Ծավալի հետ աշխատելու բանաձև. Մեխանիկական աշխատանք

« Ֆիզիկա - 10-րդ դասարան»

Էներգիայի պահպանման օրենքը - հիմնարար օրենքբնությունը, որը թույլ է տալիս մեզ նկարագրել տեղի ունեցող երևույթների մեծ մասը:

Մարմինների շարժման նկարագրությունը հնարավոր է նաև օգտագործելով դինամիկայի այնպիսի հասկացություններ, ինչպիսիք են աշխատանքը և էներգիան:

Հիշեք, թե ինչ աշխատանք և ուժ է ֆիզիկայում:

Արդյո՞ք այս հասկացությունները համընկնում են դրանց մասին առօրյա պատկերացումների հետ:

Մեր ամենօրյա բոլոր գործողությունները հանգում են նրան, որ մենք մկանների օգնությամբ կամ շարժման մեջ ենք դնում շրջապատող մարմինները և պահպանում այդ շարժումը, կամ դադարեցնում ենք շարժվող մարմինները։

Այդ մարմինները գործիքներ են (մուրճ, գրիչ, սղոց), խաղերում՝ գնդակներ, պոկեր, շախմատի ֆիգուրներ։ Արտադրության մեջ և գյուղատնտեսությունմարդիկ գործի են դրել նաև գործիքներ:

Մեքենաների օգտագործումը բազմիցս բարձրացնում է աշխատանքի արտադրողականությունը՝ դրանցում շարժիչների օգտագործման շնորհիվ։

Ցանկացած շարժիչի նպատակն է մարմինները շարժման մեջ դնել և պահպանել այդ շարժումը՝ չնայած արգելակմանը և՛ սովորական շփման, և՛ «աշխատանքային» դիմադրության միջոցով (հատիչը պետք է ոչ միայն սահի մետաղի երկայնքով, այլ, կտրելով դրա մեջ, հանի չիպերը. թուլացնել հողը և այլն): Այս դեպքում շարժիչի կողքից պետք է ուժ գործի շարժվող մարմնի վրա։

Աշխատանքը կատարվում է բնության մեջ, երբ մեկ այլ մարմնի (այլ մարմինների) ուժ (կամ մի քանի ուժ) գործում է մարմնի վրա նրա շարժման ուղղությամբ կամ դրա դեմ։

Ձգողության ուժն իրոք գործում է, երբ անձրևի կաթիլները կամ քարերը ընկնում են ժայռից: Միևնույն ժամանակ, աշխատանք է կատարվում նաև դիմադրողական ուժի միջոցով, որը գործում է ընկնող կաթիլների կամ օդից քարի վրա: Էլաստիկ ուժը նաև աշխատանք է կատարում, երբ քամուց կռացած ծառը ուղղվում է։

Աշխատանքի սահմանում.

Նյուտոնի երկրորդ օրենքը իմպուլսային ձևով Δ = Δtթույլ է տալիս որոշել, թե ինչպես է մարմնի արագությունը փոխվում մեծության և ուղղության մեջ, եթե նրա վրա ուժ է գործում Δt ժամանակի ընթացքում:

Ուժերի ազդեցությունը մարմինների վրա, որոնք հանգեցնում են դրանց արագության մոդուլի փոփոխությանը, բնութագրվում է արժեքով, որը կախված է ինչպես ուժերից, այնպես էլ մարմինների շարժումներից։ Մեխանիկայի մեջ այս մեծությունը կոչվում է ուժի աշխատանք.

Բացարձակ արժեքի արագության փոփոխությունը հնարավոր է միայն այն դեպքում, երբ մարմնի շարժման ուղղությամբ F r ուժի պրոյեկցիան տարբերվում է զրոյից։ Հենց այս պրոյեկցիան է որոշում այն ​​ուժի գործողությունը, որը փոխում է մարմնի մոդուլի արագությունը։ Նա կատարում է աշխատանքը: Հետևաբար, աշխատանքը կարելի է համարել որպես F r ուժի պրոյեկցիայի արտադրյալը տեղաշարժման մոդուլով |Δ| (նկ. 5.1):

A = F r |Δ|. (5.1)

Եթե ​​ուժի և տեղաշարժի միջև ընկած անկյունը նշանակվում է α-ով, ապա Fr = Fcosα.

Այսպիսով, աշխատանքը հավասար է.

A = |Δ|cosα. (5.2)

Աշխատանքի մասին մեր ամենօրյա պատկերացումը տարբերվում է ֆիզիկայի աշխատանքի սահմանումից։ Ձեռքին ծանր ճամպրուկ ես, ու քեզ թվում է, թե գործ ես անում։ Այնուամենայնիվ, ֆիզիկական տեսանկյունից ձեր աշխատանքը զրո է:

Հաստատուն ուժի աշխատանքը հավասար է ուժի մոդուլների արտադրյալին և ուժի կիրառման կետի և նրանց միջև անկյան կոսինուսի տեղաշարժին։

IN ընդհանուր դեպքվարելիս ամուրնրա տարբեր կետերի շարժումները տարբեր են, բայց ուժի աշխատանքը որոշելիս մենք տակ ենք Δ մենք հասկանում ենք դրա կիրառման կետի շարժումը: Կոշտ մարմնի փոխադրական շարժման ժամանակ նրա բոլոր կետերի շարժումը համընկնում է ուժի կիրառման կետի շարժման հետ։

Աշխատանքը, ի տարբերություն ուժի և տեղաշարժի, վեկտոր չէ, այլ սկալյար մեծություն։ Այն կարող է լինել դրական, բացասական կամ զրո:

Աշխատանքի նշանը որոշվում է ուժի և տեղաշարժի միջև ընկած անկյան կոսինուսի նշանով։ Եթե ​​α< 90°, то А >0, սկսած կոսինուսից սուր անկյուններդրական. α > 90°-ի դեպքում աշխատանքը բացասական է, քանի որ բութ անկյունների կոսինուսը բացասական է: α = 90°-ում (տեղաշարժին ուղղահայաց ուժ) աշխատանք չի կատարվում:

Եթե ​​մարմնի վրա գործում են մի քանի ուժեր, ապա տեղաշարժի վրա առաջացած ուժի պրոյեկցիան հավասար է առանձին ուժերի կանխատեսումների գումարին.

