Fórmula de volumen. Trabajo mecánico

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ley de la conservacion de la energia - ley Fundamental naturaleza, lo que permite describir la mayor parte de los fenómenos que ocurren.

La descripción del movimiento de los cuerpos también es posible con la ayuda de conceptos dinámicos como el trabajo y la energía.

Recuerda lo que son el trabajo y la potencia en física.

¿Coinciden estos conceptos con las ideas cotidianas sobre ellos?

Todas nuestras acciones diarias se reducen al hecho de que con la ayuda de los músculos ponemos en movimiento los cuerpos circundantes y mantenemos este movimiento, o detenemos los cuerpos en movimiento.

Estos cuerpos son herramientas (martillo, bolígrafo, sierra), en juegos: pelotas, discos, piezas de ajedrez. en producción y agricultura la gente también pone herramientas en movimiento.

El uso de máquinas aumenta considerablemente la productividad laboral debido al uso de motores en las mismas.

El propósito de cualquier motor es poner los cuerpos en movimiento y mantener este movimiento, a pesar del frenado tanto por la fricción ordinaria como por la resistencia de "trabajo" (el cortador no solo debe deslizarse sobre el metal, sino que, chocando contra él, debe quitar las virutas; el arado hay que soltar tierra, etc.). En este caso, una fuerza debe actuar sobre el cuerpo en movimiento desde el lado del motor.

Siempre se realiza trabajo en la naturaleza cuando una fuerza (o varias fuerzas) de otro cuerpo (otros cuerpos) actúa sobre un cuerpo en la dirección de su movimiento o contra él.

La fuerza gravitatoria funciona cuando cae lluvia o una piedra cae de un acantilado. Al mismo tiempo, el trabajo lo realiza la fuerza de resistencia que actúa sobre las gotas que caen o sobre la piedra desde el lado del aire. La fuerza elástica también realiza trabajo cuando un árbol doblado por el viento se endereza.

Definición de trabajo.

La segunda ley de Newton en forma impulsiva ∆=∆t le permite determinar cómo cambia la velocidad del cuerpo en valor absoluto y dirección, si una fuerza actúa sobre él durante el tiempo Δt.

El impacto sobre cuerpos de fuerzas, que conduce a un cambio en el módulo de su velocidad, se caracteriza por un valor que depende tanto de las fuerzas como de los desplazamientos de los cuerpos. Esta cantidad en mecánica se llama trabajo de fuerza.

El cambio de módulo de velocidad sólo es posible cuando la proyección de la fuerza F r en la dirección del movimiento del cuerpo es distinta de cero. Es esta proyección la que determina la acción de la fuerza que cambia la velocidad del módulo del cuerpo. Ella hace el trabajo. Por tanto, el trabajo se puede considerar como el producto de la proyección de la fuerza F r por el módulo de desplazamiento |Δ| (Figura 5.1):

À = F r |Δ|. (5.1)

Si el ángulo entre la fuerza y ​​el desplazamiento se denota por α, entonces Fr = Fcosα.

Por lo tanto, el trabajo es igual a:

A = |Δ|cosa. (5.2)

Nuestro concepto cotidiano de trabajo difiere de la definición de trabajo en la física. Llevas una maleta pesada y te parece que estás trabajando. Sin embargo, desde el punto de vista de la física, tu trabajo es igual a cero.

El trabajo de una fuerza constante es igual al producto de los módulos de fuerza y ​​el desplazamiento del punto de aplicación de la fuerza y ​​el coseno del ángulo entre ellos.

EN caso general al moverse cuerpo solido los desplazamientos de sus diferentes puntos son diferentes, pero al determinar el trabajo de una fuerza, Δ comprender el movimiento de su punto de aplicación. En el movimiento de traslación de un cuerpo rígido, el desplazamiento de todos sus puntos coincide con el desplazamiento del punto de aplicación de la fuerza.

El trabajo, a diferencia de la fuerza y ​​el desplazamiento, no es un vector, sino una cantidad escalar. Puede ser positivo, negativo o cero.

El signo del trabajo está determinado por el signo del coseno del ángulo entre la fuerza y ​​el desplazamiento. Si α< 90°, то А >0 desde el coseno Esquinas filosas positivo. Para α > 90°, el trabajo es negativo, ya que el coseno de los ángulos obtusos es negativo. En α = 90° (la fuerza es perpendicular al desplazamiento), no se realiza trabajo.

Si sobre el cuerpo actúan varias fuerzas, entonces la proyección de la fuerza resultante sobre el desplazamiento es igual a la suma de las proyecciones de las fuerzas individuales:

F r = F 1r + F 2r + ... .

Por lo tanto, para el trabajo de la fuerza resultante, obtenemos

A = F 1r |Δ| + F2r |Δ| + ... = UN 1 + UN 2 + .... (5.3)

Si varias fuerzas actúan sobre el cuerpo, entonces trabajo completo(la suma algebraica del trabajo de todas las fuerzas) es igual al trabajo de la fuerza resultante.

El trabajo realizado por la fuerza se puede representar gráficamente. Expliquemos esto representando en la figura la dependencia de la proyección de la fuerza en la coordenada del cuerpo cuando se mueve en línea recta.

Deje que el cuerpo se mueva a lo largo del eje OX (Fig. 5.2), luego

Fcosα = F x , |Δ| = Δ x.

Para el trabajo de la fuerza, obtenemos

À = F|Δ|cosα = F x Δx.

Obviamente, el área del rectángulo sombreado en la figura (5.3, a) es numéricamente igual al trabajo realizado al mover el cuerpo desde un punto de coordenada x1 a un punto de coordenada x2.

La fórmula (5.1) es válida cuando la proyección de la fuerza sobre el desplazamiento es constante. En el caso de una trayectoria curva, de fuerza constante o variable, dividimos la trayectoria en pequeños segmentos, que pueden considerarse rectilíneos, y la proyección de la fuerza sobre un pequeño desplazamiento Δ - permanente.

Luego, calculando el trabajo realizado en cada desplazamiento Δ y luego sumando estos trabajos, determinamos el trabajo de la fuerza en el desplazamiento final (Fig. 5.3, b).

Unidad de trabajo.

La unidad de trabajo se puede establecer utilizando la fórmula básica (5.2). Si al mover un cuerpo por unidad de longitud, sobre él actúa una fuerza cuyo módulo es igual a uno, y la dirección de la fuerza coincide con la dirección del movimiento de su punto de aplicación (α = 0), entonces la el trabajo será igual a uno. En el Sistema Internacional (SI), la unidad de trabajo es el joule (denotado J):

1 J = 1 norte 1 metro = 1 norte metro.

Joule es el trabajo realizado por una fuerza de 1 N con un desplazamiento de 1 si las direcciones de la fuerza y ​​el desplazamiento coinciden.

A menudo se utilizan varias unidades de trabajo: kilojulio y megajulio:

1kJ = 1000J,
1 MJ = 1000000 J.

El trabajo se puede realizar en un período largo de tiempo, o en uno muy pequeño. En la práctica, sin embargo, no es indiferente si el trabajo se puede hacer rápida o lentamente. El tiempo durante el cual se realiza el trabajo determina el rendimiento de cualquier motor. Un pequeño motor eléctrico puede hacer mucho trabajo, pero llevará mucho tiempo. Por lo tanto, junto con el trabajo, se introduce un valor que caracteriza la velocidad con la que se produce: la potencia.

