรัสเซียและ (อังกฤษ. ความแปรปรวน) ในต่างประเทศ ในสถิติ การกำหนดหรือมักใช้ รากที่สองของความแปรปรวนเรียกว่าค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน หรือค่าสเปรดมาตรฐาน

อนุญาต เป็นตัวแปรสุ่มที่กำหนดในพื้นที่ความน่าจะเป็นบางพื้นที่ แล้ว

ที่ไหนสัญลักษณ์ เอ็มหมายถึงความคาดหวังทางคณิตศาสตร์

ในกลศาสตร์คลาสสิก ออสซิลเลเตอร์ฮาร์มอนิก- ระบบที่เมื่อเคลื่อนจากตำแหน่งสมดุล ประสบกับการกระทำของแรงฟื้นฟู F, สัดส่วนกับการกระจัด x(ตามกฎของฮุค):

ที่ไหน kเป็นค่าคงที่เชิงบวกที่อธิบายความแข็งแกร่งของระบบ

ถ้า F- แรงเดียวที่กระทำต่อระบบ จากนั้นระบบจะเรียกว่า เรียบง่ายหรือ ออสซิลเลเตอร์ฮาร์มอนิกแบบอนุรักษ์นิยม. การสั่นอิสระของระบบดังกล่าวแสดงถึงการเคลื่อนที่เป็นระยะรอบๆ ตำแหน่งสมดุล (การสั่นของฮาร์มอนิก) ความถี่และแอมพลิจูดเป็นค่าคงที่ และความถี่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับแอมพลิจูด

หากมีแรงเสียดทาน (ลดทอน) เป็นสัดส่วนกับความเร็วของการเคลื่อนไหว (แรงเสียดทานหนืด) ระบบดังกล่าวจะเรียกว่า จางลงหรือ ออสซิลเลเตอร์กระจาย. หากแรงเสียดทานไม่มากเกินไป ระบบจะทำการเคลื่อนไหวเกือบเป็นระยะ - การสั่นแบบไซน์ด้วยความถี่คงที่และแอมพลิจูดที่ลดลงแบบทวีคูณ ความถี่ของการแกว่งอิสระของออสซิลเลเตอร์แบบแดมเปอร์นั้นค่อนข้างต่ำกว่าออสซิลเลเตอร์ที่คล้ายกันโดยไม่มีแรงเสียดทาน

หากปล่อยออสซิลเลเตอร์ไว้กับตัวมันเอง แสดงว่าออสซิลเลเตอร์ทำการสั่นแบบอิสระ หากมีแรงภายนอก (ขึ้นอยู่กับเวลา) แสดงว่าออสซิลเลเตอร์ประสบกับการสั่นแบบบังคับ

เหตุการณ์สุ่ม- ชุดย่อยของผลลัพธ์ การทดลองสุ่ม; เมื่อมีการสุ่มทดลองซ้ำหลายครั้ง ความถี่ของการเกิดเหตุการณ์จะทำหน้าที่เป็นค่าประมาณของความน่าจะเป็น

เหตุการณ์สุ่มที่ไม่เคยเกิดขึ้นจริงจากการทดลองสุ่มเรียกว่า เป็นไปไม่ได้ และแสดงด้วยสัญลักษณ์ เหตุการณ์สุ่มซึ่งรับรู้เสมอว่าเป็นผลจากการทดลองแบบสุ่ม เรียกว่าเชื่อถือได้ และแสดงด้วยสัญลักษณ์ Ω

ความน่าจะเป็น(การวัดความน่าจะเป็น) - การวัดความน่าเชื่อถือของเหตุการณ์สุ่ม การประมาณความน่าจะเป็นของเหตุการณ์อาจเป็นความถี่ของการเกิดขึ้นซ้ำๆ กันอย่างอิสระต่อเนื่องกันของการทดลองสุ่ม ตามคำจำกัดความของ P. Laplace การวัดความน่าจะเป็นคือเศษส่วน ตัวเศษคือจำนวนกรณีที่เป็นประโยชน์ทั้งหมด และตัวส่วนคือจำนวนกรณีที่เป็นไปได้ทั้งหมด