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

Հետևաբար, արդյունք ուժի աշխատանքի համար մենք ստանում ենք

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

Եթե ​​մարմնի վրա գործում են մի քանի ուժեր, ապա լրիվ դրույքով աշխատանք(բոլոր ուժերի աշխատանքի հանրահաշվական գումարը) հավասար է արդյունքի ուժի աշխատանքին։

Ուժի կողմից կատարված աշխատանքը կարելի է ներկայացնել գրաֆիկորեն: Եկեք դա բացատրենք նկարում պատկերելով ուժի պրոյեկցիայի կախվածությունը մարմնի կոորդինատներից, երբ այն շարժվում է ուղիղ գծով։

Թող մարմինը շարժվի OX առանցքի երկայնքով (նկ. 5.2), ապա

Fcosα = F x , |Δ| = Δ x.

Ուժի աշխատանքի համար մենք ստանում ենք

A = F|Δ|cosα = F x Δx.

Ակնհայտ է, որ Նկար (5.3, ա) ստվերված ուղղանկյան մակերեսը թվայինորեն հավասար է այն աշխատանքին, որն արվել է մարմինը x1 կոորդինատով կետից x2 կոորդինատով կետ տեղափոխելիս:

Բանաձևը (5.1) վավեր է այն դեպքում, երբ ուժի ելքը տեղաշարժի վրա հաստատուն է: Կորագիծ հետագծի, հաստատուն կամ փոփոխական ուժի դեպքում մենք հետագիծը բաժանում ենք փոքր հատվածների, որոնք կարելի է համարել ուղղագիծ, իսկ ուժի պրոյեկցիան փոքր տեղաշարժի դեպքում։ Δ - մշտական.

Այնուհետև հաշվարկելով աշխատանքը յուրաքանչյուր շարժման վրա Δ իսկ հետո ամփոփելով այս աշխատանքները՝ որոշում ենք ուժի աշխատանքը վերջնական տեղաշարժի վրա (նկ. 5.3, բ):

Աշխատանքի միավոր.

Աշխատանքի միավորը կարող է սահմանվել՝ օգտագործելով հիմնական բանաձևը (5.2): Եթե ​​մարմինը միավորի երկարությամբ շարժելիս նրա վրա գործում է ուժ, որի մոդուլը հավասար է մեկի, և ուժի ուղղությունը համընկնում է դրա կիրառման կետի շարժման ուղղության հետ (α = 0), ապա աշխատանքը. հավասար կլինի մեկի: Միջազգային համակարգում (SI) աշխատանքի միավորը ջոուլն է (նշվում է J-ով).

1 J = 1 N 1 մ = 1 N մ.

Ջուլ- սա 1 Ն ուժի կատարած աշխատանքն է 1-ի տեղաշարժի վրա, եթե ուժի և տեղաշարժի ուղղությունները համընկնում են:

Հաճախ օգտագործվում են աշխատանքի մի քանի միավոր՝ կիլոջոուլ և մեգաջոուլ.

1 կՋ = 1000 Ջ,
1 ՄՋ = 1000000 Ջ.

Աշխատանքը կարող է ավարտվել կա՛մ մեծ ժամանակահատվածում, կա՛մ շատ կարճ ժամանակում։ Գործնականում, սակայն, հեռու է անտարբերությունից՝ աշխատանքը կարելի է արագ անել, թե դանդաղ։ Ժամանակը, որի ընթացքում կատարվում է աշխատանքը, որոշում է ցանկացած շարժիչի աշխատանքը: Փոքրիկ էլեկտրական շարժիչը կարող է շատ աշխատանք կատարել, բայց դա շատ ժամանակ կպահանջի: Հետևաբար, աշխատանքին զուգընթաց ներմուծվում է մի քանակություն, որը բնութագրում է դրա արտադրության արագությունը՝ հզորությունը։

Հզորությունը A աշխատանքի հարաբերակցությունն է Δt ժամանակային միջակայքին, որի ընթացքում կատարվում է այս աշխատանքը, այսինքն՝ հզորությունը աշխատանքի արագությունն է.

Փոխարինելով բանաձևով (5.4) A աշխատանքի փոխարեն նրա արտահայտությունը (5.2), մենք ստանում ենք

Այսպիսով, եթե մարմնի ուժն ու արագությունը հաստատուն են, ապա հզորությունը հավասար է ուժի վեկտորի մեծության արտադրյալին այս վեկտորների ուղղությունների միջև ընկած անկյան կոսինուսի և արագության վեկտորի մեծությամբ։ Եթե ​​այս մեծությունները փոփոխական են, ապա օգտագործելով (5.4) բանաձևը կարելի է որոշել միջին հզորությունը մարմնի միջին արագությունը որոշելու նույն ձևով:

Հզորության հայեցակարգը ներդրվում է ցանկացած մեխանիզմով (պոմպ, կռունկ, մեքենայի շարժիչ և այլն) կատարված աշխատանքը գնահատելու համար։ Հետևաբար, (5.4) և (5.5) բանաձևերում միշտ նկատի ունի ձգողական ուժը:

SI-ում իշխանությունն արտահայտվում է Վտ (Վտ).