La potencia es la relación entre el trabajo A y el intervalo de tiempo Δt durante el cual se realiza este trabajo, es decir, la potencia es la tasa de trabajo:

Sustituyendo en la fórmula (5.4) en lugar del trabajo A su expresión (5.2), obtenemos

Así, si la fuerza y ​​la velocidad del cuerpo son constantes, entonces la potencia es igual al producto del módulo del vector fuerza por el módulo del vector velocidad y el coseno del ángulo entre las direcciones de estos vectores. Si estas cantidades son variables, entonces mediante la fórmula (5.4) se puede determinar la potencia promedio de manera similar a la determinación de la velocidad promedio de un cuerpo.

Se introduce el concepto de potencia para evaluar el trabajo por unidad de tiempo realizado por algún mecanismo (bomba, grúa, motor de máquina, etc.). Por lo tanto, en las fórmulas (5.4) y (5.5), por siempre se entiende la fuerza de empuje.

En SI, la potencia se expresa en términos de vatios (W).

La potencia es de 1 W si el trabajo igual a 1 J se realiza en 1 s.

Junto con el vatio, se utilizan unidades de potencia más grandes (múltiples):

1 kW (kilovatio) = 1000 W,
1 MW (megavatio) = 1 000 000 W.

Casi todos, sin dudarlo, responderán: en el segundo. Y se equivocarán. El caso es todo lo contrario. En física, el trabajo mecánico se describe las siguientes definiciones: El trabajo mecánico se realiza cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo y lo mueve. El trabajo mecánico es directamente proporcional a la fuerza aplicada y la distancia recorrida.

fórmula de trabajo mecánico

El trabajo mecánico está determinado por la fórmula:

donde A es trabajo, F es fuerza, s es la distancia recorrida.

POTENCIAL(función potencial), un concepto que caracteriza una amplia clase de campos de fuerza físicos (eléctricos, gravitacionales, etc.) y campos en general Cantidades fisicas, representado por vectores (campo de velocidad del fluido, etc.). En el caso general, el potencial del campo vectorial a( X,y,z) es una función escalar tu(X,y,z) que a = graduado

35. Conductores en un campo eléctrico. Capacidad eléctrica.conductores en un campo eléctrico. Los conductores son sustancias caracterizadas por la presencia en ellas de un gran número de portadores de carga libres que pueden moverse bajo la influencia de un campo eléctrico. Los conductores incluyen metales, electrolitos, carbón. En los metales, los portadores de cargas libres son los electrones de las capas externas de los átomos que, cuando los átomos interactúan, pierden por completo su conexión con "sus" átomos y se convierten en propiedad de todo el conductor en su conjunto. Los electrones libres están involucrados en moción termal como moléculas de gas y pueden moverse a través del metal en cualquier dirección. Capacidad eléctrica- una característica de un conductor, una medida de su capacidad para acumular una carga eléctrica. En teoria circuitos electricos la capacitancia es la capacitancia mutua entre dos conductores; parámetro del elemento capacitivo del circuito eléctrico, presentado en forma de una red de dos terminales. Esta capacidad se define como la relación entre la magnitud carga eléctrica a la diferencia de potencial entre estos conductores

36. Capacidad de un condensador plano.

Capacidad de un condensador plano.

Que. la capacitancia de un capacitor plano depende únicamente de su tamaño, forma y constante dieléctrica. Para crear un capacitor de alta capacidad, es necesario aumentar el área de las placas y reducir el espesor de la capa dieléctrica.

37. Interacción magnética de corrientes en el vacío. Ley de Ampere.Ley de Ampere. En 1820, Ampère (un científico francés (1775-1836)) estableció experimentalmente una ley por la cual se puede calcular fuerza que actúa sobre un elemento conductor de longitud con corriente.

donde es el vector de inducción magnética, es el vector del elemento de longitud del conductor dibujado en la dirección de la corriente.

Módulo de fuerza, donde es el ángulo entre la dirección de la corriente en el conductor y la dirección del campo magnético. Para un conductor rectilíneo con corriente en un campo uniforme

La dirección de la fuerza que actúa se puede determinar usando reglas de la mano izquierda:

Si la palma de la mano izquierda se coloca de modo que el componente normal (al actual) campo magnético entró en la palma, y ​​cuatro dedos extendidos se dirigen a lo largo de la corriente, entonces el pulgar indicará la dirección en la que actúa la fuerza Ampère.

38. Fuerza del campo magnético. Ley de Biot-Savart-LaplaceIntensidad del campo magnético(designación estándar H ) - vector cantidad física, igual a la diferencia del vector inducción magnética B Y vector de magnetizacion j .

EN Sistema Internacional de Unidades (SI): donde- constante magnética.

Ley BSL. La ley que determina el campo magnético de un elemento de corriente individual.

39. Aplicaciones de la ley de Biot-Savart-Laplace. Para campo de corriente directa

Para un bucle circular.

y para el solenoide

40. Inducción de campo magnético El campo magnético se caracteriza por una cantidad vectorial, que se denomina inducción del campo magnético (una cantidad vectorial, que es la fuerza característica del campo magnético en un punto dado del espacio). MI. (B) esto no es una fuerza que actúa sobre los conductores, es una cantidad que es a través de una fuerza dada a lo largo siguiente fórmula: B=F / (I*l) (Verbalmente: Módulo vectorial MI. (B) es igual a la razón el módulo de fuerza F, con el que el campo magnético actúa sobre un conductor de corriente ubicado perpendicular a las líneas magnéticas, a la intensidad de corriente en el conductor I y la longitud del conductor l. La inducción magnética depende únicamente del campo magnético. En este sentido, la inducción puede considerarse una característica cuantitativa del campo magnético. Determina con qué fuerza (Fuerza de Lorentz) actúa el campo magnético sobre una carga que se mueve con velocidad. MI se mide en Tesla (1 T). En este caso, 1 Tl \u003d 1 N / (A * m). MI tiene dirección. Gráficamente, se puede dibujar como líneas. En un campo magnético uniforme, los MI son paralelos y el vector MI estará dirigido de la misma manera en todos los puntos. En el caso de un campo magnético no uniforme, por ejemplo, un campo alrededor de un conductor con corriente, el vector de inducción magnética cambiará en cada punto del espacio alrededor del conductor, y las tangentes a este vector crearán círculos concéntricos alrededor del conductor.

41. Movimiento de una partícula en un campo magnético. Fuerza de Lorentz. a) - Si una partícula vuela hacia una región de un campo magnético uniforme, y el vector V es perpendicular al vector B, entonces se mueve a lo largo de un círculo de radio R=mV/qB, ya que la fuerza de Lorentz Fl=mV^2 /R juega el papel de una fuerza centrípeta. El periodo de revolución es T=2piR/V=2pim/qB y no depende de la velocidad de la partícula (Esto es cierto solo para V<<скорости света) - Если угол между векторами V и B не равен 0 и 90 градусов, то частица в однородном магнитном поле движется по винтовой линии. - Если вектор V параллелен B, то частица движется по прямой линии (Fл=0). б) Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца.

La fuerza de L. está determinada por la relación: Fl = q VB sina (q es el valor de la carga en movimiento; V es el módulo de su velocidad; B es el módulo del vector de inducción del campo magnético; alfa es el ángulo entre el vector V y el vector B) La fuerza de Lorentz es perpendicular a la velocidad y por lo tanto no realiza trabajo, no cambia el módulo de la velocidad de la carga y su energía cinética. Pero la dirección de la velocidad cambia continuamente. La fuerza de Lorentz es perpendicular a los vectores B y v, y su dirección se determina utilizando la misma regla de la mano izquierda que la dirección de la fuerza de Ampère: si la mano izquierda se coloca de modo que la componente de inducción magnética B, perpendicular a la velocidad de la carga, entra en la palma, y ​​cuatro dedos se dirigen a lo largo del movimiento de una carga positiva (contra el movimiento de una negativa), entonces el pulgar doblado 90 grados mostrará la dirección de la fuerza de Lorentz que actúa sobre la carga F l .

