Comment calculer le travail?

En physique, le «travail» a une définition différente de celle du langage courant. Plus précisément, le terme «travail» est utilisé lorsqu'une force physique fait bouger un objet. En général, si une force puissante fait qu'un objet se déplace très loin, beaucoup de travail est effectué, et si la force est faible ou si l'objet ne se déplace pas très loin, seul un petit travail est effectué. La force peut être calculée avec la formule Travail = F × D × cosinus (θ), où F = force (en newtons), D = déplacement (en mètres) et θ = l'angle entre le vecteur de force et la direction du mouvement.

Partie 1 sur 3: trouver du travail dans une dimension

1
Trouvez la direction du vecteur de force et la direction du mouvement. Pour commencer, il est important d'être capable d'identifier à la fois la direction dans laquelle l'objet se déplace et la direction à partir de laquelle la force est appliquée. Gardez à l'esprit que les objets ne bougent pas toujours en fonction de la force qui leur est appliquée - par exemple, si vous tirez un petit chariot par sa poignée, vous appliquez une force diagonale (en supposant que vous êtes plus grand que le chariot) pour vous déplacer il avance. Dans cette section, cependant, nous allons faire face à des situations où la force et le déplacement de l'objet do ont la même direction. Pour plus d'informations sur la façon de trouver le travail lorsque ces choses n'ont pas la même direction, voir ci-dessous.
- Pour rendre ce processus facile à comprendre, suivons un exemple de problème. Supposons qu'une voiture de petit train soit tirée directement vers l'avant par le train qui la précède. Dans ce cas, le vecteur de force et la direction du mouvement du train pointent vers l'avant de la même manière. Dans les prochaines étapes, nous utiliserons ces informations pour nous aider à trouver le travail effectué sur l'objet.
2
Trouvez le déplacement de votre objet. La première variable dont nous avons besoin pour la formule de travail, D, ou déplacement, est généralement facile à trouver. Le déplacement est simplement la distance à laquelle la force a amené l'objet à se déplacer de sa position de départ. Dans les problèmes académiques, cette information est généralement donnée ou peut être déduite d'autres informations dans le problème. Dans le monde réel, tout ce que vous avez à faire pour trouver un déplacement est de mesurer la distance parcourue par l'objet.
- Notez que les mesures de distance doivent être en mètres pour la formule de travail.
- Dans notre exemple de train jouet, disons que nous trouvons le travail effectué sur le train alors qu'il se déplace le long de la voie. S'il commence à un certain point et se termine à un endroit situé à environ 2 mètres (6,6 pieds) de la piste, nous pouvons utiliser 2 mètres (6,6 pieds) pour notre valeur "D" dans la formule.
3
Trouvez la force sur l'objet. Ensuite, trouvez l'amplitude de la force utilisée pour déplacer l'objet. C'est une mesure de la "force" de la force - plus sa magnitude est grande, plus elle pousse l'objet fort et plus elle accélère rapidement. Si l'amplitude de la force n'est pas fournie, elle peut être dérivée de la masse et de l'accélération du mouvement (en supposant qu'il n'y a pas d'autres forces contradictoires agissant sur elle) avec la formule F = M × A.
- Notez que les mesures de force doivent être en newtons pour la formule de travail.
- Dans notre exemple, disons que nous ne connaissons pas l'amplitude de la force. Cependant, disons que nous ne savons que le train de jouet a une masse de 0,5 kg et que la force est à l' origine d'accélérer à une vitesse de 0,7 mètres / seconde ². Dans ce cas, nous pouvons trouver la magnitude en multipliant M × A = 0,5 × 0,7 = 0,35 newtons.
4
Multipliez la force × la distance. Une fois que vous connaissez l'ampleur de la force agissant sur votre objet et la distance sur laquelle il a été déplacé, le reste est facile. Multipliez simplement ces deux valeurs l'une par l'autre pour obtenir votre valeur pour le travail.
- Il est temps de résoudre notre exemple de problème. Avec une valeur de force de 0,35 Newtons et une valeur de déplacement de 2 mètres (6,6 ft), notre réponse est à un seul problème de multiplication: 0,35 × 2 = 0,7 joules.
- Vous avez peut-être remarqué que, dans la formule fournie dans l'intro, il y a un élément supplémentaire à la formule: Cosinus(θ). Comme discuté ci-dessus, dans cet exemple, la force et la direction du mouvement sont dans la même direction. Cela signifie que l'angle entre eux est de 0 ^o. Puisque Cosinus (0) = 1, nous n'avons pas besoin de l'inclure - nous multiplions simplement par 1.
5
Étiquetez votre réponse en joules. En physique, les valeurs pour le travail (et plusieurs autres quantités) sont presque toujours données dans une unité de mesure appelée joules. Un joule est défini comme un newton de force exercée sur un mètre, ou, en d'autres termes, un newton × mètre. Cela a du sens - puisque vous multipliez la distance par la force, il est logique que la réponse que vous obtenez ait une unité de mesure égale à la multiplication des unités de vos quantités de force et de distance.
- Notez que les joules ont également une définition alternative - un watt de puissance rayonnée sur une seconde. Voir ci-dessous pour une discussion plus détaillée du pouvoir et de sa relation avec le travail.

