Британдық физик Джеймс Эдвард Джоулдың есімімен аталған джоуль (J) - халықаралық метрикалық жүйенің негізгі бірліктерінің бірі. Джоуль жұмыс, энергия және жылу бірлігі ретінде қолданылады және ғылыми зерттеулерде кеңінен қолданылады. Егер сіз жауапыңызды джоульмен алғыңыз келсе, әрқашан стандартты ғылыми бірліктерді қолданғаныңызға көз жеткізіңіз. Фут-фунт немесе британдық жылу бірлігі (BTU) әлі де кейбір салаларда қолданылады, бірақ сіздің физикалық үй тапсырмаңызда емес.
Қадам
5 -тің 1 әдісі: Джоульдегі жұмысты есептеу
Қадам 1. Физикадағы жұмысты түсіну
Егер сіз бөлмеде қорапты итерсеңіз, сіз күш салдыңыз. Егер сіз қорапты жоғары көтерсеңіз, сіз де күш салдыңыз. «Бизнесте» болу керек екі маңызды критерий бар:
- Сіз тұрақты стильді қамтамасыз етесіз.
- Бұл күш объектілерді күшпен бір бағытта қозғалысқа келтіреді.
Қадам 2. Бизнестің анықтамасын түсіну
Еңбекті есептеу оңай. Күш мөлшерін және объект жүріп өткен жалпы қашықтықты көбейтіңіз. Әдетте ғалымдар күштерді Ньютонда, ал қашықтықты метрмен көрсетеді. Егер сіз осы бірліктердің екеуін де қолдансаңыз, нәтижесінде жұмыс бірлігі - Джоуль.
Сіз бизнес туралы сұрақты оқыған кезде, тоқтап, стиль қайда екенін ойлаңыз. Егер сіз қорапты көтерсеңіз, оны жоғары қарай итересіз, осылайша қорап жоғары қарай жылжиды. Сонымен, қораптың жүретін қашықтығы - оның қаншалықты жоғары көтерілгені. Алайда, келесі жолы сіз қораппен алға қарай жүрсеңіз, бұл процесте ешқандай күш жұмсалмайды. Тіпті құлап қалмас үшін қорапты жоғары итерсеңіз де, ол енді жоғары көтерілмейді
3 -қадам. Орын ауыстырылып жатқан заттың массасын табыңыз
Заттың массасы оны жылжыту үшін қажет күшті есептеу үшін қажет. Біздің мысалда жүктің массасы 10 килограмм (кг) бар делік.
Фунт немесе басқа стандартты емес бірліктерді пайдаланудан аулақ болыңыз, әйтпесе сіздің соңғы жауабыңыз джоульде болмайды
Қадам 4. Стильді есептеңіз
Күш = массасы x үдеуі. Біздің мысалда, салмақты тік жоғары көтеру, біз қолданатын үдеу ауырлық күшінің әсерінен болады, ол қалыпты жағдайда объектіні 9,8 метр/сек төмен қарай жылдамдатады.2. Біздің жүктемені көтеру үшін қажет күшті (10 кг) х (9,8 м/с) көбейту арқылы есептеңіз2) = 98 кг м/с2 = 98 Ньютон (N).
Егер объект көлденең жылжытылса, онда ауырлық күші әсер етпейді. Мәселе үйкеліске қарсы тұру үшін қажет күшті есептеуді сұрауы мүмкін. Егер мәселе сізге итеру кезінде объектінің үдеуі туралы айтса, белгілі үдеуді оның массасына көбейтуге болады
Қадам 5. Жүрілген ығысуды өлшеңіз
Мысалы, жүктеме 1,5 метр биіктікке көтерілді делік. Жылжу метрмен өлшенуі керек, әйтпесе сіздің соңғы жауабыңыз джоульде болмайды.
Қадам 6. Күшті орын ауыстыруға көбейтіңіз
Биіктігі 1,5 метр болатын 98 Ньютонды көтеру үшін 98 х 1,5 = 147 джоуль жұмыс істеу керек.