Uno de los conceptos más importantes de la mecánica. fuerza de trabajo .

fuerza de trabajo

Todos los cuerpos físicos en el mundo que nos rodea son impulsados ​​por la fuerza. Si un cuerpo que se mueve en la misma dirección o en dirección opuesta es afectado por una fuerza o varias fuerzas de uno o más cuerpos, entonces se dice que El trabajo está hecho .

Es decir, el trabajo mecánico es realizado por la fuerza que actúa sobre el cuerpo. Así, la fuerza de tracción de una locomotora eléctrica pone en movimiento todo el tren, realizando así un trabajo mecánico. La bicicleta es propulsada por la fuerza muscular de las piernas del ciclista. Por lo tanto, esta fuerza también realiza trabajo mecánico.

En física trabajo de fuerza Llamada cantidad física igual al producto del módulo de fuerza, el módulo de desplazamiento del punto de aplicación de la fuerza y ​​el coseno del ángulo entre los vectores de fuerza y ​​desplazamiento.

A = F s cos (F, s) ,

donde F módulo de fuerza,

s- módulo de movimiento .

Siempre se realiza trabajo si el ángulo entre los vientos de fuerza y ​​desplazamiento no es igual a cero. Si la fuerza actúa en dirección opuesta a la dirección del movimiento, la cantidad de trabajo es negativa.

No se realiza trabajo si no actúan fuerzas sobre el cuerpo, o si el ángulo entre la fuerza aplicada y la dirección del movimiento es de 90 o (cos 90 o \u003d 0).

Si el caballo tira del carro, entonces la fuerza muscular del caballo, o la fuerza de tracción dirigida en la dirección del carro, hace el trabajo. Y la fuerza de la gravedad, con la que el conductor presiona el carro, no realiza ningún trabajo, ya que se dirige hacia abajo, perpendicular a la dirección del movimiento.

El trabajo de una fuerza es una cantidad escalar.

unidad de trabajo SI - julio. 1 julio es el trabajo realizado por una fuerza de 1 newton a una distancia de 1 m si la dirección de la fuerza y ​​el desplazamiento son los mismos.

Si sobre un cuerpo o punto material actúan varias fuerzas, entonces se habla del trabajo realizado por su fuerza resultante.

Si la fuerza aplicada no es constante, entonces su trabajo se calcula como una integral:

Energía

La fuerza que pone el cuerpo en movimiento realiza un trabajo mecánico. Pero cómo se hace este trabajo, rápido o lento, a veces es muy importante saberlo en la práctica. Después de todo, el mismo trabajo se puede hacer en tiempos diferentes. El trabajo que hace un motor eléctrico grande puede ser hecho por un motor pequeño. Pero le llevará mucho más tiempo hacerlo.

En mecánica, hay una cantidad que caracteriza la velocidad de trabajo. Este valor se llama energía.

La potencia es la relación entre el trabajo realizado en un cierto período de tiempo y el valor de este período.

n= A /∆ t

Por definición un = F s porque α , pero s/∆ t = v , Como consecuencia

n= F v porque α = F v ,

donde F - fuerza, v velocidad, α es el ángulo entre la dirección de la fuerza y ​​la dirección de la velocidad.

Es decir energía - es el producto escalar del vector fuerza y ​​el vector velocidad del cuerpo.

En el sistema internacional SI, la potencia se mide en vatios (W).

La potencia de 1 vatio es el trabajo de 1 julio (J) realizado en 1 segundo (s).

La potencia se puede aumentar aumentando la fuerza que realiza el trabajo, o la velocidad a la que se realiza este trabajo.

Trabajo mecánico. Unidades de trabajo.

En la vida cotidiana, bajo el concepto de "trabajo" entendemos todo.

En física, el concepto Trabajo algo diferente Esta es una cierta cantidad física, lo que significa que se puede medir. En física, el estudio es principalmente Trabajo mecánico .

Considere ejemplos de trabajo mecánico.

El tren se mueve bajo la acción de la fuerza de tracción de la locomotora eléctrica, mientras realiza un trabajo mecánico. Cuando se dispara un arma, la fuerza de presión de los gases en polvo funciona: mueve la bala a lo largo del cañón, mientras que la velocidad de la bala aumenta.

A partir de estos ejemplos, se puede ver que el trabajo mecánico se realiza cuando el cuerpo se mueve bajo la acción de una fuerza. El trabajo mecánico también se realiza cuando la fuerza que actúa sobre el cuerpo (por ejemplo, la fuerza de fricción) reduce la velocidad de su movimiento.

Al querer mover el gabinete, lo presionamos con fuerza, pero si no se mueve al mismo tiempo, no realizamos trabajo mecánico. Uno puede imaginar el caso cuando el cuerpo se mueve sin la participación de fuerzas (por inercia), en este caso, tampoco se realiza trabajo mecánico.

Entonces, el trabajo mecanico se realiza solo cuando una fuerza actua sobre el cuerpo y este se mueve .

Es fácil comprender que cuanto mayor sea la fuerza que actúa sobre el cuerpo y más largo el camino que recorre el cuerpo bajo la acción de esta fuerza, mayor será el trabajo realizado.

El trabajo mecánico es directamente proporcional a la fuerza aplicada y directamente proporcional a la distancia recorrida. .

Por lo tanto, acordamos medir el trabajo mecánico por el producto de la fuerza y ​​el camino recorrido en esta dirección de esta fuerza:

trabajo = fuerza × camino

donde PERO- Trabajo, F- fuerza y s- distancia viajada.

Una unidad de trabajo es el trabajo realizado por una fuerza de 1 N en un recorrido de 1 m.

Unidad de trabajo - joule (j ) lleva el nombre del científico inglés Joule. De este modo,

1J = 1N·m.

También usado kilojulios (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Fórmula A = Fs aplicable cuando el poder F es constante y coincide con la dirección de movimiento del cuerpo.

Si la dirección de la fuerza coincide con la dirección del movimiento del cuerpo, entonces esta fuerza realiza un trabajo positivo.

Si el movimiento del cuerpo ocurre en la dirección opuesta a la dirección de la fuerza aplicada, por ejemplo, la fuerza de fricción por deslizamiento, entonces esta fuerza realiza un trabajo negativo.

Si la dirección de la fuerza que actúa sobre el cuerpo es perpendicular a la dirección del movimiento, entonces esta fuerza no realiza trabajo, el trabajo es cero:

En el futuro, hablando de trabajo mecánico, lo llamaremos brevemente en una palabra: trabajo.

Ejemplo. Calcular el trabajo realizado al levantar una losa de granito con un volumen de 0,5 m3 a una altura de 20 m.La densidad del granito es de 2500 kg / m 3.

Dado:

ρ \u003d 2500 kg / m 3

Solución:

donde F es la fuerza que se debe aplicar para levantar uniformemente la placa. Esta fuerza es igual en módulo a la fuerza de la hebra Fhebra que actúa sobre la placa, es decir, F = Fhebra. Y la fuerza de la gravedad se puede determinar por la masa de la placa: Ftyazh = gm. Calculamos la masa de la losa, conociendo su volumen y densidad de granito: m = ρV; s = h, es decir, el camino es igual a la altura del ascenso.

Entonces, m = 2500 kg/m3 0,5 m3 = 1250 kg.

F = 9,8 N/kg 1250 kg ≈ 12250 N.

A = 12 250 N 20 m = 245 000 J = 245 kJ.

Responder: A = 245 kJ.

