Что такое работа физика 7 класс
Все формулы по физике за 7 класс
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
Шпаргалки по физике за 7 класс
В рамках одной статьи сложно охватить весь курс по физике, но мы осветили основные темы за 7 класс и этого достаточно, чтобы освежить знания в памяти. Скачайте и распечатайте обе шпаргалки — одна из них (подробная) пригодится для вдумчивой подготовки к ОГЭ и ЕГЭ, а вторая (краткая) послужит для решения задач.
Для тех, кто находится на домашнем обучении или вынужден самостоятельно изучать материал ввиду пропусков по болезни, рекомендуем также учебник по физике А. В. Перышкина с формулами за 7 класс и легкими, доступными пояснениями по всем темам. Он был написан несколько десятилетий назад, но до сих пор очень популярен и востребован.
Измерение физических величин
Измерением называют определение с помощью инструментов и технических средств числового значения физической величины.
Результат измерения сравнивают с неким эталоном, принятым за единицу. В итоге значением физической величины считается полученное число с указанием единиц измерения.
В курсе по физике за 7 класс изучают правила измерений с использованием приборов со шкалой. Если цена деления шкалы неизвестна, узнать ее можно с помощью следующей формулы:
ЦД = (max − min) / n, где ЦД — цена деления, max — максимальное значение шкалы, min — минимальное значение шкалы, n — количество делений между ними.
Вместо максимального и минимального можно взять любые другие значения шкалы, числовое выражение которых нам известно.
Выделяют прямое и косвенное измерение:
при прямом измерении результат можно увидеть непосредственно на шкале инструмента;
при косвенном измерении значение величины вычисляется через другую величину (например, среднюю скорость определяют на основе нескольких замеров скорости).
Для удобства и стандартизации измерений в 1963 году была принята Международная система единиц СИ. Она регламентирует, какие единицы измерения считать основными и использовать для формул. Обозначения этих единиц также учат в программе по физике за 7 класс.
Механическое движение: формулы за 7 класс
Механическое движение — перемещение тела в пространстве, в результате которого оно меняет свое положение относительно других тел. Закономерности такого движения изучают в рамках механики и конкретно ее раздела — кинематики.
Для того, чтобы описать движение, требуется тело отсчета, система координат, а также инструмент для измерения времени. Это составляющие системы отсчета.
Изучение механического движения в курсе по физике за 7 класс включает следующие термины:
Перемещение тела — вектор, проведенный из начальной точки в конечную.
Траектория движения — мысленная линия, вдоль которой перемещается тело.
Путь — длина траектории тела от начальной до конечной точки.
Скорость — быстрота перемещения тела или отношение пройденного им пути ко времени прохождения.
Ускорение — быстрота изменения скорости, с которой движется тело.
Равномерное прямолинейное движение означает, что тело движется вдоль прямой с одинаковой скоростью. В таком случае перемещение тела и его путь будут равны.
Формула скорости равномерного прямолинейного движения:
V = S / t, где S — путь тела, t — время, за которое этот путь пройден.
Формула скорости равномерного криволинейного движения:
где S1 и S2 — отрезки пути, а t1 и t2 — время, за которое был пройден каждый из них.
Единица измерения скорости в СИ: метр в секунду (м/с).
Формула скорости равноускоренного движения:
V = V0 + at, где V0— начальная скорость, а — ускорение.
Сила тяжести, вес, масса, плотность
Формулы, понятия и определения, описывающие эти физические характеристики, изучают в 7 классе в рамках такого раздела физики, как динамика.
Вес тела или вещества — это векторная величина, которая характеризует, с какой силой оно действует на горизонтальную поверхность или вертикальный подвес. Не следует путать эту величину с массой, которая является скалярной величиной.
Вес тела измеряется в ньютонах, масса тела — в граммах и килограммах.
Формула веса:
P = mg, где m — масса тела, g — ускорение свободного падения.
Ускорение свободного падения возникает под действием силы тяжести, которой подвержены все находящиеся на нашей планете тела.
g = 9,806 65 м/с 2 или 9,8 Н/кг
Если тело находится в покое или в прямолинейном равномерном движении, его вес равен силе тяжести.
Но эти понятия нельзя отождествлять: сила тяжести действует на тело ввиду наличия гравитации, в то время как вес — это сила, с которой само тело действует на поверхность.
Формула плотности:
ρ = m / V, где m — масса тела или вещества, V — занимаемый объем.
Механический рычаг, момент силы
О механическом рычаге говорил еще Архимед, когда обещал перевернуть Землю, если только найдется подходящая точка опоры. Это простой механизм, который помогает поднимать грузы, закрепленные на одном его конце, прилагая силу к другому концу. При этом вес груза намного превосходит прилагаемое усилие. В 7 классе физические формулы, описывающие этот процесс, изучаются в том же разделе динамики.