Қадам 7. Объектіні белгілі бір бұрышпен жылжыту үшін жасалған жұмысты есептеңіз
Біздің жоғарыдағы мысал қарапайым: біреу объектіге алға күш түсіреді, ал объект алға жылжиды. Кейде күштің бағыты мен заттың қозғалысы бірдей болмайды, себебі затқа бірнеше күш әсер етеді. Келесі мысалда біз балаға шананы 25 метрге тегіс қар арқылы арқанды 30º бұрышпен жоғары көтеру үшін қажет джоуль санын есептейміз. Бұл есеп үшін жұмыс = күші косинус (θ) x орын ауыстыру. Символ - грек әрпі teta және күш пен қозғалыс бағыты арасындағы бұрышты сипаттайды.
Қадам 8. Толық қолданылатын күшті табыңыз
Бұл мәселе үшін бала 10 Ньютон күшімен жіпті тартады делік.
Егер мәселе оңға, жоғары немесе күшке қозғалыс бағытында әсер етсе, онда бұл күштер күштің x косинусының (θ) бөлігін есептейді, және сіз алға жылжып, мәндерді көбейтуді жалғастыра аласыз.
Қадам 9. Сәйкес күшті есептеңіз
Тек бірнеше стиль шананы алға қарай тартады. Жіп жоғары қаратып жатқанда, басқа күш оны тартуға тырысады, оны тартылыс күшіне қарсы тартады. Қозғалыс бағытында әсер ететін күшті есептеңіз:
- Біздің мысалда жалпақ қар мен арқан арасындағы бұрыш 30º.
- Cos (θ) есептеңіз. cos (30º) = (√3)/2 = шамамен 0,866. Сіз бұл мәнді табу үшін калькуляторды пайдалана аласыз, бірақ сіздің калькуляторыңыз бұрыш өлшеуіңізбен (градус немесе радиан) бірдей бірліктерді пайдаланатынына көз жеткізіңіз.
- Толық күшті x cos (θ) көбейтіңіз. Біздің мысалда 10 N x 0,866 = 8,66 қозғалыс бағытында күштер.
Қадам 10. Х ығысу күшін көбейтіңіз
Енді біз қозғалыс бағытында ілгерілеп келе жатқан күшті біліп, жұмысты әдеттегідей есептей аламыз. Біздің мәселе шана 20 метр алға жылжитынын айтады, сондықтан 8,66 N x 20 m = 173,2 джоуль жұмыс есептеңіз.
5 -тің 2 әдісі: Ватттан Джоульді есептеу
Қадам 1. Күш пен энергия туралы түсінік
Ватт - қуат бірлігі немесе энергияны пайдалану жылдамдығы (энергия уақытқа бөлінеді). Джоуль - бұл энергия бірлігі. Ваттты Джоульге түрлендіру үшін уақытты анықтау қажет. Электр тогы неғұрлым ұзақ болса, соғұрлым көп энергия жұмсалады.
Қадам 2. Джоуль алу үшін ваттты секундқа көбейтіңіз
1 Вт құралы 1 секундта 1 Джоуль энергия жұмсайды. Егер сіз Ватт санын секундқа көбейтсеңіз, сіз Джоуль аласыз. 60 Вт шам 120 секундта қанша энергия жұмсайтынын білу үшін сізге 60 ватт х 120 секунд = 7200 Джоуль көбейту қажет.
Бұл формуланы Ваттпен көрсетілген кез келген қуат үшін қолдануға болады, бірақ әдетте электр энергиясында
3 -ші әдіс 5: Джоульдегі кинетикалық энергияны есептеу
Қадам 1. Кинетикалық энергияны түсіну
Кинетикалық энергия - қозғалыс түріндегі энергия мөлшері. Басқа энергия бірліктері сияқты кинетикалық энергияны да джоуль түрінде жазуға болады.
Кинетикалық энергия статикалық объектіні белгілі бір жылдамдықпен үдету үшін жасалған жұмыс көлеміне тең. Нысан осы жылдамдыққа жеткеннен кейін, энергия кинетикалық энергияның белгілі бір мөлшерін сақтайды, ол энергия жылуға (үйкелістен), гравитациялық потенциалдық энергияға (ауырлыққа қарсы қозғалудан) немесе энергияның басқа түрлеріне айналады
2 -қадам. Заттың массасын табыңыз
Мысалы, біз велосипедші мен велосипедшінің кинетикалық энергиясын өлшейміз. Мысалы, шабандоздың массасы 50 кг, ал оның велосипедінің массасы 20 кг, жалпы массасы 70 кг. Енді біз екеуін де массасы 70 кг болатын бір объект ретінде қарастырамыз, себебі олар екеуі бірдей жылдамдықта қозғалады.