Palancas.Potencia.Energía

Diferentes motores toman diferentes tiempos para hacer el mismo trabajo. Por ejemplo, una grúa en una obra de construcción levanta cientos de ladrillos hasta el último piso de un edificio en unos pocos minutos. Si un trabajador tuviera que mover estos ladrillos, le llevaría varias horas hacerlo. Otro ejemplo. Un caballo puede arar una hectárea de tierra en 10-12 horas, mientras que un tractor con un arado de varias rejas ( reja del arado- parte del arado que corta la capa de tierra desde abajo y la transfiere al vertedero; múltiples acciones: muchas acciones), este trabajo se realizará durante 40-50 minutos.

Está claro que una grúa hace el mismo trabajo más rápido que un trabajador y un tractor más rápido que un caballo. La velocidad de trabajo se caracteriza por un valor especial llamado potencia.

La potencia es igual a la relación entre el trabajo y el tiempo durante el cual se completó.

Para calcular la potencia, es necesario dividir el trabajo por el tiempo durante el cual se realiza este trabajo. potencia = trabajo / tiempo.

donde norte- energía, A- Trabajo, t- tiempo de trabajo realizado.

La potencia es un valor constante, cuando se realiza el mismo trabajo por cada segundo, en otros casos la relación En determina la potencia media:

norte cf = En . Se tomó como unidad de potencia la potencia a la que se realiza trabajo en J en 1 s.

Esta unidad se llama vatio ( mar) en honor a otro científico inglés Watt.

1 vatio = 1 julio/ 1 segundo, o 1 W = 1 J/s.

Vatio (julio por segundo) - W (1 J / s).

Las unidades de potencia más grandes se usan ampliamente en ingeniería: kilovatio (kilovatios), megavatio (megavatios) .

1 MW = 1.000.000 W

1 kw = 1000 W

1 mW = 0,001 W

1 W = 0,000001 MW

1 W = 0,001 kW

1 W = 1000 mW

Ejemplo. Encuentre la potencia del flujo de agua que fluye a través de la presa, si la altura de la caída de agua es de 25 m y su caudal es de 120 m3 por minuto.

Dado:

r = 1000 kg/m3

Solución:

Masa de agua que cae: m = ρV,

m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120 000 kg (12 104 kg).

La fuerza de gravedad que actúa sobre el agua:

F = 9,8 m/s2 120 000 kg ≈ 1 200 000 N (12 105 N)

Trabajo realizado por minuto:

A - 1 200 000 N 25 m = 30 000 000 J (3 107 J).

Potencia de flujo: N = A/t,

N = 30.000.000 J / 60 s = 500.000 W = 0,5 MW.

Responder: N = 0,5 MW.

Varios motores tienen potencias que van desde las centésimas y décimas de kilovatio (motor de una maquinilla de afeitar eléctrica, máquina de coser) hasta cientos de miles de kilovatios (turbinas de agua y vapor).

Tabla 5

Potencia de algunos motores, kW.

Cada motor tiene una placa (pasaporte del motor), que contiene algunos datos sobre el motor, incluida su potencia.

La energía humana en condiciones normales de trabajo es en promedio de 70 a 80 vatios. Haciendo saltos, corriendo escaleras arriba, una persona puede desarrollar una potencia de hasta 730 vatios y, en algunos casos, incluso más.

De la fórmula N = A/t se sigue que

Para calcular el trabajo, debe multiplicar la potencia por el tiempo durante el cual se realizó este trabajo.

Ejemplo. El motor del ventilador de la habitación tiene una potencia de 35 vatios. ¿Cuánto trabajo hace en 10 minutos?

Escribamos la condición del problema y resolvámoslo.

Dado:

Solución:

A = 35 W * 600 s = 21 000 W * s = 21 000 J = 21 kJ.

Responder A= 21 kJ.

mecanismos simples.

Desde tiempos inmemoriales, el hombre ha estado utilizando diversos dispositivos para realizar trabajos mecánicos.

Todo el mundo sabe que un objeto pesado (piedra, armario, máquina), que no se puede mover con la mano, se puede mover con un palo bastante largo: una palanca.

Actualmente, se cree que con la ayuda de palancas hace tres mil años, durante la construcción de las pirámides en el antiguo Egipto, se movieron y elevaron pesadas losas de piedra a una gran altura.

En muchos casos, en lugar de levantar una carga pesada a cierta altura, se puede rodar o tirar de ella a la misma altura en un plano inclinado o levantarla con bloques.

Los dispositivos que se utilizan para transformar la energía se denominan mecanismos .

Los mecanismos simples incluyen: palancas y sus variedades - bloque, puerta; plano inclinado y sus variedades - cuña, tornillo. En la mayoría de los casos, se utilizan mecanismos simples para obtener una ganancia de fuerza, es decir, para aumentar varias veces la fuerza que actúa sobre el cuerpo.

Los mecanismos simples se encuentran tanto en el hogar como en todas las fábricas complejas y máquinas de fábrica que cortan, retuercen y estampan grandes láminas de acero o dibujan los hilos más finos con los que luego se fabrican las telas. Los mismos mecanismos se pueden encontrar en autómatas complejos modernos, máquinas de impresión y contadores.

Brazo de palanca. El equilibrio de fuerzas sobre la palanca.

Considere el mecanismo más simple y común: la palanca.

La palanca es un cuerpo rígido que puede girar alrededor de un soporte fijo.

Las figuras muestran cómo un trabajador utiliza una palanca para levantar una carga a modo de palanca. En el primer caso, un trabajador con una fuerza F presiona el extremo de la palanca B, en el segundo - plantea el final B.

El trabajador necesita superar el peso de la carga. PAGS- fuerza dirigida verticalmente hacia abajo. Para ello, gira la palanca alrededor de un eje que pasa por el único inmóvil punto de ruptura - su punto de apoyo SOBRE. Fuerza F, con que el trabajador actúa sobre la palanca, menos fuerza PAGS, por lo que el trabajador obtiene gana en fuerza. Con la ayuda de una palanca, puede levantar una carga tan pesada que no puede levantarla solo.

La figura muestra una palanca cuyo eje de rotación es SOBRE(punto de apoyo) se encuentra entre los puntos de aplicación de fuerzas PERO Y EN. La otra figura muestra un diagrama de esta palanca. ambas fuerzas F 1 y F 2 que actúan sobre la palanca están dirigidos en la misma dirección.

La distancia más corta entre el fulcro y la línea recta a lo largo de la cual la fuerza actúa sobre la palanca se llama brazo de la fuerza.

Para encontrar el hombro de la fuerza, es necesario bajar la perpendicular desde el punto de apoyo hasta la línea de acción de la fuerza.

La longitud de esta perpendicular será el hombro de esta fuerza. La figura muestra que OA- fuerza del hombro F 1; VO- fuerza del hombro F 2. Las fuerzas que actúan sobre la palanca pueden girarla alrededor del eje en dos direcciones: en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj. si, poder F 1 gira la palanca en el sentido de las agujas del reloj y la fuerza F 2 lo gira en sentido contrario a las agujas del reloj.

La condición bajo la cual la palanca está en equilibrio bajo la acción de fuerzas que se le aplican puede establecerse experimentalmente. Al mismo tiempo, debe recordarse que el resultado de la acción de una fuerza depende no solo de su valor numérico (módulo), sino también del punto en el que se aplica al cuerpo, o cómo se dirige.

Varios pesos están suspendidos de la palanca (ver Fig.) en ambos lados del fulcro para que cada vez que la palanca permanezca en equilibrio. Las fuerzas que actúan sobre la palanca son iguales a los pesos de estas cargas. Para cada caso se miden los módulos de fuerzas y sus hombros. De la experiencia que se muestra en la Figura 154, se puede ver que la fuerza 2 H equilibra el poder 4 H. En este caso, como se puede ver en la figura, el hombro de menor fuerza es 2 veces más grande que el hombro de mayor fuerza.