Рычаг — это некое твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной точки опоры, на один конец которого действует сила, а на другом находится груз.
Перпендикуляр, проведенный от точки опоры до линии действия силы, называется плечом силы.
Рычаг находится в равновесии, если произведение силы на плечо с одной его стороны равно произведению силы на плечо с другой стороны.
Уравнение равновесия рычага:
Из этого следует, что рычаг уравновешен, когда модули приложенных к его концам сил обратно пропорциональны плечам этих сил.
Момент силы — это векторная величина, числовую характеристику которой можно описать как произведение модуля силы на плечо.
M = F × l, где F — модуль силы, l — длина плеча.
Единица измерения момента силы в СИ: ньютон-метр (Н·м).
Эта формула верна, если сила приложена перпендикулярно оси рычага. Если же она прилагается под углом, такой случай выходит за рамки курса физики за 7 класс и подробно изучается в 9 классе.
Правило моментов: рычаг уравновешен, если сумма всех моментов сил, которые поворачивают его по часовой стрелке, равна сумме всех моментов сил, которые поворачивают его в обратном направлении.
Можно сказать иначе: рычаг в равновесии, если сумма моментов всех приложенных к нему сил относительно любой оси равна нулю.
Давление, сила давления
Прилагая одну и ту же силу к предмету, можно получить разный результат в зависимости от того, на какую площадь эта сила распределена. Объясняют этот феномен в программе 7 класса физические термины «давление» и «сила давления».
Давление — это величина, равная отношению силы, действующей на поверхность, к площади этой поверхности.
Сила давления направлена перпендикулярно поверхности.
Формула давления:
p = F / S, где F — модуль силы, S — площадь поверхности.
Единица измерения давления в СИ: паскаль (Па).
Понятно, что при одной и той же силе воздействия более высокое давление испытает та поверхность, площадь которой меньше.
Формулу для расчета силы давления вывести несложно:
В задачах по физике за 7 класс сила давления, как правило, равна весу тела.
Давление газов и жидкостей
Жидкости и газы, заполняющие сосуд, давят на его стенки. Это давление зависит от высоты столба данного вещества и от его плотности.
Формула гидростатического давления:
р = ρ × g × h, где ρ — плотность вещества, g — сила тяжести, h — высота столба.
Единица измерения давления жидкости или газа в СИ: паскаль (Па).
Однородная жидкость или газ давит на стенки сосуда равномерно, поскольку это давление создают хаотично движущиеся молекулы. И внешнее давление, оказываемое на вещество, тоже равномерно распределяется по всему его объему.
Закон Паскаля: давление, производимое на поверхность жидкого или газообразного вещества, одинаково передается в любую его точку независимо от направления.
Внешнее давление, оказываемое на жидкость или газ, рассчитывается по формуле:
p = F / S, где F — модуль силы, S — площадь поверхности.
Сообщающиеся сосуды
Сообщающимися называются сосуды, которые имеют общее дно либо соединены трубкой. Уровень однородной жидкости в таких сосудах всегда одинаков, независимо от их формы и сечения.
p — плотность жидкости,
h — высота столба жидкости,
Если жидкость в сообщающихся сосудах неоднородна, т. е. имеет разную плотность, высота столба в сосуде с более плотной жидкостью будет пропорционально меньше.
Высоты столбов жидкостей с разной плотностью обратно пропорциональны плотностям.
Гидравлический пресс — это механизм, созданный на основе сообщающихся сосудов разных сечений, заполненных однородной жидкостью. Такое устройство позволяет получить выигрыш в силе для оказания статического давления на детали (сжатия, зажимания и т. д.).
Если под поршнем 1 образуется давление p1 = f1/s1, а под поршнем 2 будет давление p2 = f2/s2, то, согласно закону Паскаля, p1 = p2
Силы, действующие на поршни гидравлического пресса F1 и F2, прямо пропорциональны площадям этих поршней S1 и S2.
Другими словами, сила поршня 1 больше силы поршня 2 во столько раз, во сколько его площадь больше площади поршня 2. Это позволяет уравновесить в гидравлической машине с помощью малой силы многократно бóльшую силу.
Закон Архимеда
Сила выталкивания тела, погруженного в жидкость или газ, равна весу данной жидкости или газа в таком же объеме, как у этого тела.
Формула архимедовой силы:
Закон Архимеда помогает рассчитать, как поведет себя тело при погружении в среды разной плотности. Верны следующие утверждения:
если плотность тела выше плотности среды, оно уйдет на дно;
если плотность тела ниже, оно всплывет на поверхность.
