Бесплатные калькуляторы
⌕ Поиск

Примеры запросов: процентыипотекаплощадь✓ 660 работающих калькуляторов

МЕХАНИКА · ОНЛАЙН

Работа переменной силы по таблице значений

Если сила вдоль пути не постоянна, формула A = F·s неприменима, и работу находят как интеграл силы по перемещению — площадь под графиком F(x). Калькулятор принимает таблицу положений и соответствующих значений силы, допускает неравномерный шаг и считает работу методом трапеций, показывая также число интервалов.

✓ Бесплатно⌁ С пояснением✦ Без регистрации
▦
КАЛЬКУЛЯТОР

Введите данные

Координаты точек измерения по возрастанию, не меньше двух значений.
Проекция силы на направление движения; столько же чисел, сколько положений.
✓ Исходные значения передаются серверу только для выполнения расчёта. Регистрация не нужна.
ВАШ РЕЗУЛЬТАТ✓ Вычислено

Интеграл по методу трапеций

Приближённый интеграл59
Число интервалов4
Диапазон X4

«Копировать картинку» помещает изображение результата в буфер обмена без сохранения файла — его можно сразу вставить в мессенджер или документ. Картинка и PDF содержат ссылку на calc-calc.ru.

Равномерность шага не обязательна. Это площадь со знаком под кусочно-линейной интерполяцией, а не гарантированно точный интеграл исходной функции.

Был ли калькулятор полезен?Одно касание — и мы поймём, какие инструменты улучшать.
ПОДРОБНЫЙ РАЗБОР · ФОРМУЛЫ И ПРИМЕРЫ

Работа неравномерной силы: как посчитать площадь под графиком F(x) по измерениям

Школьная формула A = F·s подразумевает, что сила постоянна. Но пружина, магнит, тормозящее трение или тянущийся трос дают силу, зависящую от положения тела. Тогда работа переменной силы по таблице значений определяется как площадь под графиком силы в координатах «путь — сила».

Калькулятор берёт ряд измерений, соединяет соседние точки отрезками и суммирует площади получившихся трапеций. Ниже объяснено, откуда берётся метод, как читать результат и какие ошибки чаще всего портят расчёт.

От суммы малых работ к интегралу

На очень коротком участке dx силу можно считать постоянной, и элементарная работа равна dA = F·dx. Полная работа — сумма элементарных, то есть интеграл A = ∫F dx. Когда известна только таблица, интеграл заменяют конечной суммой по интервалам.

Геометрический смысл прост: в системе координат с осью x для положения и осью F для силы работа равна площади фигуры между графиком и осью x. Участки под осью учитываются со знаком минус.

Как работает метод трапеций

Для интервала от xᵢ до xᵢ₊₁ берётся полусумма значений силы на его концах и умножается на длину интервала. Так график между точками заменяется отрезком прямой. Если реальная зависимость линейна, как у пружины, результат совпадает с точным.

Пример из калькулятора: x = 0…4 м, силы 10, 14, 18, 16, 12 Н. Вклады интервалов равны 12, 16, 17 и 14 Дж, итог 59 Дж. Средняя сила тогда 59 / 4 = 14,75 Н, что лежит между минимумом и максимумом таблицы, и это хороший способ грубой проверки.

Подготовка данных: что вводить и в каком порядке

Силу нужно вводить как проекцию на направление движения. Если динамометр показывает модуль, а сила тормозящая, поставьте знак минус. Единицы остаются согласованными: метры и ньютоны дадут джоули, сантиметры и ньютоны — ньютон-сантиметры.

Чем больше точек в зоне быстрого изменения силы, тем точнее приближение. Ровный шаг не обязателен, поэтому измерения удобно сгущать вокруг пиков. Одинаковые значения координаты подряд недопустимы: интервал нулевой длины не имеет смысла.

Погрешность и границы применимости

Метод трапеций завышает работу на выпуклой вниз части графика и занижает на выпуклой вверх. Для оценки погрешности пересчитайте работу по каждой второй точке и сравните результаты: заметная разница сигнализирует о слишком редкой сетке.

Результат относится только к одномерному движению вдоль линии. Для сложной траектории требуется проекция силы на касательную в каждой точке. Измерительные ошибки динамометра переходят в итог пропорционально, поэтому указывайте результат с разумным числом знаков.

Где применяют работу по таблице силы и перемещения

Лабораторные работы по изучению пружины, трения и упругих деформаций дают именно таблицы: растяжение и показание динамометра. Работа, найденная по таким данным, сравнивается с энергией деформации kx²/2 и позволяет проверить закон Гука на опыте.

Тот же приём используют инженеры при анализе диаграмм «сила — ход»: усилия при вдавливании, резании, посадке деталей. Площадь под кривой даёт затраченную энергию, а отношение работы к длине хода — среднюю силу, по которой подбирают привод или двигатель.

Хорошая привычка — построить график по тем же точкам и прикинуть площадь на глаз. Если расчёт сильно отличается от оценки, проверьте порядок значений, знаки и единицы: именно на этом этапе обычно обнаруживаются опечатки в таблице.

Если сила в таблице постоянна на каждом участке, результат совпадёт с суммой привычных произведений F·Δx только при ступенчатой записи. Метод трапеций сглаживает такие ступени, поэтому для ступенчатых графиков добавляйте точки по обе стороны скачка.

Формула расчёта

ОСНОВНАЯ ФОРМУЛА

A ≈ Σ (xᵢ₊₁ − xᵢ) · (Fᵢ + Fᵢ₊₁) / 2

Проверенные примеры

Сила на пути 4 м

Точки x = 0, 1, 2, 3, 4 м, силы 10, 14, 18, 16, 12 Н. Найдите работу.

Трапеции: 12 + 16 + 17 + 14 = 59 Дж на четырёх интервалах.

Неравномерный шаг

x = 0; 0,5; 2 м, силы 20, 20, 8 Н.

0,5 · 20 + 1,5 · (20 + 8)/2 = 10 + 21 = 31 Дж.

Как пользоваться онлайн-калькулятором

  1. Запишите координаты точек измерения по возрастанию через пробел.
  2. Введите силу в каждой точке в ньютонах, в том же порядке.
  3. Нажмите «Вычислить» и получите работу в джоулях.
  4. Для проверки сравните результат с произведением средней силы на длину пути.
ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

Частые вопросы

Что означает отрицательная работа?

Если сила направлена против перемещения, её проекция отрицательна, и вклад участка уменьшает итог. Сумма площадей выше и ниже оси даёт алгебраическую работу.

Насколько точен метод трапеций?

Для линейной зависимости силы от координаты он точен. Для выпуклых и вогнутых графиков погрешность уменьшается при более частом шаге измерений.

Нужно ли, чтобы шаг по координате был одинаковым?

Нет, для трапеций это не обязательно, но координаты должны возрастать. Можно сгущать точки там, где сила меняется быстрее.

Похожие калькуляторы

ПОДЕЛИТЬСЯ ИНСТРУМЕНТОМ

Встроить на свой сайт

Вставьте этот код в HTML-блок на своём сайте. Посетители смогут пользоваться калькулятором без перехода.

Прямая ссылка: https://calc-calc.ru/embed/calc_030202/

Предварительный просмотр