Հզորությունը հավասար է 1 Վտ-ի, եթե 1 Ջ-ին հավասար աշխատանք կատարվում է 1 վրկ-ում։

Վտ-ի հետ մեկտեղ օգտագործվում են հզորության ավելի մեծ (բազմակի) միավորներ.

1 կՎտ (կիլովատ) = 1000 Վտ,
1 ՄՎտ (մեգավատ) = 1,000,000 Վտ.

Գրեթե բոլորը, առանց վարանելու, կպատասխանեն՝ երկրորդում. Եվ նրանք կսխալվեն։ Ճիշտ հակառակն է. Ֆիզիկայի մեջ նկարագրված է մեխանիկական աշխատանքը հետևյալ սահմանումներով.Մեխանիկական աշխատանք կատարվում է, երբ մարմնի վրա ուժ է գործում, և այն շարժվում է։ Մեխանիկական աշխատանքը ուղիղ համեմատական ​​է կիրառվող ուժին և անցած ճանապարհին:

Մեխանիկական աշխատանքի բանաձև

Մեխանիկական աշխատանքը որոշվում է բանաձևով.

որտեղ A-ն աշխատանք է, F-ն ուժ է, s-ն անցած ճանապարհն է:

ՊՈՏԵՆՑԻԱԼ(պոտենցիալ ֆունկցիա), հասկացություն, որը բնութագրում է ֆիզիկական ուժային դաշտերի լայն դաս (էլեկտրական, գրավիտացիոն և այլն) և ընդհանրապես դաշտերը։ ֆիզիկական մեծություններ, ներկայացված վեկտորներով (հեղուկի արագության դաշտ և այլն)։ Ընդհանուր դեպքում վեկտորային դաշտի ներուժը a( x,y,զ) այսպիսի սկալյար ֆունկցիա է u(x,y,զ) որ ա=գրադ

35. Հաղորդիչներ էլեկտրական դաշտում. Էլեկտրական հզորություն.Հաղորդիչներ էլեկտրական դաշտում.Հաղորդիչները նյութեր են, որոնք բնութագրվում են դրանցում մեծ քանակությամբ ազատ լիցքակիրների առկայությամբ, որոնք կարող են շարժվել էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ։ Հաղորդիչները ներառում են մետաղներ, էլեկտրոլիտներ և ածխածին: Մետաղներում ազատ լիցքերի կրողներն ատոմների արտաքին թաղանթների էլեկտրոններն են, որոնք, երբ ատոմները փոխազդում են, ամբողջովին կորցնում են կապը «իրենց» ատոմների հետ և դառնում ամբողջ հաղորդիչի սեփականությունը որպես ամբողջություն։ Ազատ էլեկտրոնները մասնակցում են ջերմային շարժումնման է գազի մոլեկուլներին և կարող է մետաղի միջով շարժվել ցանկացած ուղղությամբ: Էլեկտրական հզորություն- հաղորդիչի հատկանիշը, էլեկտրական լիցքը կուտակելու ունակության չափանիշը: Տեսականորեն էլեկտրական սխեմաներհզորությունը երկու հաղորդիչների միջև փոխադարձ հզորությունն է. էլեկտրական շղթայի կոնդենսիվ տարրի պարամետրը, որը ներկայացված է երկու տերմինալային ցանցի տեսքով: Այս հզորությունը սահմանվում է որպես քանակի հարաբերակցություն էլեկտրական լիցքավորումայս հաղորդիչների միջև պոտենցիալ տարբերությանը

36. Զուգահեռ թիթեղավոր կոնդենսատորի հզորությունը:

Զուգահեռ թիթեղային կոնդենսատորի հզորությունը:

Դա. Հարթ կոնդենսատորի հզորությունը կախված է միայն դրա չափից, ձևից և դիէլեկտրական հաստատունից: Բարձր հզորությամբ կոնդենսատոր ստեղծելու համար անհրաժեշտ է մեծացնել թիթեղների մակերեսը և նվազեցնել դիէլեկտրական շերտի հաստությունը:

37. Հոսանքների մագնիսական փոխազդեցությունը վակուումում: Ամպերի օրենքը.Ամպերի օրենքը. 1820 թվականին Ամպերը (ֆրանսիացի գիտնական (1775-1836)) փորձնականորեն սահմանեց օրենք, որով կարելի է հաշվարկել. ուժ, որը գործում է հոսանքի երկարությամբ հաղորդիչ տարրի վրա.

որտեղ է մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորը, հոսանքի ուղղությամբ գծված հաղորդիչի երկարության տարրի վեկտորն է:

Ուժի մոդուլ, որտեղ անկյունն է հաղորդիչում հոսանքի ուղղության և մագնիսական դաշտի ինդուկցիայի ուղղության միջև: Միատարր դաշտում հոսանք կրող ուղիղ հաղորդիչի համար

Գործող ուժի ուղղությունը կարելի է որոշել՝ օգտագործելով ձախ ձեռքի կանոններ:

Եթե ​​ձախ ձեռքի ափը տեղադրված է այնպես, որ նորմալ (հոսանքի) բաղադրիչը մագնիսական դաշտըմտել է ափի մեջ, և չորս երկարացված մատները ուղղվում են հոսանքի երկայնքով, այնուհետև բթամատը ցույց կտա այն ուղղությունը, որով գործում է ամպերի ուժը:

38. Մագնիսական դաշտի ուժը. Biot-Savart-Laplace օրենքըՄագնիսական դաշտի ուժը(ստանդարտ նշանակում Ն ) - վեկտոր ֆիզիկական քանակություն, հավասար է վեկտորի տարբերությանը մագնիսական ինդուկցիա Բ Եվ մագնիսացման վեկտոր Ջ .

IN Միավորների միջազգային համակարգ (SI): Որտեղ- մագնիսական հաստատուն.

