2020-09-24 22:30:21

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物理量
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机械功,又称"功",是能量转换的量度。物理学中机械功表示力对物体作用的空间的累积的物理量,功是标量,其大小等于力与其作用点位移的标积,国际单位制单位为焦耳。

基本信息

  • 中文名称

    机械功

  • 外文名称

    mechanical work。

  • 又名

  • 提出者

    英国物理学家范科尔

折叠 编辑本段 概念

机械功的概念最早由英国物理学家范科尔提出,它的定义是:功的定义功的定义

1.作用在物体上的力;

2.物体在力的方向上移动一定的距离。

折叠 编辑本段 定义

机械功的英文学名是mechanical work。

功是能量转换的量度。物理学中表示力对路程的累积的物理量,是过程量,属于标量。

物理学规定,作用在物体上的所有力使其合外力不为零,并且使物体在力的方向上移动了一段距离,就说这个力对物体做了机械功(简称功)

合外力越大,物体在力的方向上移动的距离越大,力对物体做的功就越多。

折叠 编辑本段 功的计算

  1. 功W等于做功的两个必要因素:作用在物体上的力F和物体在力的方向上的分位移s的乘积。W =F s

若物体的位移为l,位移与某一个作用力的夹角为θ,那么这个力做的功W=Fl=|F|·|l|cosθ=F l cosθ

注意!加粗的是矢量。写W=Fs或W=Fl时(其实都一样),要注意力F和位移sl时,要注意它们都为矢量,满足矢量的数乘运算法则而不能直接相乘,及W=Fl=|F|·|l| cosθ=F l cosθ (此处F与l表示力和位移的大小)

如果力和物体移动的距离相互垂直(θ=90°),也就是物体在力的方向上分位移为零,那么这个力就没有对物体做功。证明如下:

∵Fl

∴F·l=W=0

2.功的单位--焦(耳)J

1焦耳=1牛顿·米

1J= 1N·m

折叠 编辑本段 功率

定义:把单位时间内所做的功叫做功率,功率是比较物体做功快慢的物理量。

功率和速度、热值等物理量一样,是一个比值定义的物理量。功率的应用--陶瓷垫功率的应用--陶瓷垫

用P表示功率,W表示功,t表示做功的时间,则功率可表示为P=W÷t(功率等于功除以时间)P=F`V

在SI制中1瓦=1焦/秒

1千瓦=1000瓦 1兆瓦=1000千瓦

附:另一个功率单位:马力 1马力=735瓦

折叠 编辑本段 机械效率

折叠 有用功

定义:人们利用机械提升重物时,做的功中对人们需要的,有价值的功。

折叠 总功

定义:人们使用机械实际用的力与这一力在机械上的作用点移动距离的乘积,即W总=Fs.总功总功

折叠 额外功

定义:人们利用机械提升重物时所做的功中,用来克服摩擦阻力和机械自重而做的功(不想做而又不得不做的功)。W额=W总-w有用

折叠 机械效率

定义:有用功跟总功的比值叫机械效率。用η表示:η=w有用/w总功×100%。

在物理学中,所有的能量效率都等于"有用的能量"/"总的能量"×100%

现实生活中机械效率η永远小于1,η的大小标志着一台机械性能的好坏。

折叠 编辑本段 功的概念与论证

许多人这么认为:

100牛顿力推动物体匀速直线前行100米,做功10000焦耳。

然后我们用物理学知识来解答:

我们知道牛顿第二定律:

因为物体做匀速直线运动,可以判断出牵引力和阻力平衡,外合力F=0

我们知道动能定律:

W = △E

= E'-E

= mv'^2/2-mv^2/2

物体运动状态不变,前后速度不变,

v=v'

W=0

所以,100牛顿力推动物体沿直线匀速前行100米,合外力做功为0,但牵引力做功10000J,阻力做功10000J

所以许多课本以及科学书籍的问题出在定义不清,许多老师都忽略了这个问题。W=Fs中求解力的功时,需指明是哪个力的功。

上面提出的问题有了答案,任何物体做匀速直线运动时,外合力为零。而如果只讨论牵引力做的功,那10000焦耳则没有问题

折叠 编辑本段 没有做功的情况

这个问题同样出在其他方面,许多问题片面强调一个力,而忽略了合力的概念。比如说某人用3N的力举鸡蛋,合外力等于托力减鸡蛋的重力。但它们没有给出鸡蛋的重力,将托力与上举距离的乘积直接作为答案。这是错误的,况且错的不小,因为当重力为3N的话,鸡蛋做匀速直线运动,合外力就没做功。

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