3 -қадам. Жылдамдықты есептеңіз
Егер сіз велосипедшінің жылдамдығын немесе жылдамдығын білсеңіз, оны жазып, әрі қарай жүріңіз. Егер жылдамдықты есептеу қажет болса, төмендегі әдістердің бірін қолданыңыз. Назар аударыңыз, біз жылдамдықты емес, жылдамдықты іздейміз (бұл берілген бағыттағы жылдамдық), дегенмен v аббревиатурасы жиі қолданылады. Велосипедшінің кез келген бұрылысын елемеңіз және барлық қашықтық түзу сызықпен өтеді деп есептеңіз.
- Егер велосипедші тұрақты жылдамдықпен қозғалса (үдетпесе), велосипедшінің жүріп өтетін қашықтықты метрмен өлшеп, осы қашықтықты өту үшін қажет болатын секунд санына бөліңіз. Бұл есептеу орташа жылдамдықты береді, ол бұл жағдайда лездік жылдамдыққа тең.
- Егер велосипедші тұрақты үдеуді бастан өткерсе және бағытын өзгертпесе, t уақытындағы жылдамдығын t = (үдеу) (t) + бастапқы жылдамдық формуласын пайдаланып есептеңіз. Уақытты өлшеу үшін секундты пайдаланыңыз, жылдамдықты өлшеу үшін метр/секунд және м/с2 үдеуді өлшеу үшін.
Қадам 4. Бұл сандарды келесі формулаға қосыңыз
Кинетикалық энергия = (1/2) м v 2. Мысалы, егер велосипедші 15 м/с жылдамдықпен қозғалса, оның кинетикалық энергиясы EK = (1/2) (70 кг) (15 м/с)2 = (1/2) (70 кг) (15 м/с) (15 м/с) = 7875 кгм2/с2 = 7875 Ньютон метр = 7875 Джоуль.
Кинетикалық энергияның формуласын жұмыстың анықтамасынан алуға болады, W = FΔs және кинематикалық теңдеу v2 = v02 + 2а. s - позицияның немесе жүріп өткен қашықтықтың өзгеруін білдіреді.
5 -ші әдіс 4: Жоульдегі жылуды есептеу
Қадам 1. Қызып жатқан заттың массасын табыңыз
Оны өлшеу үшін таразыны немесе серіппелі таразыны қолданыңыз. Егер зат сұйық болса, алдымен сұйықтық орналасқан бос ыдысты өлшеп, оның массасын табыңыз. Сұйықтың массасын табу үшін оны контейнер массасынан плюс сұйықтыққа алып тастау керек. Бұл мысал үшін объект 500 грамм су делік.
Басқа бірліктерді емес, грамдарды қолданыңыз, әйтпесе джоуль болмайды
Қадам 2. Заттың меншікті жылуын табыңыз
Бұл ақпаратты химия бойынша анықтамалардан, кітап түрінде де, интернеттен де табуға болады. Судың меншікті жылуы - Цельсий бойынша әрбір градус үшін грамға 4,19 джоуль немесе егер дәл мән қажет болса, 4,1855.
- Нақты меншікті жылу температура мен қысымға байланысты аздап өзгереді. Әр түрлі ұйымдар мен оқулықтар әр түрлі стандартты температураны қолданады, сондықтан сіз судың меншікті жылуын 4,179 ретінде көре аласыз.
- Сіз Цельсийдің орнына Кельвинді қолдана аласыз, себебі температура айырмашылығы екі қондырғы үшін де бірдей (бір нәрсені 3ºС -қа қыздыру 3 Кельвинге қыздыруға тең). Фаренгейт қолданбаңыз, әйтпесе сіздің нәтижелеріңіз джоульде болмайды.