BSL օրենք.Առանձին ընթացիկ տարրի մագնիսական դաշտը որոշող օրենքը

39. Bio-Savart-Laplace օրենքի կիրառությունները.Ուղղակի հոսանքի դաշտի համար

Շրջանաձև շրջադարձի համար:

Եվ էլեկտրամագնիսական սարքի համար

40. Մագնիսական դաշտի ինդուկցիաՄագնիսական դաշտը բնութագրվում է վեկտորային մեծությամբ, որը կոչվում է մագնիսական դաշտի ինդուկցիա (վեկտորային մեծություն, որը մագնիսական դաշտին բնորոշ ուժ է տարածության տվյալ կետում)։ MI. (B) սա հաղորդիչների վրա ազդող ուժ չէ, սա մեծություն է, որը հայտնաբերվում է տվյալ ուժի միջոցով՝ համաձայն հետեւյալ բանաձեւը B=F / (I*l) (Բառացիորեն. MI վեկտորային մոդուլ. (Բ) հարաբերակցությանը հավասար F ուժի մոդուլը, որով մագնիսական դաշտը գործում է հոսանք կրող հաղորդիչի վրա, որը գտնվում է մագնիսական գծերին ուղղահայաց, I հաղորդիչում հոսանքի ուժգնությանը և հաղորդիչի երկարությանը l.Մագնիսական ինդուկցիան կախված է միայն մագնիսական դաշտից: Այս առումով ինդուկցիան կարելի է համարել մագնիսական դաշտի քանակական բնութագիր։ Այն որոշում է, թե ինչ ուժով (Լորենցի ուժ) է մագնիսական դաշտը գործում արագությամբ շարժվող լիցքի վրա։ MI-ն չափվում է տեսլաներով (1 Տեսլա): Այս դեպքում 1 T=1 N/(A*m): MI-ն ունի ուղղություն. Գրաֆիկորեն այն կարելի է ուրվագծել գծերի տեսքով: Միատեսակ մագնիսական դաշտում MI գծերը զուգահեռ են, և MI վեկտորը նույն կերպ կուղղվի բոլոր կետերում: Ոչ միատեսակ մագնիսական դաշտի դեպքում, օրինակ՝ դաշտը հոսանք կրող հաղորդիչի շուրջ, մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորը կփոխվի հաղորդիչի շուրջ տարածության յուրաքանչյուր կետում, և այս վեկտորի շոշափումները կստեղծեն հաղորդիչի շուրջ համակենտրոն շրջաններ։ .

41. Մասնիկի շարժումը մագնիսական դաշտում. Լորենցի ուժ.ա) - Եթե մասնիկը թռչում է միասնական մագնիսական դաշտի տարածք, և V վեկտորը ուղղահայաց է B վեկտորին, ապա այն շարժվում է R=mV/qB շառավղով շրջանով, քանի որ Լորենցի ուժը Fl=mV^2 է։ /R-ն կենտրոնաձիգ ուժի դեր է խաղում: Հեղափոխության ժամանակաշրջանը հավասար է T=2piR/V=2pim/qB և կախված չէ մասնիկների արագությունից (սա ճիշտ է միայն V-ի համար<<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.

Մագնիսական ուժը որոշվում է հարաբերությամբ՝ Fl = q·V·B·sina (q-ը շարժվող լիցքի մեծությունն է, V-ը նրա արագության մոդուլն է, B-ն մագնիսական դաշտի ինդուկցիայի վեկտորի մոդուլն է, ալֆան՝ անկյուն V վեկտորի և B վեկտորի միջև) Լորենցի ուժը ուղղահայաց է արագությանը և հետևաբար այն չի գործում, չի փոխում լիցքի արագության մոդուլը և դրա կինետիկ էներգիան։ Բայց արագության ուղղությունը անընդհատ փոխվում է։ Լորենցի ուժը ուղղահայաց է B և v վեկտորներին, և դրա ուղղությունը որոշվում է նույն ձախակողմյան կանոնով, ինչ ամպերի ուժի ուղղությունը. լիցքի արագությունը, մտնում է ափի մեջ, և չորս մատները ուղղված են դրական լիցքի շարժման երկայնքով (բացասականի շարժման դեմ), այնուհետև 90 աստիճանով թեքված բութ մատը ցույց կտա Լորենցի ուժի F l-ի վրա ազդող ուղղությունը։ մեղադրանքը։

Մեխանիկայի ամենակարևոր հասկացություններից է ուժի աշխատանք .

Ուժի աշխատանք

Մեզ շրջապատող աշխարհի բոլոր ֆիզիկական մարմինները շարժման են դրվում ուժով: Եթե ​​նույն կամ հակառակ ուղղությամբ շարժվող մարմնի վրա գործում է մեկ կամ մի քանի մարմնի ուժ կամ մի քանի ուժ, ապա ասում են. աշխատանքներ են տարվում .

Այսինքն՝ մեխանիկական աշխատանքն իրականացվում է մարմնի վրա ազդող ուժով։ Այսպիսով, էլեկտրական լոկոմոտիվի ձգողական ուժը շարժման մեջ է դնում ամբողջ գնացքը՝ դրանով իսկ կատարելով մեխանիկական աշխատանք։ Հեծանիվը վարում է հեծանվորդի ոտքերի մկանային ուժը։ Հետեւաբար այս ուժը նաեւ մեխանիկական աշխատանք է կատարում։

Ֆիզիկայի մեջ ուժի աշխատանք անվանել ֆիզիկական մեծություն, որը հավասար է ուժի մոդուլի արտադրյալին, ուժի կիրառման կետի տեղաշարժի մոդուլին և ուժի և տեղաշարժի վեկտորների միջև անկյան կոսինուսին:

A = F s cos (F, s) ,

Որտեղ Ֆ ուժային մոդուլ,

s – ճանապարհորդական մոդուլ .