Sobre la base de tales experimentos, se estableció la condición (regla) del equilibrio de la palanca.

La palanca está en equilibrio cuando las fuerzas que actúan sobre ella son inversamente proporcionales a los hombros de estas fuerzas.

Esta regla se puede escribir como una fórmula:

F 1/F 2 = yo 2/ yo 1 ,

donde F 1Y F 2 - fuerzas que actúan sobre la palanca, yo 1Y yo 2 , - los hombros de estas fuerzas (ver Fig.).

La regla para el equilibrio de la palanca fue establecida por Arquímedes alrededor del 287-212. antes de Cristo mi. (¿Pero no decía el último párrafo que los egipcios usaban las palancas? ¿O es importante aquí la palabra "establecido"?)

De esta regla se deduce que una fuerza menor se puede equilibrar con el apalancamiento de una fuerza mayor. Deje que un brazo de la palanca sea 3 veces más grande que el otro (ver Fig.). Entonces, aplicando una fuerza de, por ejemplo, 400 N en el punto B, es posible levantar una piedra que pesa 1200 N. Para levantar una carga aún más pesada, es necesario aumentar la longitud del brazo de palanca en el que se encuentra el actos del trabajador.

Ejemplo. Usando una palanca, un trabajador levanta una losa que pesa 240 kg (ver Fig. 149). ¿Qué fuerza aplica al brazo más grande de la palanca, que mide 2,4 m, si el brazo más pequeño mide 0,6 m?

Escribamos la condición del problema y resolvámoslo.

Dado:

Solución:

De acuerdo con la regla del equilibrio de la palanca, F1/F2 = l2/l1, de donde F1 = F2 l2/l1, donde F2 = P es el peso de la piedra. Peso de piedra asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Entonces, F1 = 2400 N 0,6 / 2,4 = 600 N.

Responder: F1 = 600 N.

En nuestro ejemplo, el trabajador vence una fuerza de 2400 N aplicando a la palanca una fuerza de 600 N. Pero al mismo tiempo, el hombro sobre el que actúa el trabajador es 4 veces más largo que aquel sobre el que actúa el peso de la piedra. ( yo 1 : yo 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Al aplicar la regla del apalancamiento, una fuerza más pequeña puede equilibrar una fuerza más grande. En este caso, el hombro de la fuerza menor debe ser más largo que el hombro de la fuerza mayor.

Momento de poder.

Ya conoces la regla del equilibrio de la palanca:

F 1 / F 2 = yo 2 / yo 1 ,

Haciendo uso de la propiedad de la proporción (el producto de sus términos extremos es igual al producto de sus términos medios), lo escribimos de esta forma:

F 1yo 1 = F 2 yo 2 .

En el lado izquierdo de la ecuación está el producto de la fuerza F 1 en su hombro yo 1, y a la derecha - el producto de la fuerza F 2 en su hombro yo 2 .

El producto del módulo de la fuerza que gira el cuerpo y su brazo se llama momento de fuerza; se denota con la letra M. Entonces,

Una palanca está en equilibrio bajo la acción de dos fuerzas si el momento de la fuerza que la hace girar en sentido horario es igual al momento de la fuerza que la hace girar en sentido antihorario.

Esta regla se llama regla del momento , se puede escribir como una fórmula:

M1 = M2

En efecto, en el experimento que hemos considerado (§ 56) las fuerzas actuantes eran iguales a 2 N y 4 N, sus hombros, respectivamente, eran 4 y 2 presiones de palanca, es decir, los momentos de estas fuerzas son los mismos cuando la palanca está en equilibrio.

El momento de la fuerza, como cualquier cantidad física, se puede medir. Un momento de fuerza de 1 N se toma como unidad de momento de fuerza, cuyo hombro es exactamente 1 m.

Esta unidad se llama metro de newton (nm).

El momento de fuerza caracteriza la acción de la fuerza y ​​muestra que depende simultáneamente del módulo de la fuerza y ​​de su hombro. De hecho, ya sabemos, por ejemplo, que el efecto de una fuerza sobre una puerta depende tanto del módulo de la fuerza como del lugar donde se aplica la fuerza. La puerta es más fácil de girar, cuanto más lejos del eje de rotación se aplica la fuerza que actúa sobre ella. Es mejor desenroscar la tuerca con una llave larga que con una corta. Cuanto más fácil sea levantar un cubo del pozo, más larga será la manija de la puerta, etc.

Palancas en tecnología, vida cotidiana y naturaleza.

La regla de la palanca (o la regla de los momentos) subyace en la acción de varios tipos de herramientas y dispositivos utilizados en la tecnología y la vida cotidiana donde se requiere ganar fuerza o en la carretera.

Ganamos fuerza al trabajar con tijeras. Tijeras - es una palanca(arroz), cuyo eje de rotación se produce a través de un tornillo que conecta ambas mitades de las tijeras. fuerza de actuación F 1 es la fuerza muscular de la mano de la persona que aprieta las tijeras. Fuerza opositora F 2 - la fuerza de resistencia de dicho material que se corta con tijeras. Dependiendo del propósito de las tijeras, su dispositivo es diferente. Las tijeras de oficina, diseñadas para cortar papel, tienen hojas largas y mangos que tienen casi la misma longitud. No requiere mucha fuerza para cortar papel, y es más conveniente cortar en línea recta con una cuchilla larga. Las tijeras para cortar láminas de metal (Fig.) tienen mangos mucho más largos que las hojas, ya que la fuerza de resistencia del metal es grande y para equilibrarla, se debe aumentar significativamente el brazo de la fuerza que actúa. Aún más diferencia entre la longitud de los mangos y la distancia de la parte de corte y el eje de rotación en cortadores de alambre(Fig.), Diseñado para cortar alambre.

Hay palancas de varios tipos disponibles en muchas máquinas. Un mango de máquina de coser, pedales de bicicleta o frenos de mano, pedales de automóviles y tractores, teclas de piano son ejemplos de palancas utilizadas en estas máquinas y herramientas.

Ejemplos del uso de palancas son las empuñaduras de tornos y bancos de trabajo, la palanca de una taladradora, etc.

La acción de las balanzas de palanca también se basa en el principio de la palanca (Fig.). La escala de entrenamiento que se muestra en la figura 48 (pág. 42) actúa como palanca de brazos iguales . EN escalas decimales el brazo del que está suspendida la copa con pesas es 10 veces más largo que el brazo que lleva la carga. Esto simplifica enormemente el pesaje de cargas grandes. Al pesar una carga en una balanza decimal, multiplique el peso de las pesas por 10.

El dispositivo de básculas para pesar vagones de carga de automóviles también se basa en la regla de la palanca.

Las palancas también se encuentran en diferentes partes del cuerpo de animales y humanos. Estos son, por ejemplo, brazos, piernas, mandíbulas. Se pueden encontrar muchas palancas en el cuerpo de los insectos (después de leer un libro sobre insectos y la estructura de su cuerpo), pájaros, en la estructura de las plantas.

Aplicación de la ley de equilibrio de la palanca al bloque.

Cuadra es una rueda con ranura, reforzada en el soporte. Se pasa una cuerda, cable o cadena a lo largo de la canaleta del bloque.

bloque fijo se llama un bloque de este tipo, cuyo eje está fijo, y al levantar cargas no sube ni baja (Fig.