Comment calculer le travail si je connais le poids et la vitesse?

Partie 2 sur 3: trouver du travail avec une force angulaire

1
Trouvez la force et le déplacement normalement. Ci-dessus, nous avons traité des problèmes de travail dans lesquels l'objet se déplace dans la même direction que la force qui lui est appliquée. En réalité, ce n'est pas toujours le cas. Dans les cas où la force et le mouvement de l'objet sont dans deux directions différentes, la différence entre ces deux directions doit également être prise en compte dans l'équation pour un résultat précis. Pour commencer, trouvez l'amplitude de la force et le déplacement de l'objet comme vous le feriez normalement.
- Regardons un autre exemple de problème. Dans ce cas, disons que nous tirons un train jouet vers l'avant comme dans l'exemple de problème ci-dessus, mais que cette fois nous tirons en fait vers le haut selon un angle diagonal. Dans l'étape suivante, nous en tiendrons compte, mais pour l'instant, nous nous en tiendrons à l'essentiel: le déplacement du train et l'ampleur de la force agissant sur lui. Pour nos besoins, disons que la force a une magnitude de 10 newtons et qu'elle s'est déplacée des mêmes 2 mètres (6,6 pieds) vers l'avant qu'avant.
2
Trouvez l'angle entre le vecteur de force et le déplacement. Contrairement aux exemples ci-dessus, avec une force qui est dans une direction différente du mouvement de l'objet, il est nécessaire de trouver la différence entre ces deux directions sous la forme de l'angle entre elles. Si cette information ne vous est pas fournie, vous devrez peut-être la mesurer vous-même ou la déduire d'autres informations dans le problème.
- Dans notre exemple de problème, disons que la force est appliquée à environ 60 ^o au-dessus de l'horizontale. Si le train avance toujours directement (c'est-à-dire horizontalement), l'angle entre le vecteur de force et le mouvement du train est de 60 ^o.
3
Multipliez la force × la distance × le cosinus (θ). Une fois que vous connaissez le déplacement de l'objet, l'amplitude de la force agissant sur lui et l'angle entre le vecteur de force et son mouvement, la résolution est presque aussi simple qu'elle ne l'est sans avoir à prendre en compte l'angle. Prenez simplement le cosinus de l'angle (cela peut nécessiter une calculatrice scientifique) et multipliez-le par la force et le déplacement pour trouver votre réponse en joules.
- Résolvons notre exemple de problème. À l'aide d'une calculatrice, nous trouvons que le cosinus de 60 ^o est de 0,5. En branchant cela dans la formule, nous pouvons résoudre comme suit: 10 newtons × 2 mètres (6,6 pieds) × 0,5 = 10 joules.

Comment calculer le travail si seuls le poids et le déplacement sont indiqués?