Աշխատանքը միշտ կատարվում է, եթե ուժի և տեղաշարժի քամիների անկյունը զրո չէ: Եթե ​​ուժը գործում է շարժման ուղղությանը հակառակ ուղղությամբ, աշխատանքի ծավալը բացասական է։

Աշխատանք չի կատարվում, եթե մարմնի վրա ուժեր չեն գործում, կամ եթե կիրառվող ուժի և շարժման ուղղության միջև անկյունը 90 o է (cos 90 o = 0):

Եթե ​​ձին քաշում է սայլը, ապա ձիու մկանային ուժը կամ ձգողական ուժը, որն ուղղված է սայլի շարժման ուղղությամբ, գործում է: Բայց ծանրության ուժը, որով վարորդը սեղմում է սայլը, ոչ մի աշխատանք չի կատարում, քանի որ այն ուղղված է դեպի ներքև՝ շարժման ուղղությանը ուղղահայաց։

Ուժի աշխատանքը սկալյար մեծություն է։

Աշխատանքի միավորը SI չափման համակարգում - ջուլ. 1 ջոուլը 1 մ հեռավորության վրա 1 նյուտոն ուժի կատարած աշխատանքն է, եթե ուժի և տեղաշարժի ուղղությունները համընկնում են։

Եթե ​​մարմնի կամ նյութական կետի վրա գործում են մի քանի ուժեր, ապա մենք խոսում ենք դրանց արդյունք ուժի կատարած աշխատանքի մասին։

Եթե ​​կիրառվող ուժը հաստատուն չէ, ապա դրա աշխատանքը հաշվարկվում է որպես ինտեգրալ.

Ուժ

Այն ուժը, որը մարմնին շարժման մեջ է դնում, կատարում է մեխանիկական աշխատանք: Բայց թե ինչպես է այս աշխատանքը կատարվում արագ կամ դանդաղ, երբեմն շատ կարևոր է գործնականում իմանալ: Ի վերջո, նույն աշխատանքը կարող է ավարտվել տարբեր ժամանակներում: Աշխատանքը, որը կատարում է մեծ էլեկտրական շարժիչը, կարող է կատարվել փոքր շարժիչով: Բայց դրա համար նրան շատ ավելի շատ ժամանակ կպահանջվի։

Մեխանիկայի մեջ կա մի մեծություն, որը բնութագրում է աշխատանքի արագությունը։ Այս քանակությունը կոչվում է ուժ.

Հզորությունը որոշակի ժամանակահատվածում կատարված աշխատանքի հարաբերակցությունն է այս ժամանակահատվածի արժեքին:

N= A /∆ տ

A-priory A = Ֆ ս cos α , Ա s/∆ t = v , հետևաբար

N= Ֆ v cos α = Ֆ v ,

Որտեղ Ֆ - ուժ, v արագություն, α - ուժի ուղղության և արագության ուղղության միջև ընկած անկյունը.

Այն է ուժ - սա ուժի վեկտորի և մարմնի արագության վեկտորի սկալյար արտադրյալն է.

Միջազգային SI համակարգում հզորությունը չափվում է վտ-ով (Վտ):

1 վտ հզորությունը կազմում է 1 ջոուլ (Ջ) աշխատանք 1 վայրկյանում (վրկ):

Հզորությունը կարող է մեծանալ՝ մեծացնելով աշխատանք կատարող ուժը կամ այդ աշխատանքը կատարվող արագությունը:

Մեխանիկական աշխատանք. Աշխատանքի միավորներ.

Առօրյա կյանքում մենք ամեն ինչ հասկանում ենք «աշխատանք» հասկացությամբ։

Ֆիզիկայի մեջ հասկացությունը Աշխատանքորոշ չափով տարբեր: Դա որոշակի ֆիզիկական մեծություն է, ինչը նշանակում է, որ այն կարելի է չափել: Ֆիզիկայի մեջ այն հիմնականում ուսումնասիրվում է մեխանիկական աշխատանք .

Դիտարկենք մեխանիկական աշխատանքի օրինակներ:

Գնացքը շարժվում է էլեկտրական լոկոմոտիվի ձգողական ուժի ներքո, կատարվում է մեխանիկական աշխատանք։ Երբ հրացանը կրակում են, փոշու գազերի ճնշման ուժը գործում է. այն գնդակը տեղափոխում է տակառի երկայնքով, և գնդակի արագությունը մեծանում է:

Այս օրինակներից պարզ է դառնում, որ մեխանիկական աշխատանք է կատարվում, երբ մարմինը շարժվում է ուժի ազդեցությամբ։ Մեխանիկական աշխատանք կատարվում է նաև այն դեպքում, երբ մարմնի վրա ազդող ուժը (օրինակ՝ շփման ուժը) նվազեցնում է նրա շարժման արագությունը։

Ցանկանալով տեղափոխել պահարանը՝ ուժեղ սեղմում ենք վրան, բայց եթե այն չի շարժվում, ուրեմն մեխանիկական աշխատանք չենք կատարում։ Կարելի է պատկերացնել դեպք, երբ մարմինը շարժվում է առանց ուժերի մասնակցության (իներցիայով), այս դեպքում նույնպես մեխանիկական աշխատանք չի կատարվում։

Այսպիսով, մեխանիկական աշխատանք կատարվում է միայն այն դեպքում, երբ մարմնի վրա ուժ է գործում և այն շարժվում է .

Դժվար չէ հասկանալ, որ որքան մեծ ուժ է գործում մարմնի վրա և որքան երկար է այն ճանապարհը, որով մարմինը անցնում է այս ուժի ազդեցության տակ, այնքան մեծ է կատարված աշխատանքը:

Մեխանիկական աշխատանքն ուղիղ համեմատական ​​է կիրառվող ուժին և ուղիղ համեմատական ​​է անցած տարածությանը .