Un bloque fijo puede considerarse como una palanca de brazos iguales, en la que los brazos de fuerza son iguales al radio de la rueda (Fig.): OA = OB = r. Tal bloque no da una ganancia en fuerza. ( F 1 = F 2), pero le permite cambiar la dirección de la fuerza. Bloque móvil es un bloque cuyo eje sube y baja junto con la carga (Fig.). La figura muestra la palanca correspondiente: SOBRE- punto de apoyo de la palanca, OA- fuerza del hombro R Y VO- fuerza del hombro F. Desde el hombro VO 2 veces el hombro OA, entonces la fuerza F 2 veces menos potencia R:

F = P/2 .

De este modo, el bloque móvil da una ganancia de fuerza de 2 veces .

Esto también se puede probar usando el concepto de momento de fuerza. Cuando el bloque está en equilibrio, los momentos de las fuerzas F Y R son iguales entre si. Pero el hombro de la fuerza F 2 veces la fuerza del hombro R, lo que significa que la fuerza misma F 2 veces menos potencia R.

Por lo general, en la práctica, se usa una combinación de un bloque fijo con uno móvil (Fig.). El bloque fijo se usa solo por conveniencia. No da una ganancia en fuerza, pero cambia la dirección de la fuerza. Por ejemplo, le permite levantar una carga estando de pie en el suelo. Es útil para muchas personas o trabajadores. Sin embargo, ¡da una ganancia de potencia de 2 veces más de lo habitual!

Igualdad de trabajo al utilizar mecanismos simples. La "regla de oro" de la mecánica.

Los mecanismos simples que hemos considerado se utilizan en la realización del trabajo en aquellos casos en que es necesario equilibrar otra fuerza por la acción de una fuerza.

Naturalmente, surge la pregunta: dando una ganancia en fuerza o camino, ¿los mecanismos simples no dan una ganancia en trabajo? La respuesta a esta pregunta se puede obtener de la experiencia.

Habiendo equilibrado sobre la palanca dos fuerzas de distinto módulo F 1 y F 2 (fig.), ponga la palanca en movimiento. Resulta que al mismo tiempo, el punto de aplicación de una fuerza menor F 2 da para mucho s 2, y el punto de aplicación de mayor fuerza F 1 - camino más pequeño s 1. Habiendo medido estas trayectorias y módulos de fuerza, encontramos que las trayectorias recorridas por los puntos de aplicación de fuerzas sobre la palanca son inversamente proporcionales a las fuerzas:

s 1 / s 2 = F 2 / F 1.

Así, actuando sobre el brazo largo de la palanca, ganamos en fuerza, pero al mismo tiempo perdemos la misma cantidad por el camino.

producto de fuerza F en camino s hay trabajo Nuestros experimentos muestran que el trabajo realizado por las fuerzas aplicadas a la palanca son iguales entre sí:

F 1 s 1 = F 2 s 2, es decir PERO 1 = PERO 2.

Entonces, al usar el apalancamiento, la ganancia en el trabajo no funcionará.

Al usar la palanca, podemos ganar en fuerza o en distancia. Actuando por la fuerza sobre el brazo corto de la palanca, ganamos en distancia, pero perdemos en fuerza en la misma cantidad.

Cuenta la leyenda que Arquímedes, encantado con el descubrimiento de la regla de la palanca, exclamó: "¡Dadme un punto de apoyo y haré girar la Tierra!".

Por supuesto, Arquímedes no podría haber hecho frente a tal tarea incluso si le hubieran dado un punto de apoyo (que tendría que estar fuera de la Tierra) y una palanca de la longitud requerida.

Para elevar la tierra sólo 1 cm, el largo brazo de la palanca tendría que describir un arco de enorme longitud. ¡Tomaría millones de años mover el extremo largo de la palanca a lo largo de este camino, por ejemplo, a una velocidad de 1 m/s!

No da una ganancia en trabajo y un bloque fijo, lo cual es fácil de verificar por experiencia (ver Fig.). Trayectorias recorridas por puntos de aplicación de fuerzas F Y F, son iguales, iguales son las fuerzas, lo que significa que el trabajo es el mismo.

Es posible medir y comparar entre sí el trabajo realizado con la ayuda de un bloque móvil. Para elevar la carga a una altura h con la ayuda de un bloque móvil, es necesario mover el extremo de la cuerda a la que está sujeto el dinamómetro, como muestra la experiencia (Fig.), a una altura de 2h.

De este modo, obteniendo una ganancia en fuerza de 2 veces, pierden 2 veces en el camino, por lo tanto, el bloque móvil no da una ganancia de trabajo.

Siglos de práctica han demostrado que ninguno de los mecanismos da una ganancia en el trabajo. Se utilizan varios mecanismos para ganar en fuerza o en camino, dependiendo de las condiciones de trabajo.

Los científicos antiguos ya conocían la regla aplicable a todos los mecanismos: cuantas veces ganamos en fuerza, cuantas veces perdemos en distancia. Esta regla ha sido llamada la "regla de oro" de la mecánica.

La eficiencia del mecanismo.

Teniendo en cuenta el dispositivo y la acción de la palanca, no tuvimos en cuenta la fricción ni el peso de la palanca. bajo estas condiciones ideales, el trabajo realizado por la fuerza aplicada (llamaremos a este trabajo completo), es igual a útil levantar cargas o vencer cualquier resistencia.

En la práctica, el trabajo total realizado por el mecanismo es siempre algo mayor que el trabajo útil.

Parte del trabajo se realiza contra la fuerza de fricción en el mecanismo y moviendo sus partes individuales. Entonces, al usar un bloque móvil, debe realizar un trabajo adicional para levantar el bloque, la cuerda y determinar la fuerza de fricción en el eje del bloque.

Sea cual sea el mecanismo que elijamos, el trabajo útil realizado con su ayuda es siempre sólo una parte del trabajo total. Entonces, denotando el trabajo útil con la letra Ap, el trabajo completo (gastado) con la letra Az, podemos escribir:

Arriba< Аз или Ап / Аз < 1.

La relación entre el trabajo útil y el trabajo total se denomina eficiencia del mecanismo.

La eficiencia se abrevia como eficiencia.

Eficiencia = Ap / Az.

La eficiencia generalmente se expresa como un porcentaje y se denota con la letra griega η, se lee como "esto":

η \u003d Ap / Az 100%.

Ejemplo: Una masa de 100 kg está suspendida del brazo corto de la palanca. Para levantarlo, se aplicó al brazo largo una fuerza de 250 N. La carga se elevó a una altura h1 = 0,08 m, mientras que el punto de aplicación de la fuerza motriz descendió a una altura h2 = 0,4 m. Halle la eficiencia de la palanca.

Escribamos la condición del problema y resolvámoslo.

Dado :

Solución :

η \u003d Ap / Az 100%.

Trabajo completo (gastado) Az = Fh2.

Trabajo útil Ап = Рh1

P \u003d 9.8 100 kg ≈ 1000 N.

Ap \u003d 1000 N 0.08 \u003d 80 J.

Az \u003d 250 N 0,4 m \u003d 100 J.

η = 80 J/100 J 100 % = 80 %.

Responder : η = 80%.

Pero la "regla de oro" también se cumple en este caso. Parte del trabajo útil, el 20% del mismo, se dedica a superar la fricción en el eje de la palanca y la resistencia del aire, así como al movimiento de la propia palanca.

La eficiencia de cualquier mecanismo es siempre inferior al 100%. Al diseñar mecanismos, las personas tienden a aumentar su eficiencia. Para ello se reducen los roces en los ejes de los mecanismos y su peso.

Energía.

En fábricas y fábricas, las máquinas y máquinas son impulsadas por motores eléctricos, que consumen energía eléctrica (de ahí el nombre).