Другими словами, тело поднимется на поверхность, если архимедова сила больше силы тяжести.
Работа, энергия, мощность
Механическая работа — это скалярная величина, которая равна произведению перемещения тела на модуль силы, под действием которой было выполнено перемещение. Подразумевается, что перемещение произошло в том же направлении, в котором действует сила.
Формула работы в курсе физики за 7 класс:
A = F × S, где F — действующая сила, S — пройденный телом путь.
Единица измерения работы в СИ: джоуль (Дж).
Такое понятие, как мощность, описывает скорость выполнения механической работы. Оно говорит о том, какая работа была совершена в единицу времени.
Мощность — это скалярная величина, равная отношению работы к временному промежутку, потребовавшемуся для ее выполнения.
Формула мощности:
N = A / t, где A — работа, t — время ее совершения.
Также мощность можно вычислить, зная силу, воздействующую на тело, и среднюю скорость перемещения этого тела.
N = F × v, где F — сила, v — средняя скорость тела.
Единица измерения мощности в СИ: ватт (Вт).
Тело может совершить какую-либо работу, если оно обладает энергией — кинетической и/или потенциальной.
Кинетической называют энергию движения тела. Она говорит о том, какую работу нужно совершить, чтобы придать телу определенную скорость.
Потенциальной называется энергия взаимодействия тела с другими телами или взаимодействия между частями одного целого. Потенциальная энергия тела, поднятого над Землей, характеризует, какую работу должна совершить сила тяжести, чтобы опустить это тело снова на нулевой уровень.
Таблица с формулами по физике за 7 класс для вычисления кинетической и потенциальной энергии:
Кинетическая энергия
Пропорциональна массе тела и квадрату его скорости.
Потенциальная энергия
Равна произведению массы тела, поднятого над Землей, на ускорение свободного падения и высоту поднимания.
Полная механическая энергия
Складывается из кинетической и потенциальной энергии.
Сохранение и превращение энергии
Если механическая энергия не переходит в другие формы, то сумма потенциальной энергии и кинетической представляет собой константу.
Для того, чтобы понять, какая часть совершенной работы была полезной, вычисляют коэффициент полезного действия или КПД. С его помощью определяется эффективность различных механизмов, инструментов и т. д.
Коэффициент полезного действия (КПД) отражает полезную часть выполненной работы. Также его можно выразить через отношение полезно использованной энергии к общему количеству полученной энергии.
Формула для расчета КПД:
где Ап— полезная работа, Аз— затраченная работа.
КПД выражается в процентах и составляет всегда меньше 100%, поскольку часть энергии затрачивается на трение, повышение температуры воздуха и окружающих тел, преодоление силы тяжести и т. д.
Работа
Урок 35. Физика 7 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Работа»
«…Работа — это моя жизненная функция.
Когда я не работаю, то не ощущаю
в себе никакой жизни…»
В этой теме речь пойдет о «механической работе».
В повседневной жизни слово «работа» употребляется в различных смыслах. Например, написав домашнее сочинение или решив трудные задачи по физике, ученик чувствует усталость и с гордостью за самого себя говорит: «Сегодня я сделал такую большую работу!». Но, с точки зрения физики, никакой работы ученик не совершили. Так что же такое работа?
Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо вспомнить некоторые определения и понятия, которые изучались ранее. В одной из прошлых тем говорилось о том, что количественной характеристикой меры взаимодействия тел является сила. Под действием силы, тело может либо изменить свою скорость, либо деформироваться. А результат действия силы на тело зависит от ее модуля, направления и точки приложения.
Для того чтобы оценить то, что совершила сила, действуя на движущееся тело, в физике вводится понятие «работа».
Посмотрим внимательно на рисунки. Есть ли что-то общее в результатах действия сил у всех тел, изображенных на рисунке? Действующие сила тяжести, сила давления пороховых газов и сила тяги вызывают увеличение скорости тела.
Но сила, действующая на движущееся тело, может и уменьшать его скорость. Например, если мы подбросим вверх мячик, то сила тяжести будет уменьшать скорость его движения. Или, например, сила трения также уменьшает скорость движения автомобиля, при его торможении.
Так вот, в тех случаях, когда сила изменяет значение скорости движения тела, говорят, что сила совершает механическую работу. Работа является физической величиной.
По какой формуле можно рассчитать работу? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим разгон любого транспортного средства, например, велосипеда, автомобиля или ракеты. Во всех случаях изменение скорости тел, а значит, и работа, совершаемая при разгоне, зависит от значения действующей силы (в нашем случае силы, разгоняющей транспортное средство) и от пройденного пути. Чем больше сила и путь, тем большая совершается работа.