Հետևաբար, մենք պայմանավորվեցինք չափել մեխանիկական աշխատանքը ուժի արտադրյալով և այս ուժի այս ուղղությամբ անցած ճանապարհով.

աշխատանք = ուժ × ճանապարհ

Որտեղ Ա- Աշխատանք, Ֆ- ուժ և ս- անցած հեռավորությունը.

Աշխատանքի միավոր է համարվում 1 մ ուղու վրա 1N ուժի կատարած աշխատանքը:

Աշխատանքային միավոր - ջուլ (Ջ ) անվանվել է անգլիացի գիտնական Ջոուլի անունով։ Այսպիսով,

1 J = 1N մ.

Օգտագործված է նաև կիլոջոուլներ (կՋ) .

1 կՋ = 1000 Ջ.

Բանաձև A = Fsկիրառելի է, երբ ուժ Ֆհաստատուն և համընկնում է մարմնի շարժման ուղղության հետ։

Եթե ​​ուժի ուղղությունը համընկնում է մարմնի շարժման ուղղության հետ, ապա այդ ուժը դրական աշխատանք է կատարում։

Եթե ​​մարմինը շարժվում է կիրառվող ուժի ուղղությանը հակառակ ուղղությամբ, օրինակ՝ սահող շփման ուժը, ապա այդ ուժը բացասական աշխատանք է կատարում։

Եթե ​​մարմնի վրա ազդող ուժի ուղղությունը ուղղահայաց է շարժման ուղղությանը, ապա այդ ուժը չի գործում, աշխատանքը զրո է.

Հետագայում, խոսելով մեխանիկական աշխատանքի մասին, այն համառոտ կկոչենք մեկ բառով՝ աշխատանք։

Օրինակ. Հաշվե՛ք կատարված աշխատանքը 0,5 մ3 ծավալով գրանիտե սալը 20 մ բարձրության վրա բարձրացնելիս Գրանիտի խտությունը 2500 կգ/մ3 է։

Տրված է:

ρ = 2500 կգ/մ 3

Լուծում:

որտեղ F-ն այն ուժն է, որը պետք է կիրառվի սալը միատեսակ վեր բարձրացնելու համար: Այս ուժը մոդուլով հավասար է սալիկի վրա ազդող Fstrand ուժին, այսինքն՝ F = Fstrand: Իսկ ձգողականության ուժը կարելի է որոշել սալիկի զանգվածով` Fweight = gm: Հաշվենք սալիկի զանգվածը՝ իմանալով դրա ծավալը և գրանիտի խտությունը՝ m = ρV; s = h, այսինքն՝ ուղին հավասար է բարձրացման բարձրությանը:

Այսպիսով, մ = 2500 կգ/մ3 · 0,5 մ3 = 1250 կգ:

F = 9,8 Ն/կգ · 1250 կգ ≈ 12250 Ն.

A = 12,250 N · 20 մ = 245,000 J = 245 կՋ:

Պատասխանել A = 245 կՋ:

Լծակներ.Power.Energy

Տարբեր շարժիչներ պահանջում են տարբեր ժամանակներ նույն աշխատանքը ավարտելու համար: Օրինակ, շինհրապարակում գտնվող կռունկը մի քանի րոպեում հարյուրավոր աղյուսներ է բարձրացնում շենքի վերջին հարկ: Եթե ​​այս աղյուսները տեղափոխեին բանվորը, դա անելու համար նրանից մի քանի ժամ կպահանջվեր: Մեկ այլ օրինակ. Ձին հեկտար հողը կարող է հերկել 10-12 ժամում, իսկ տրակտորը՝ բազմաբաժին գութանով ( գութան- գութանի մի մասը, որը ներքևից կտրում է հողի շերտը և տեղափոխում աղբանոց. բազմաբնակարան - շատ գութաններ), այս աշխատանքը կավարտվի 40-50 րոպեում։

Հասկանալի է, որ կռունկը նույն գործն անում է ավելի արագ, քան բանվորը, իսկ տրակտորը նույն գործն անում է ավելի արագ, քան ձին։ Աշխատանքի արագությունը բնութագրվում է հատուկ մեծությամբ, որը կոչվում է հզորություն:

Հզորությունը հավասար է աշխատանքի հարաբերակցությանը այն ժամանակին, որի ընթացքում այն ​​կատարվել է:

Հզորությունը հաշվարկելու համար հարկավոր է աշխատանքը բաժանել այն ժամանակի վրա, որի ընթացքում կատարվել է այս աշխատանքը:հզորություն = աշխատանք/ժամանակ:

Որտեղ Ն- ուժ, Ա- Աշխատանք, տ- ավարտված աշխատանքի ժամանակը.

Հզորությունը հաստատուն մեծություն է, երբ նույն աշխատանքը կատարվում է ամեն վայրկյան, այլ դեպքերում հարաբերակցությունը Ա/տորոշում է միջին հզորությունը.

Նմիջին = Ա/տ . Հզորության միավոր է ընդունվում այն ​​հզորությունը, որով J աշխատանքը կատարվում է 1 վրկ-ում:

Այս միավորը կոչվում է վտ ( Վ) ի պատիվ մեկ այլ անգլիացի գիտնականի՝ Ուոթի։

1 վտ = 1 ջոուլ/1 վայրկյան, կամ 1 Վտ = 1 Ջ/վ:

Վտ (ջոուլ վայրկյանում) - Վտ (1 Ջ/վ):

Տեխնոլոգիայում լայնորեն օգտագործվում են էներգիայի ավելի մեծ միավորներ. կիլովատ (կՎտ), մեգավատ (ՄՎտ) .