Қадам 3. Заттың бастапқы температурасын табыңыз
Егер зат сұйықтық болса, сынап термометрін қолдануға болады. Кейбір заттар үшін сізге зонд термометрі қажет болуы мүмкін.
Қадам 4. Объектіні қыздырып, температураны қайтадан өлшеңіз
Бұл жылыту кезінде объектінің жылу алуын өлшеуге мүмкіндік береді.
Егер жылу ретінде сақталатын энергияның жалпы мөлшерін өлшегіңіз келсе, бастапқы температураны абсолютті нөлге тең деп есептеуге болады: 0 Кельвин немесе -273,15ºС. Бұл өте пайдалы емес
Қадам 5. Қыздыру температурасынан бастапқы температураны алып тастаңыз
Бұл төмендету объектінің температурасының өзгеруіне әкеледі. Су бұрын 15 градус Цельсий болды және 35 градус Цельсийге дейін қызды деп есептесек, температура 20 градус Цельсийге дейін өзгереді.
Қадам 6. Заттың массасын меншікті жылу мөлшеріне және температураның өзгеру шамасына көбейту
Формула Q = mc T жазылады, мұндағы T - температураның өзгеруі. Бұл мысал үшін бұл 500g x 4, 19 x 20 немесе 41,900 джоуль болады.
Жылу көбінесе калориялы немесе килокалориялы метрикалық жүйеде жазылады. Калория дегеніміз - 1 грамм судың температурасын 1 градусқа көтеруге қажет жылу мөлшері, ал килокалория - 1 килограмм судың температурасын 1 градусқа көтеруге қажет жылу мөлшері. Жоғарыдағы мысалда 500 грамм судың температурасын Цельсий бойынша 20 градусқа көтеру үшін 10 000 калория немесе 10 килокалория жұмсалады
5 -ші әдіс 5: Джоульдерді электр энергиясы ретінде есептеу
Қадам 1. Электр тізбегіндегі энергия ағынын есептеу үшін төмендегі қадамдарды қолданыңыз
Төмендегі қадамдар практикалық мысалдар ретінде берілген, бірақ сіз бұл әдісті физиканың жазбаша есептерін түсіну үшін де пайдалана аласыз. Алдымен біз P қуатын P = I формуласын пайдаланып есептейміз2 x R, мұндағы I - ампердегі ток, R - омдағы кедергі. Бұл қондырғылар қуатты ваттпен шығарады, сондықтан осы жерден біз джоульдегі энергияны есептеу үшін алдыңғы қадамдағы формуланы қолдана аламыз.
Қадам 2. Резисторды таңдаңыз
Резисторлар оммен өлшенеді, өлшемдері тікелей жазылған немесе түрлі -түсті сызықтар жиынтығымен ұсынылған. Сондай -ақ, резистордың кедергісін омметрмен немесе мультиметрмен қосу арқылы тексеруге болады. Бұл мысал үшін резистор 10 Ом деп есептейміз.
Қадам 3. Резисторды ток көзіне қосыңыз
Сіз сымдарды Fahnestock немесе аллигатор қысқышымен резисторға қосуға немесе резисторды сынақ тақтасына қосуға болады.
Қадам 4. Белгілі бір уақыт аралығында тізбек арқылы ток ағымы
Бұл мысал үшін біз 10 секундтық интервалды қолданамыз.
Қадам 5. Ағымдағы күшті өлшеңіз
Мұны амперметрмен немесе мультиметрмен жасаңыз. Тұрмыстық токтардың көпшілігі миллиампермен немесе мыңдаған ампермен өлшенеді, сондықтан ток 100 миллиампер немесе 0,1 ампер деп есептейміз.
Қадам 6. P = I формуласын қолданыңыз2 x R.
Қуатты табу үшін ток квадратын қарсылыққа көбейту керек. Нәтижесінде ватт қуаты шығады. 0,1 квадраты 0,01 нәтижесін береді, 10 -ға көбейткенде 0,1 ватт немесе 100 милливатт шығыс береді.
Қадам 7. Қуатты өткен уақытқа көбейтіңіз
Бұл көбейту энергияны джоуль түрінде береді. 0,1 ватт х 10 секунд 1 джоуль электр энергиясына тең.