Таким образом, механическую работу – физическая величина, пропорциональная действующей на тело силе и пройденному под действием этой силы пути.
Обозначается работа большой латинской буквой «А». Тогда, если направление действия силы совпадает с направлением движения тела, то работа равна произведению силы и пройденного под действием этой силы пути.
Единицей работы в СИ является 1 джоуль (Дж). Названа она в честь известного английского физика Джеймса Прескотта Джоуля.
1 джоуль — это работа, которую совершает сила 1 Н на пути 1 м.
Для измерения большой работы используются кратные джоулю единицы:
В случае малой работы применяются дольные единицы:
и 1 мкДж = 0,000001 Дж.
Из формулы для работы видно, что, если есть силы, но нет движения, то нет и работы.
Известно, что приложенная к движущемуся телу сила не всегда увеличивает скорость его движения. Так, при подъеме вверх брошенного мяча сила тяжести замедляет скорость его движения. Аналогично при спуске санок с горы — сила трения уменьшает скорость движения санок на горизонтальном участке пути. Поэтому, работу силы тяжести или трения, выполненную в этих и других подобных случаях, считают отрицательной. Если же направление силы, действующей на тело, перпендикулярно направлению движения тела, то эта сила работы не совершает, т.е. работа этой силы равна нулю.
Задача 1. Требуется определить, какую работу совершает сила в 3 кН, разгоняющая тело на пути в 40 см?
Задача 2. При вертикальном подъеме ракеты массой 100 кг на некоторую высоту силой тяги, равной 1,5 кН, была совершена работа в 150 кДж. Определите, на какую высоту поднялась ракета? Какую работу совершили за это время сила тяжести и равнодействующая сил, приложенных к ракете. Изменением массы ракеты можно пренебречь.
Задача 3. Подъемный кран равномерно поднимает с земли мешки с цементом общей массой 500 кг на один из этажей строящегося здания. Сила упругости троса при этом совершает работу в 100000 Дж. Определите, на какой этаж был поднят цемент, если высота одного этажа составляет 4 метра. Чему равна работа равнодействующей сил, приложенных к мешкам?
– Механическая работа — это физическая величина, пропорциональная приложенной к телу силе и пройденному телом пути.
– Единица работы в СИ — джоуль.
– 1 джоуль — эта работа, совершаемая силой 1 Н на пути, равном 1 м.
– механическая работа характеризует результат действия на тело силы на пройденном им пути.
– При отсутствии движения тела силы, действующие на тело, не совершают работы.
Механическая работа – это одна из основных скалярных величин в физике. В рамках стандартной школьной программы она изучается в седьмом классе в разделе механики. Механическая работа – один из способов изменения внутренней энергии тела или субстанции (например, газа или жидкости) наряду с такими формами теплопередачи, как теплопроводность, конвекция и излучение, которые изучаются в разделе тепловых явлений.
Что такое работа в физике – определение и формула
Механическая работа – это количество энергии, которое нужно затратить для того, чтобы тело начало равномерно замедляющееся движение и прошло некоторую дистанцию.
В физике механической работой называется произведение силы, которая действует на некоторое тело, на расстояние, которое оно проходит под ее воздействием:
В более сложных случаях в формуле появляется и третья величина – косинус угла, под которым друг к другу расположены векторы движения и приложенной силы. Найти ее значение можно по формуле:
В чем измеряется работа
Физические единицы, в которых выражается механическая работа, – Джоули.
Существуют разные способы для ее практического измерения, которые зависят от типа произведенного движения. При этом в формулу работы подставляют значение силы в Ньютонах и расстояния в метрах. Угол между векторами измеряют в математических единицах – градусах.
Работа силы трения
При условиях, существующих на Земле, на любое движущееся тело оказывает воздействие сила трения, замедляющая его движение. Чаще всего это трение поверхности, по которой движется объект. Это очевидно из того факта, что при воздействии постоянной силы на тело его скорость окажется переменной.
Следовательно, должна быть и другая сила, противодействующая ей – и это сила трения. Если система координат выбрана по направлению движения тела, то ее числовое значение будет отрицательным.
Положительная и отрицательная работа
Числовое значение работы, которую совершает сила, может становиться отрицательным в случае если ее вектор противоположен вектору скорости.
Иными словами, сила может не только придавать телу скорость для совершения движения, но и препятствовать уже совершаемому перемещению. В таком случае она будет называться противодействующей.
Полезная или затраченная работа
У тела, совершающего одно и то же действие, есть два значения работы. Первая из них, полезная, вычисляется по обычной формуле.
