Mechanisches Arbeitsbeispiel

Das mechanische Arbeit wurde definiert als die Wirkung einer Kraft mit konstantem Wert über eine Distanz. Es wird normalerweise veranschaulicht, indem man eine Person zeigt, die einen Körper von einem Punkt zum anderen auf der Horizontalen bewegt.

Das Arbeit ist die physikalische Größe die sich aus der Multiplikation der Kraft ergibt, die über die gesamte Distanz ausgeübt wird, mit den Einheiten Newtonmeter oder Joule, für das Internationale Maßsystem SI. Ein Joule ist die Arbeit, die mit einer Kraft von 1 Newton auf 1 Meter verrichtet wird.

Arbeit ist eine skalare Größe, die im Allgemeinen durch den Buchstaben W repräsentiert wird, der auf das englische Wort „Work“ anspielt.

Seine Berechnung wird wie folgt ausgedrückt:

Betrachtet man die aufgebrachte Kraft als Ergebnis eines Kräftesystems, kann man die kleineren beteiligten Kräfte erkennen. Beim Heben einer Last mit einer Umlenkrolle wirken beispielsweise das Lastgewicht und die Seilspannung der Umlenkrolle als Kräfte. Das Ergebnis zwischen den beiden bestimmt, ob die Last statisch bleibt oder zu steigen beginnt. Was Sie am Ende tun, ist mit dem Versatzabstand zu multiplizieren.

Wird die mechanische Arbeit zugunsten einer im Körper bereits etablierten Bewegung verrichtet, wird sie als positiv gewertet und zu der bereits wirkenden Arbeit hinzugerechnet, wodurch eine größere Gesamtarbeit entsteht.

Wenn die mechanische Arbeit gegen die Bewegung des Körpers geleistet wird, wird dies als negativ gewertet und steht im Gegensatz zu der Arbeit, die bereits auf den Körper einwirkt, wodurch eine geringfügige resultierende Arbeit erzeugt wird, die in den Körper eindringt.

Mechanische Arbeit, die mit einem Neigungswinkel angewendet wird

 Es gibt Fälle, in denen die Kraft zum Verschieben des Objekts nicht horizontal, synchron mit der Bewegung, sondern schräg zur Ebene aufgebracht wird. Dies bedeutet, dass die ausgeübte Kraft mit einer vertikalen Komponente und mit einer horizontalen Komponente wirkt.

Bei der horizontalen Verschiebung des Körpers wird die vertikale Komponente nicht berücksichtigt, da das Objekt nicht in die Luft steigt, sondern sich nur horizontal bewegt, Daher berechnen wir nur die Kraft, die die Bewegung wirklich erzeugt.

Um die Kraft zu berechnen, die uns interessiert, multiplizieren wir die angewendete Kraft mit dem Kosinus des Winkels. Auf diese Weise wird die Kraft in die richtige Bewegungsrichtung übersetzt.

Wendet man diese Gleichheit auf die Berechnung der mechanischen Arbeit an, lautet die neue Formel:

Mechanische Arbeit in der Thermodynamik

Um den thermodynamischen Kontext mechanischer Arbeit besser zu verstehen, ist es notwendig, das geschlossene System zu definieren. Ein geschlossenes System ist ein Behälter mit definiertem Volumen, in dem kein Stoffaustausch nach außen stattfindet. Es findet nur ein Austausch von Energie und Arbeit durch die Grenze oder Kante des Systems statt.

In der Thermodynamik wird mechanische Arbeit in geschlossenen Systemen verwendet, entweder als Unterstützung oder Folge des Phänomens, das in ihnen auftritt.

Als Beispiel wird ein Zylinder-Kolben-System verwendet. Wenn ein Gas in einem Zylinder-Kolben-System eingeschlossen ist und die Temperatur oder der Druck variiert werden, werden die Gaspartikel Sie reagieren auf diese Veränderung innerhalb des Behälters, gruppieren oder verteilen sich stärker und erzeugen eine Variation des Volumens verstanden.

Dieses Phänomen der Expansion oder Kompression zeigt sich noch deutlicher, wenn eine chemische Reaktion stattfindet. deren Stöchiometrie eine Volumenänderung von Reaktanten zu Produkten wie Verbrennung impliziert.

Der Verbrennungsmotor ist das anschaulichste Beispiel für die Anwendung mechanischer Arbeit, die durch eine chemische Reaktion in einem geschlossenen thermodynamischen System gewonnen wird.

Die Parameter, mit denen die Arbeit in einem geschlossenen thermodynamischen System berechnet wird, werden durch den folgenden Ausdruck angegeben:

Die obige Gleichung berechnet die Arbeit, indem der Systemdruck mit der Volumenänderung multipliziert wird. Für infinitesimale Änderungen haben wir den Differentialausdruck:

Und der Ausdruck zwischen dem Anfangs- und Endvolumen V1 und V2 wird integriert.

Es gibt zwei Fälle, in denen die Gleichung integriert werden kann:

Erster Fall: Da der Druck im System konstant ist, wird nur sein Zahlenwert links vom Integrationssymbol platziert und nur die Differenz dV integriert.

Zweiter Fall: Der Druck ist eine Funktion des Volumens P = Φ (V), das zwischen dem Integrationssymbol und dem Differential und fahren Sie mit seiner Integration Term für Term zwischen den Grenzen V1 und V2 fort, bis der Wert. erreicht ist Zahl von W.

Das Bewegen einer Palette mit einem Gabelstapler erfordert eine vertikale mechanische Arbeit, um sie anzuheben, und eine horizontale, um sie an ihren Platz zu bringen.

In einem Verbrennungsmotor erzeugt die Reaktion von Benzin mit dem Funken von der Zündkerze und Luft ein Expansion im Kolben, die mechanische Arbeit leistet, die anschließend an die Kurbelwelle und die Reifen.

In Handelshäfen, wo es viele große Metallkisten gibt, werden Kräne verwendet, um sie zu bewegen. Zuerst wird die Kranrolle in die Kiste eingehängt; es steigt mit mäßiger Geschwindigkeit in die Luft und bewegt sich am Ende horizontal, um es an seinem Platz auf dem Schiff abzusetzen, auf dem es transportiert werden soll.

In thermoelektrischen Kraftwerken treibt der vom Kessel erzeugte Dampf die Turbinen an, die mechanische Arbeit an die Generatoren übertragen, um die elektrische Energie zu erzeugen.

Die mechatronischen Arme, die in den Automobilmonteuren im Einsatz sind, leisten mechanische Arbeit an den Teilen, um sie zu transportieren und an ihrem Konstruktionsort unterzubringen.

Eine etwas abstraktere mechanische Arbeit ist diejenige, die den Wind gegen die Segel eines Schiffes erzeugt, um es über das Wasser zu bewegen. Aus diesem Grund sind die Segel strategisch angeordnet, um die Arbeit, die die bewegte Luft bringen kann, optimal zu nutzen.

In der Bauindustrie sind Trascabos dafür verantwortlich, den Rohstoff, sei es Sand, Zement, Kalk, mechanisch zu bearbeiten. Zuerst wird so viel wie möglich im Eimer gesammelt, dann transportiert und schließlich dort deponiert, wo es verwendet wird. Sie sind zwischen drei und vier mechanischen Arbeitsgängen.