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物理學中的機械功是什麼?概念、特性和計算公式、存在類型和範例

2025-07-13自然科學12

我們解釋了物理學中的機械功是什麼,它的特性和計算它的公式。此外,存在哪些類型和範例。

物理學中的機械功是什麼?概念、特性和計算公式、存在類型和範例

機械功是通過力傳遞到物體的能量。

什麼是機械工作?

在物理,更具體地說,在分支的力學被理解為機械工作(或簡稱工作) 一個作強度在靜止的身體上或運動,因此它會生成一個位移在體內與能源投資於推動它的力量。換句話說,機械功是通過作用在物體上的力傳遞到物體的能量。

機械工作是一種大小標量,通常以國際體系(SI) 通過焦耳或焦耳 (J) 表示,並由字母 W (功) 表示。此外,我們通常根據力是將能量傳遞到物體(正功)還是減去能量(負功)來談論正功或負功。因此,例如,扔球的人做正事,而救球的人做消極的工作。

另請參閱:機械功率

機械工作的特點

機械工作的特點是:

  • 它是一個標量星等,通過焦耳(即千克/平方米除以秒的平方)來測量,用字母 W 表示。

  • 它直接取決於引起它的力,因此為了在物體中產生機械功,必須沿確定的軌跡施加機械力。

  • 在日常用語中,術語「功」用於定義其性能消耗大量能量的機械活動。

  • 的轉移熱 (熱能) 不被視為一種工作形式,即使它由能量轉移組成。

機械功公式

計算受力移動的物體的功的最簡單公式通常如下:

W = F x d

其中 W 是所做功,F 是作用在身體上的力,D 是身體承受的位移的距離。

但是,力和距離通常被認為是向量,它們在空間中需要一定的方向。因此,上述公式可以重新表述以包含此類指導,如下所示:

W = F x d x cosα

其中alpha的餘弦 (cosα) 確定由施加力的方向形成的角度以及物體因此移動的方向。

機械工作類型

物理學中的機械功是什麼?概念、特性和計算公式、存在類型和範例

當施加的力抵抗物體帶來的運動時,就會發生負功。

機械功可以分為三種類型,具體取決於是添加、減去還是保持運動體中的能量水準。因此,我們可以談論:

  • 積極工作 (W > 0)。當力向相關物體提供能量時,就會發生這種情況,從而在施加力的相同方向上產生位移。這方面的一個例子是高爾夫球手用他的球杆擊球並使其飛過幾米,或者棒球運動員在運動中擊球,改變它所攜帶的軌跡。

  • 零功 (W = 0)。當施加的力不會在物體中產生任何位移時,即使它在此過程中消耗能量,也會發生這種情況。這方面的一個例子是,一個人推著一件非常重的傢俱,卻沒有設法讓它移動哪怕一毫米。

  • 負功 (W < 0)。當施加的力從相關物體中減去能量,抵抗物體已經帶來的運動或減少其位移時,就會發生這種情況。這方面的一個例子是,一名棒球運動員撲救了另一個人扔出的球,阻止他繼續他的軌跡;或者一個人站在一個從山上掉下來的物體前,雖然他沒有設法完全阻止它,但他設法減緩了它的墜落。

機械工作示例

機械工作的一些示例是:

  • 在一場足球比賽中,裁判主罰點球,萊昂內爾·梅西以 500N 的力將球踢向球門方向,使其在不接觸地面的情況下移動約 15 米。你做了多少工作來打進那個進球?

答案:應用公式 W = F x d,我們有梅西做了 500N x 15m 的工作,即相當於 7500 J 的工作。

  • 一列火車全速向南行駛,直奔卡在鐵軌上的汽車。一個超級英雄意識到危險,決定站在機車前面,放慢它的前進速度。考慮到火車帶來了 20,000 N 的力,超級英雄刀槍不入,而且機車距離被困的汽車 700 米,超級英雄需要做多少工作才能阻止它?

答:由於制動機車在相反方向上至少需要 20,000 N,而超級英雄想在機車和被困汽車之間留出至少 2 米的餘量,我們知道他將不得不施加一個等於 20,000 N x 698 m 的功,即 13,960,000 J 的負功。

繼續:物理學中的強大功能

標籤: 物理

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