Un resorte comprimido (arroz), que se endereza, hace trabajo, levanta una carga a una altura o hace que un carro se mueva. Una carga inamovible levantada sobre el suelo no realiza trabajo, pero si esta carga cae, puede realizar trabajo (por ejemplo, puede clavar una pila en el suelo). Todo cuerpo en movimiento tiene la capacidad de realizar un trabajo. Entonces, una bola de acero A (arroz) rueda hacia abajo desde un plano inclinado, golpea un bloque de madera B y lo mueve una cierta distancia. Al hacerlo, se está trabajando. Si un cuerpo o varios cuerpos interactuando (un sistema de cuerpos) pueden realizar trabajo, se dice que tienen energía. Energía - una cantidad física que muestra qué trabajo puede hacer un cuerpo (o varios cuerpos). La energía se expresa en el sistema SI en las mismas unidades que el trabajo, es decir, en julios. Cuanto más trabajo puede hacer un cuerpo, más energía tiene. Cuando se realiza trabajo, la energía de los cuerpos cambia. El trabajo realizado es igual al cambio de energía. Energía potencial y cinética. Potencial (del lat. potencia - posibilidad) la energía se llama energía, que está determinada por la posición mutua de los cuerpos que interactúan y las partes del mismo cuerpo. La energía potencial, por ejemplo, tiene un cuerpo elevado con respecto a la superficie de la Tierra, porque la energía depende de la posición relativa de éste y la Tierra. y su mutua atracción. Si consideramos que la energía potencial de un cuerpo que se encuentra sobre la Tierra es igual a cero, entonces la energía potencial de un cuerpo elevado a cierta altura estará determinada por el trabajo realizado por la gravedad cuando el cuerpo cae a la Tierra. Denote la energía potencial del cuerpo. mi norte porque mi = un, y el trabajo, como sabemos, es igual al producto de la fuerza por el camino, entonces A = Fh, donde F- la fuerza de la gravedad. Por lo tanto, la energía potencial En es igual a: E = Fh, o E = gmh, donde gramo- aceleración de la gravedad, metro- masa corporal, h- la altura a la que se eleva el cuerpo. El agua de los ríos retenida por las presas tiene un enorme potencial energético. Al caer, el agua trabaja, poniendo en movimiento las poderosas turbinas de las centrales eléctricas. La energía potencial de un martillo de copra (Fig.) se utiliza en la construcción para realizar el trabajo de hincado de pilotes. Al abrir una puerta con un resorte, se realiza un trabajo para estirar (o comprimir) el resorte. Debido a la energía adquirida, el resorte, contrayéndose (o enderezándose), hace el trabajo, cerrando la puerta. La energía de los resortes comprimidos y no torcidos se usa, por ejemplo, en relojes de pulsera, varios juguetes mecánicos, etc. Cualquier cuerpo deformado elástico posee energía potencial. La energía potencial del gas comprimido se utiliza en el funcionamiento de motores térmicos, en martillos neumáticos, que son muy utilizados en la industria minera, en la construcción de carreteras, excavación de suelo sólido, etc. La energía que posee un cuerpo como resultado de su movimiento se llama cinética (del griego. cine - movimiento) energía. La energía cinética de un cuerpo se denota con la letra mi para. El agua en movimiento, que impulsa las turbinas de las centrales hidroeléctricas, gasta su energía cinética y realiza trabajo. El aire en movimiento también tiene energía cinética: el viento. ¿De qué depende la energía cinética? Pasemos a la experiencia (ver Fig.). Si haces rodar la bola A desde diferentes alturas, notarás que cuanto mayor es la altura de la bola, mayor es su velocidad y más avanza la barra, es decir, realiza más trabajo. Esto significa que la energía cinética de un cuerpo depende de su velocidad. Debido a la velocidad, una bala voladora tiene una gran energía cinética. La energía cinética de un cuerpo también depende de su masa. Hagamos nuestro experimento nuevamente, pero haremos rodar otra bola, una masa más grande, desde un plano inclinado. El bloque B avanzará más, es decir, se realizará más trabajo. Esto significa que la energía cinética de la segunda bola es mayor que la primera. Cuanto mayor es la masa del cuerpo y la velocidad con la que se mueve, mayor es su energía cinética. Para determinar la energía cinética de un cuerpo se aplica la fórmula: Ek\u003d mv^2/2, donde metro- masa corporal, v es la velocidad del cuerpo. La energía cinética de los cuerpos se utiliza en la tecnología. El agua retenida por la presa tiene, como ya se mencionó, una gran energía potencial. Al caer de una presa, el agua se mueve y tiene la misma gran energía cinética. Acciona una turbina conectada a un generador de corriente eléctrica. Debido a la energía cinética del agua, se genera energía eléctrica. La energía del agua en movimiento es de gran importancia en la economía nacional. Esta energía es utilizada por poderosas centrales hidroeléctricas. La energía del agua que cae es una fuente de energía respetuosa con el medio ambiente, a diferencia de la energía del combustible. Todos los cuerpos en la naturaleza, en relación con el valor cero condicional, tienen energía potencial o cinética y, a veces, ambas. Por ejemplo, un avión que vuela tiene energía cinética y potencial en relación con la Tierra. Nos familiarizamos con dos tipos de energía mecánica. Otros tipos de energía (eléctrica, interna, etc.) se considerarán en otras secciones del curso de física. La transformación de un tipo de energía mecánica en otra. El fenómeno de la transformación de un tipo de energía mecánica en otro es muy conveniente de observar en el dispositivo que se muestra en la figura. Enrollando el hilo alrededor del eje, levante el disco del dispositivo. El disco levantado tiene algo de energía potencial. Si lo sueltas, girará y caerá. A medida que cae, la energía potencial del disco disminuye, pero al mismo tiempo aumenta su energía cinética. Al final de la caída, el disco tiene tal reserva de energía cinética que puede volver a subir casi a su altura anterior. (Parte de la energía se gasta trabajando contra la fricción, por lo que el disco no alcanza su altura original). Habiendo subido, el disco vuelve a caer y luego vuelve a subir. En este experimento, cuando el disco se mueve hacia abajo, su energía potencial se convierte en energía cinética, y cuando se mueve hacia arriba, la energía cinética se convierte en potencial. La transformación de energía de un tipo a otro también ocurre cuando dos cuerpos elásticos golpean, por ejemplo, una pelota de goma en el piso o una pelota de acero en una placa de acero. Si levantas una bola de acero (arroz) sobre una placa de acero y la sueltas de tus manos, se caerá. A medida que la pelota cae, su energía potencial disminuye y su energía cinética aumenta a medida que aumenta la velocidad de la pelota. Cuando la pelota golpea el plato, tanto la pelota como el plato se comprimirán. La energía cinética que poseía la pelota se convertirá en la energía potencial de la placa comprimida y la pelota comprimida. Entonces, por la acción de fuerzas elásticas, el plato y la bola tomarán su forma original. La pelota rebotará en el plato, y su energía potencial se convertirá nuevamente en la energía cinética de la pelota: la pelota rebotará hacia arriba con una velocidad casi igual a la que tenía en el momento del impacto en el plato. A medida que la pelota sube, la velocidad de la pelota y, por lo tanto, su energía cinética, disminuye y la energía potencial aumenta. al rebotar en el plato, la pelota se eleva casi a la misma altura desde la que comenzó a caer. En la cima del ascenso, toda su energía cinética se convertirá nuevamente en energía potencial. Los fenómenos naturales suelen ir acompañados de la transformación de un tipo de energía en otro. La energía también se puede transferir de un cuerpo a otro. Entonces, por ejemplo, cuando se dispara con un arco, la energía potencial de una cuerda estirada se convierte en la energía cinética de una flecha voladora.

Para poder caracterizar las características energéticas del movimiento, se introdujo el concepto de trabajo mecánico. Y es a ella en sus diversas manifestaciones a las que está dedicado el artículo. Entender el tema es fácil y bastante complejo. El autor trató sinceramente de hacerlo más comprensible y comprensible, y solo se puede esperar que se haya logrado el objetivo.