Вторая, затраченная, по своему понятию не имеет общей формулы для вычисления и измеряется практически. Эта разница между совершенной в реальности работой и той, которая должна была быть совершена в теории, равна коэффициенту полезного действия – КПД. Он вычисляется так:
КПД = А полезная / А затраченная,
и выражается в процентах. КПД всегда меньше 100.
Мощность
Среднее количество работы, совершаемой за единицу времени (секунду), характеризует такую величину, как мощность. Формула для ее вычисления выглядит так:
В качестве работы можно подставить люблю известную формулу для ее вычисления в зависимости от ситуации. Ответ будет выражен в Ваттах.
Однако при равномерном движении можно использовать и другую формулу:
Подставив вместо обычной скорости мгновенную, можно получить значение мгновенной мощности.
Примеры решения задач
Рассмотрим несколько простых задач на нахождение механической работы.
Задача 1
Какую работу совершает подъемный механизм, поднимающий десятикилограммовый блок на высоту 50 метров.
Для того, чтобы поднять тело, необходимо преодолеть действующую на него силу тяжести. То есть F, с которой поднимают блок, равна той, с которой он притягивается к земле. Так как последняя равна m * g, то для нахождения конечного результата понадобится только одна измененная версия стандартной формулы, упомянутой выше: A = S * m * g.
При помощи простой математики найдем числовой ответ:
A = 50 м * 10 кг * 10 Н/кг;
Впрочем, не всегда речь идет о силе тяжести.
Задача 2
Какая работа совершается силой упругости, когда пружина с жесткостью 10 Н/м, сжатая на 20 см, возвращается в исходное состояние? Система замкнута, нет никаких внешних сил, воздействующих на пружину.
Для начала нужно найти саму F упругости, которая совершает работу. Ее формула – F = x * |k|, где x – это длина, на которую сжимается или растягивается пружина, а k – коэффициент ее жесткости. Перемещение пружины равно ее деформации, и следовательно, конечная формула в этом случае будет выглядеть так: A = S * x * k = x * x * k = x^2 * k.
Далее при помощи элементарных вычислений рассчитаем ответ:
A = (0,2 м)^2 * 10 Н/м = 0,04 * 10 = 0,4 Дж.
Но во всех задачах по данной теме траектория движения тела прямая.
Задача 3
Рассчитайте, какова сила, действующая на колесо, если на то, чтобы совершить полный оборот, ему требуется 10 кДж. Диаметр диска равен 40 см, а толщина шины – 10 см.
В этом случае нам нужно найти не А, а F, но сделать это можно при помощи все той же формулы. Возьмем точку на поверхности колеса. Предположим, что при вращательном движении ее вектор будет противоположен вектору приложения силы, а значит косинусом в формуле вновь можно пренебречь. Таким образом, за один оборот колеса точка пройдет расстояние, равное длине окружности, которую можно вычислить как 2πr или πd. Диаметр окружности можно найти из предоставленных данных: он равен сумме диаметра диска и удвоенной толщины шины, то есть 40 см + 2 * 10 см = 40 см + 20 см = 60 см = 0,6 м.
Теперь, когда мы можем вычислить расстояние, у нас есть все данные для того, чтобы приступить к нахождению силы.
Формула работы для этого случая будет такой: A = F * π * d, то силу, соответственно, можно будет выразить как F = A / (π * d).
F = 10 кДж / (3,14 * 0,6 м) = 10000 Дж / 1,884 м =
В завершение решим самый сложный вариант задачи, включающий в себя все, о чем говорилось выше.
Задача 4
Автомобиль Фольксваген весом 2500 кг заезжает на гору. Какова должна быть его минимальная скорость, чтобы удержаться на горе, если сила тяги равна 10 кН, время работы двигателя – 10 с, КПД – 30%, а угол наклона горы – 60 градусов. Трением и прочими силами пренебречь.
На первый взгляд задача может показаться сложной, но для ее решения используются только простые известные формулы.
Запишем условие в более наглядном виде.
угол A = 150 0 (60+90, т. к. сила тяжести приложена под углом 90 к горизонтали);
Шаг 1. По условию A1 (силы тяжести) = А2 (тяги).
То есть mg = P * t / КПД.
Шаг 2. P = F * V * cosA.
Шаг 3. Общая формула: mg = F * V * cosA * t / КПД.
V = (m * g * КПД) / (F * t * cosA).
V = (2500 кг * 10 Н/кг * 30%) / (10000 H * 10 с * cos150);
V = (2500 кг * 10 Н/кг * 0,3) / (10000 H * 10 с * cos60);