1 ՄՎտ = 1,000,000 Վտ

1 կՎտ = 1000 Վտ

1 մՎտ = 0,001 Վտ

1 Վտ = 0,000001 ՄՎտ

1 Վտ = 0,001 կՎտ

1 Վտ = 1000 մՎտ

Օրինակ. Գտեք ամբարտակով հոսող ջրի հոսքի հզորությունը, եթե ջրի անկման բարձրությունը 25 մ է, իսկ հոսքի արագությունը րոպեում 120 մ3:

Տրված է:

ρ = 1000 կգ/մ3

Լուծում:

Ընկնող ջրի զանգված. m = ρV,

մ = 1000 կգ/մ3 120 մ3 = 120 000 կգ (12 104 կգ):

Ջրի վրա ազդող ձգողականությունը.

F = 9,8 մ/վ2 120,000 կգ ≈ 1,200,000 Ն (12 105 Ն)

Մեկ րոպեում հոսքով կատարված աշխատանք.

A - 1,200,000 N · 25 m = 30,000,000 J (3 · 107 J):

Հոսքի հզորությունը՝ N = A/t,

N = 30,000,000 J / 60 s = 500,000 W = 0,5 ՄՎտ:

Պատասխանել N = 0,5 ՄՎտ:

Տարբեր շարժիչներ ունեն կիլովատի հարյուրերորդ և տասներորդական հզորություն (էլեկտրական ածելիի, կարի մեքենայի շարժիչ) մինչև հարյուր հազարավոր կիլովատ (ջրի և գոլորշու տուրբիններ):

Աղյուսակ 5.

Որոշ շարժիչների հզորությունը, կՎտ.

Յուրաքանչյուր շարժիչ ունի ափսե (շարժիչի անձնագիր), որը ցույց է տալիս շարժիչի մասին որոշ տեղեկություններ, ներառյալ նրա հզորությունը:

Մարդկային հզորությունը նորմալ աշխատանքային պայմաններում կազմում է միջինը 70-80 Վտ: Աստիճաններով ցատկելիս կամ վազելիս մարդը կարող է զարգացնել մինչև 730 Վտ հզորություն, իսկ որոշ դեպքերում նույնիսկ ավելին:

N = A/t բանաձեւից հետեւում է, որ

Աշխատանքը հաշվարկելու համար անհրաժեշտ է բազմապատկել հզորությունը այն ժամանակով, որի ընթացքում կատարվել է այս աշխատանքը:

Օրինակ. Սենյակի օդափոխիչի շարժիչը ունի 35 վտ հզորություն: Որքա՞ն աշխատանք է նա անում 10 րոպեում:

Գրի առնենք խնդրի պայմանները և լուծենք այն։

Տրված է:

Լուծում:

A = 35 W * 600s = 21,000 W * s = 21,000 J = 21 կՋ:

Պատասխանել Ա= 21 կՋ:

Պարզ մեխանիզմներ.

Հին ժամանակներից մարդն օգտագործել է տարբեր սարքեր՝ մեխանիկական աշխատանքներ կատարելու համար։

Բոլորը գիտեն, որ ծանր առարկան (քար, պահարան, հաստոց), որը հնարավոր չէ ձեռքով տեղափոխել, կարելի է տեղափոխել բավականաչափ երկար փայտի՝ լծակի օգնությամբ։

Այս պահին ենթադրվում է, որ երեք հազար տարի առաջ լծակների օգնությամբ Հին Եգիպտոսում բուրգերի կառուցման ժամանակ ծանր քարե սալերը տեղափոխվել և բարձրացվել են մեծ բարձունքների։

Շատ դեպքերում, ծանր բեռը որոշակի բարձրության վրա բարձրացնելու փոխարեն, այն կարող է գլորվել կամ քաշվել նույն բարձրության վրա թեք հարթության երկայնքով կամ բարձրացնել բլոկների միջոցով:

Ուժի փոխակերպման համար օգտագործվող սարքերը կոչվում են մեխանիզմներ .

Պարզ մեխանիզմները ներառում են՝ լծակներ և դրանց տեսակները. բլոկ, դարպաս; թեք հարթություն և դրա տեսակները՝ սեպ, պտուտակ. Շատ դեպքերում պարզ մեխանիզմներ են օգտագործվում ուժ ստանալու համար, այսինքն՝ մարմնի վրա ազդող ուժը մի քանի անգամ մեծացնելու համար։

Պարզ մեխանիզմներ կան ինչպես կենցաղային, այնպես էլ բոլոր բարդ արդյունաբերական և արդյունաբերական մեքենաներում, որոնք կտրում, ոլորում և դրոշմում են մեծ պողպատե թերթերը կամ գծում են լավագույն թելերը, որոնցից հետո պատրաստվում են գործվածքներ: Նույն մեխանիզմները կարելի է գտնել ժամանակակից համալիր ավտոմատ մեքենաներում, տպագրական և հաշվիչ մեքենաներում:

Լծակի թեւ. Ուժերի հավասարակշռությունը լծակի վրա.

Դիտարկենք ամենապարզ և ամենատարածված մեխանիզմը՝ լծակը։

Լծակը կոշտ մարմին է, որը կարող է պտտվել ֆիքսված հենարանի շուրջ:

Նկարները ցույց են տալիս, թե ինչպես է բանվորը օգտագործում լոմպը՝ որպես լծակ՝ բեռ բարձրացնելու համար։ Առաջին դեպքում աշխատողը ուժով Ֆսեղմում է լամպի ծայրը Բ, երկրորդում - բարձրացնում է վերջը Բ.