Partie 3 sur 3: utiliser une valeur de travail

1
Inversez la formule pour résoudre la distance, la force ou votre angle. La formule de travail fournie ci-dessus n'est pas seulement utile pour trouver du travail - elle est également utile pour trouver l'une des variables de l'équation lorsque vous connaissez déjà votre valeur pour le travail. Dans ces cas, isolez simplement la variable que vous recherchez et résolvez selon les règles algébriques de base.
- Par exemple, disons que nous savons que notre train est tiré avec 20 newtons de force à un angle diagonal sur 5 mètres (16,4 pieds) de voie pour effectuer 86,6 joules de travail. Cependant, nous ne connaissons pas l'angle du vecteur de force. Pour résoudre l'angle, nous allons simplement isoler cette variable et résoudre comme suit:
  
  86,6 = 20 × 5 × Cosinus (θ)
  
  86600 = Cosinus (θ)
  
  Arccos (0,866) = = 30 ^o
2
Divisez par le temps passé en mouvement pour trouver le pouvoir. En physique, le travail est étroitement lié à un autre type de mesure appelé «puissance». La puissance est simplement un moyen de quantifier la vitesse à laquelle le travail est dépensé dans un certain système au fil du temps. Ainsi, pour trouver de la puissance, il suffit de diviser le travail utilisé pour déplacer un objet par le temps qu'il faut pour terminer le déplacement. Les mesures de puissance sont étiquetées avec les watts unitaires (qui sont égaux aux joules par seconde).
- Par exemple, pour l'exemple de problème de l'étape ci-dessus, disons qu'il a fallu 12 secondes au train pour se déplacer de 5 mètres (16,4 pieds). Dans ce cas, il suffit de diviser le travail effectué pour le déplacer de 5 mètres (86,6 joules) par 12 secondes pour trouver notre réponse pour la puissance: 86,62 = ' 7,22 watts.
3
Utilisez la formule tme _i + w _nc = tme _f pour trouver l'énergie mécanique dans un système. Le travail peut également être utilisé pour trouver l'énergie contenue dans un système. Dans la formule ci-dessus, TME _i = l' énergie mécanique totale initiale dans le système, TME _f = l' énergie mécanique totale finale dans le système, et W _nc = le travail effectué sur le système en raison de forces non conservatrices. Dans cette formule, si la force pousse avec la direction du mouvement, elle est positive, et si elle pousse contre elle, elle est négative. Notez que les deux variables énergétiques peuvent être trouvées avec la formule (0,5)mv ² où m = masse et v = volume.
- Par exemple, pour l'exemple de problème dans les deux étapes ci-dessus, disons que le train avait initialement une énergie mécanique totale de 100 joules. Puisque la force du problème tire le train dans la direction où il se déplace déjà, c'est positif. Dans ce cas, l'énergie finale du train est TME _i + W _nc = 100 + 86,6 = 186,6 joules.
- Notez que les forces non conservatrices sont des forces dont le pouvoir d'affecter l'accélération d'un objet dépend du chemin emprunté par l'objet. La friction est un bon exemple - un objet poussé sur un chemin court et direct ressentira les effets de la friction pendant un court instant, tandis qu'un objet poussé sur un long chemin sinueux jusqu'au même emplacement final ressentira plus de friction dans l'ensemble.

Comment calculer le travail effectué si je connais le temps, la vitesse, la taille et le poids?

Conseils

Si vous réussissez à résoudre un problème, souriez et félicitez-vous!
Résolvez autant de problèmes que possible, cela garantira une compréhension approfondie.
Continuez à vous entraîner et réessayez si vous ne réussissez pas au début.
Apprenez les points suivants sur le travail:
- Le travail effectué par une force peut être positif ou négatif. (En ce sens, les termes positifs ou négatifs portent leur sens mathématique, pas le sens courant.)
- Le travail effectué est négatif lorsque la force agit à l'opposé du sens de déplacement.
- Le travail effectué est positif lorsque la force est dans le sens du déplacement.

Lisez aussi: Comment trouver un certain nombre de termes dans une suite arithmétique?

Comment calculer le travail?

Pas

Partie 1 sur 3: trouver du travail dans une dimension

Partie 2 sur 3: trouver du travail avec une force angulaire

Partie 3 sur 3: utiliser une valeur de travail

Conseils

Questions et réponses

Les commentaires (2)

Lisez aussi: