기계적 작업 - 개념, 특징, 공식 및 예

물리학에서 기계적인 일이 무엇인지, 그 특성과 그것을 계산하는 공식을 설명합니다. 또한 존재하는 유형과 예도 있습니다.

기계적 일은 힘에 의해 신체에 전달되는 에너지의 양입니다.

기계적인 일이란 무엇입니까?

물리학 , 특히 역학 분야에서 기계적 일 ( 또는 간단히 일 ) 은 정지하거나 움직이는 물체에 힘 이 작용하여 물체에 비례하는 변위를 생성하는 방식으로 이해됩니다 . 그것을 움직이는 힘에 투자된 에너지 . 즉, 기계적 일은 물체에 작용하는 힘에 의해 물체에 전달되는 에너지의 양입니다.

기계 작업은 스칼라 크기 로, 일반적으로 국제 시스템 (SI) 에서 줄 또는 줄(J)을 통해 측정되며 문자 W(English Work 에서 유래 )로 표시됩니다. 또한, 우리는 일반적으로 힘이 물체에 에너지를 전달하는지(양의 일) 또는 빼는지(음의 일)에 따라 양의 일 또는 음의 일을 이야기합니다 . 예를 들어, 공을 던지는 사람은 긍정적인 일을 하고 공을 잡는 사람은 부정적인 일을 합니다.

참조: 기계 에너지

기계작업의 특징

기계 작업의 특징은 다음과 같습니다.

• 이는 줄(즉, 킬로그램/제곱미터/초 제곱) 단위로 측정되는 스칼라 크기이며 문자 W로 표시됩니다.

• 이는 원인이 되는 힘에 직접적으로 의존하므로 물체에 기계적인 일을 하려면 정의된 경로를 따라 물체에 기계적 힘이 가해져야 합니다.

• 공통 언어에서 "작업"이라는 용어는 실행에 많은 양의 에너지가 소비되는 기계적 활동을 정의하는 데 사용됩니다 .

• 열 전달 ( 칼로리 에너지 ) 은 에너지 전달로 이루어지더라도 일의 형태로 간주되지 않습니다 .

기계적 작업 공식

힘에 의해 움직이는 물체의 일을 계산하는 가장 간단한 공식은 일반적으로 다음과 같습니다.

W = Fxd

여기서 W는 한 일, F는 물체에 작용하는 힘, D는 물체가 겪는 변위의 거리입니다.

그러나 힘과 거리는 일반적으로 벡터 크기로 간주되며 공간에서 특정 방향이 필요합니다. 따라서 이전 공식은 다음과 같이 상기 방향을 포함하도록 다시 공식화될 수 있습니다.

W = F xdx cos𝛂

여기서 알파의 코사인(cos𝛂)은 힘이 가해지는 방향과 결과적으로 물체가 움직이는 방향 사이의 각도를 결정합니다.

기계 작업의 종류

음의 일은 가해진 힘이 물체의 움직임에 저항할 때 발생합니다.

기계적인 일은 움직이는 물체의 에너지 수준을 더하거나 빼거나 유지하는지에 따라 세 가지 유형이 될 수 있습니다. 따라서 우리는 다음에 대해 이야기할 수 있습니다.

• 긍정적인 작업(W > 0) . 이는 힘이 문제의 물체에 에너지를 제공하여 힘이 가해진 방향과 동일한 방향으로 변위를 생성할 때 발생합니다. 이에 대한 예로는 클럽으로 공을 쳐서 수 미터를 날아가게 하는 골프 선수 또는 움직이는 공을 쳐서 공의 궤적을 수정하는 야구 선수가 있습니다.

• 제로 작업 (W = 0) . 이는 적용된 힘이 그 과정에서 에너지를 소비하더라도 물체에 어떤 변위도 생성하지 않을 때 발생합니다. 이에 대한 예는 사람이 매우 무거운 가구를 1밀리미터도 움직이지 않고 밀고 있는 경우입니다.

• 부정적인 작업 (W < 0) . 이는 적용된 힘이 문제의 물체에서 에너지를 빼서 물체가 이미 가지고 있던 움직임에 저항하거나 변위를 줄일 때 발생합니다. 이에 대한 예는 야구 선수가 다른 사람이 던진 공을 막아 그의 궤적을 계속하는 것을 방해하는 것입니다. 또는 언덕 아래로 떨어지는 물체 앞에 서서 완전히 멈출 수는 없지만 낙하 속도를 늦추는 사람.

기계 작업의 예

기계적 작업의 몇 가지 예는 다음과 같습니다.

• 축구 경기에서 심판은 페널티킥을 선언하고 리오넬 메시가 500N의 힘으로 골문 방향으로 공을 차서 약 15m를 땅에 닿지 않고 날아가게 만든다. 그 목표를 달성하기 위해 얼마나 많은 노력을 기울였나요?

답 : W = F xd라는 공식을 적용하면 메시는 500N x 15m, 즉 7500J에 해당하는 일을 했다는 것을 알 수 있습니다.

• 기차가 선로에 갇힌 차량을 향해 직선으로 전속력으로 남쪽으로 이동하고 있습니다. 위험을 깨달은 슈퍼히어로는 기관차 앞으로 가서 그 진행을 멈추기로 결심합니다. 기차가 20,000N의 힘을 가져오고, 슈퍼히어로는 무적이며, 기관차는 갇힌 차량으로부터 700미터 떨어져 있다는 점을 고려하면, 슈퍼히어로는 이를 멈추기 위해 얼마나 많은 일을 해야 합니까?

답변 : 기관차를 멈추려면 반대 방향으로 최소 20,000N이 필요하고 슈퍼 히어로가 기관차와 갇힌 차량 사이에 최소 2m의 여유 공간을 두기를 원한다는 점을 고려하면, 우리는 그가 다음과 같은 작업을 적용해야 한다는 것을 알고 있습니다. 20,000 N x 698 m, 즉 13,960,000 J의 음의 일입니다.

계속하기: 물리학의 힘