¿Qué es el trabajo mecánico?

¿Cómo se llama? Si alguna fuerza actúa sobre el cuerpo, y como resultado de la acción de esta fuerza, el cuerpo se mueve, entonces esto se llama trabajo mecánico. Cuando se aborda desde el punto de vista de la filosofía científica, aquí se pueden distinguir varios aspectos adicionales, pero el artículo abordará el tema desde el punto de vista de la física. El trabajo mecánico no es difícil si piensa detenidamente en las palabras escritas aquí. Pero la palabra "mecánica" generalmente no se escribe, y todo se reduce a la palabra "trabajo". Pero no todos los trabajos son mecánicos. Aquí un hombre se sienta y piensa. ¿Funciona? ¡Mentalmente sí! ¿Pero es trabajo mecánico? No. ¿Qué pasa si la persona está caminando? Si el cuerpo se mueve bajo la influencia de una fuerza, entonces se trata de un trabajo mecánico. Todo es simple. En otras palabras, la fuerza que actúa sobre el cuerpo realiza un trabajo (mecánico). Y una cosa más: es trabajo que puede caracterizar el resultado de la acción de una determinada fuerza. Entonces, si una persona camina, ciertas fuerzas (fricción, gravedad, etc.) realizan un trabajo mecánico sobre una persona y, como resultado de su acción, una persona cambia su punto de ubicación, en otras palabras, se mueve.

El trabajo como cantidad física es igual a la fuerza que actúa sobre el cuerpo, multiplicada por el camino que el cuerpo hizo bajo la influencia de esta fuerza y ​​en la dirección indicada por ella. Podemos decir que se realizó trabajo mecánico si se cumplen simultáneamente 2 condiciones: la fuerza actuó sobre el cuerpo y éste se movió en la dirección de su acción. Pero no se realizó o no se realiza si la fuerza actuó y el cuerpo no cambió su ubicación en el sistema de coordenadas. Aquí hay pequeños ejemplos donde no se hace trabajo mecánico:

1. Entonces, una persona puede caer sobre una gran roca para moverla, pero no hay suficiente fuerza. La fuerza actúa sobre la piedra, pero no se mueve y no se produce trabajo.
2. El cuerpo se mueve en el sistema de coordenadas y la fuerza es igual a cero o todos están compensados. Esto se puede observar durante el movimiento inercial.
3. Cuando la dirección en que se mueve el cuerpo es perpendicular a la fuerza. Cuando el tren se mueve a lo largo de una línea horizontal, la fuerza de gravedad no hace su trabajo.

Dependiendo de ciertas condiciones, el trabajo mecánico puede ser negativo y positivo. Entonces, si las direcciones, las fuerzas y los movimientos del cuerpo son los mismos, entonces se produce un trabajo positivo. Un ejemplo de trabajo positivo es el efecto de la gravedad sobre una gota de agua que cae. Pero si la fuerza y ​​la dirección del movimiento son opuestas, se produce un trabajo mecánico negativo. Un ejemplo de tal opción es un globo que se eleva y la gravedad, que realiza un trabajo negativo. Cuando un cuerpo está sometido a la influencia de varias fuerzas, dicho trabajo se denomina "trabajo de fuerza resultante".

Características de aplicación práctica (energía cinética)

Pasamos de la parte teórica a la práctica. Por separado, deberíamos hablar sobre el trabajo mecánico y su uso en física. Como muchos probablemente recordaron, toda la energía del cuerpo se divide en cinética y potencial. Cuando un objeto está en equilibrio y no se mueve a ningún lado, su energía potencial es igual a la energía total y su energía cinética es cero. Cuando comienza el movimiento, la energía potencial comienza a disminuir, la energía cinética a aumentar, pero en total son iguales a la energía total del objeto. Para un punto material, la energía cinética se define como el trabajo de la fuerza que aceleró el punto desde cero hasta el valor H, y en forma de fórmula, la cinética del cuerpo es ½ * M * H, donde M es la masa. Para averiguar la energía cinética de un objeto que consta de muchas partículas, debe encontrar la suma de todas las energías cinéticas de las partículas, y esta será la energía cinética del cuerpo.

Características de aplicación práctica (energía potencial)

En el caso de que todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo sean conservativas y la energía potencial sea igual al total, entonces no se realiza trabajo. Este postulado se conoce como ley de conservación de la energía mecánica. La energía mecánica en un sistema cerrado es constante en el intervalo de tiempo. La ley de conservación es ampliamente utilizada para resolver problemas de la mecánica clásica.

Características de aplicación práctica (termodinámica)

En termodinámica, el trabajo realizado por un gas durante la expansión se calcula mediante la integral de la presión multiplicada por el volumen. Este enfoque es aplicable no solo en los casos en que existe una función exacta de volumen, sino también a todos los procesos que se pueden mostrar en el plano de presión/volumen. El conocimiento del trabajo mecánico también se aplica no solo a los gases, sino a todo lo que puede ejercer presión.

Características de la aplicación práctica en la práctica (mecánica teórica)

En mecánica teórica, todas las propiedades y fórmulas descritas anteriormente se consideran con más detalle, en particular, estas son proyecciones. También da su propia definición para varias fórmulas de trabajo mecánico (un ejemplo de la definición de la integral de Rimmer): el límite al que tiende la suma de todas las fuerzas del trabajo elemental cuando la finura de la partición tiende a cero se llama trabajo de la fuerza a lo largo de la curva. ¿Probablemente difícil? Pero nada, con mecánica teórica todo. Sí, y todo el trabajo mecánico, la física y otras dificultades se acabaron. Además habrá solo ejemplos y una conclusión.

Unidades de trabajo mecánico

El SI usa julios para medir el trabajo, mientras que el GHS usa ergios:

1. 1 J = 1 kg m²/s² = 1 Nm
2. 1 ergio = 1 g cm²/s² = 1 dina cm
3. 1 ergio = 10 −7 J

Ejemplos de trabajo mecánico.

Para comprender finalmente un concepto como el trabajo mecánico, debe estudiar algunos ejemplos separados que le permitirán considerarlo desde muchos, pero no todos, lados:

1. Cuando una persona levanta una piedra con las manos, se produce un trabajo mecánico con la ayuda de la fuerza muscular de las manos;
2. Cuando un tren circula por los raíles, es arrastrado por la fuerza de tracción del tractor (locomotora eléctrica, locomotora diésel, etc.);
3. Si toma una pistola y dispara con ella, entonces, gracias a la fuerza de presión que crearán los gases en polvo, se realizará trabajo: la bala se mueve a lo largo del cañón de la pistola al mismo tiempo que aumenta la velocidad de la bala. ;
4. También hay trabajo mecánico cuando la fuerza de fricción actúa sobre el cuerpo, obligándolo a reducir la velocidad de su movimiento;
5. El ejemplo anterior con las bolas, cuando suben en dirección contraria a la dirección de la gravedad, también es un ejemplo de trabajo mecánico, pero además de la gravedad, la fuerza de Arquímedes también actúa cuando sube todo lo que es más ligero que el aire.

¿Qué es el poder?

Finalmente, quiero tocar el tema del poder. El trabajo realizado por una fuerza en una unidad de tiempo se llama potencia. De hecho, la potencia es una cantidad física que refleja la relación entre el trabajo y un cierto período de tiempo durante el cual se realizó este trabajo: M = P / B, donde M es potencia, P es trabajo, B es tiempo. La unidad SI de potencia es 1 vatio. Un vatio es igual a la potencia que hace el trabajo de un julio en un segundo: 1 W = 1J\1s.