Աշխատողը պետք է հաղթահարի բեռի ծանրությունը Պ- ուղղահայաց դեպի ներքև ուղղված ուժ: Դա անելու համար նա պտտում է լամարը միակ միջով անցնող առանցքի շուրջ անշարժբեկման կետը նրա աջակցության կետն է ՄԱՍԻՆ. Ուժ Ֆորի հետ աշխատողը գործում է լծակի վրա ավելի քիչ ուժ է Պ, այսպիսով աշխատողը ստանում է ուժ ձեռք բերել. Լծակի օգնությամբ դուք կարող եք բարձրացնել այնպիսի ծանր բեռ, որ դուք չեք կարող ինքնուրույն բարձրացնել այն:

Նկարում պատկերված է լծակ, որի պտտման առանցքն է ՄԱՍԻՆ(հենակետ) գտնվում է ուժերի կիրառման կետերի միջև ԱԵվ IN. Մեկ այլ նկարում պատկերված է այս լծակի դիագրամը: Երկու ուժերն էլ Ֆ 1 և ՖԼծակի վրա գործող 2-ն ուղղված են մեկ ուղղությամբ:

Հենակետի և այն ուղիղ գծի միջև ամենակարճ հեռավորությունը, որով ուժը գործում է լծակի վրա, կոչվում է ուժի թեւ:

Ուժի թեւը գտնելու համար անհրաժեշտ է ուղղահայացն իջեցնել հենակետից դեպի ուժի գործողության գիծ:

Այս ուղղահայաց երկարությունը կլինի այս ուժի թեւը: Նկարը ցույց է տալիս, որ ՕԱ- ուսի ուժը Ֆ 1; ՕԲ- ուսի ուժը Ֆ 2. Լծակի վրա ազդող ուժերը կարող են այն պտտել իր առանցքի շուրջ երկու ուղղությամբ՝ ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ կամ հակառակ ուղղությամբ: Այո, ուժ Ֆ 1-ը պտտում է լծակը ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ, իսկ ուժը Ֆ 2-ը պտտում է այն հակառակ ուղղությամբ:

Այն պայմանը, որի դեպքում լծակը գտնվում է հավասարակշռության մեջ՝ նրա վրա կիրառվող ուժերի ազդեցության տակ, կարող է սահմանվել փորձարարական եղանակով։ Պետք է հիշել, որ ուժի գործողության արդյունքը կախված է ոչ միայն նրա թվային արժեքից (մոդուլից), այլև այն կետից, որտեղ այն կիրառվում է մարմնի վրա կամ ինչպես է այն ուղղված:

Տարբեր կշիռներ կախվում են լծակից (տես նկարը) հենակետի երկու կողմերում այնպես, որ ամեն անգամ լծակը մնա հավասարակշռության մեջ: Լծակի վրա ազդող ուժերը հավասար են այդ բեռների կշիռներին։ Յուրաքանչյուր դեպքի համար չափվում են ուժային մոդուլները և դրանց ուսերը: Նկար 154-ում ցուցադրված փորձից պարզ է դառնում, որ ուժը 2 Նհավասարակշռում է ուժը 4 Ն. Այս դեպքում, ինչպես երևում է նկարից, ավելի փոքր ամրության ուսը 2 անգամ մեծ է ավելի մեծ ամրության ուսից։

Նման փորձերի հիման վրա սահմանվել է լծակի հավասարակշռության պայմանը (կանոնը)։

Լծակը գտնվում է հավասարակշռության մեջ, երբ դրա վրա ազդող ուժերը հակադարձ համեմատական ​​են այդ ուժերի բազուկներին:

Այս կանոնը կարելի է գրել որպես բանաձև.

Ֆ 1/Ֆ 2 = լ 2/ լ 1 ,

Որտեղ Ֆ 1ԵվՖ 2 - լծակի վրա գործող ուժեր, լ 1Եվլ 2 , - այս ուժերի ուսերը (տես նկարը):

Լծակների հավասարակշռության կանոնը սահմանել է Արքիմեդը մոտ 287 - 212 թվականներին։ մ.թ.ա ե. (բայց վերջին պարբերությունում ասվում էր, որ լծակներն օգտագործել են եգիպտացիները, թե՞ այստեղ «կայացած» բառը կարևոր դեր է խաղում):

Այս կանոնից հետևում է, որ ավելի փոքր ուժ կարող է օգտագործվել լծակի միջոցով ավելի մեծ ուժը հավասարակշռելու համար: Թող լծակի մի թեւը մյուսից 3 անգամ մեծ լինի (տես նկարը): Այնուհետև B կետում, օրինակ, 400 Ն ուժ կիրառելով, կարող եք բարձրացնել 1200 Ն կշռող քարը: Էլ ավելի ծանր բեռ բարձրացնելու համար հարկավոր է մեծացնել լծակի թևի երկարությունը, որի վրա գործում է աշխատողը:

Օրինակ. Աշխատողը լծակի միջոցով բարձրացնում է 240 կգ կշռող սալաքար (տե՛ս նկ. 149): Ի՞նչ ուժ է նա կիրառում 2,4 մ ավելի մեծ լծակին, եթե փոքր թեւը 0,6 մ է:

Գրի առնենք խնդրի պայմանները և լուծենք այն։

Տրված է:

Լուծում:

Ըստ լծակի հավասարակշռության կանոնի՝ F1/F2 = l2/l1, որտեղից F1 = F2 l2/l1, որտեղ F2 = P քարի կշիռն է։ Քարի քաշը asd = gm, F = 9,8 N 240 կգ ≈ 2400 N

Այնուհետեւ, F1 = 2400 N · 0.6 / 2.4 = 600 N:

Պատասխանել F1 = 600 Ն.

Մեր օրինակում աշխատողը հաղթահարում է 2400 Ն ուժ՝ լծակի վրա գործադրելով 600 Ն ուժ, բայց այս դեպքում ձեռքը, որի վրա գործում է բանվորը, 4 անգամ ավելի երկար է, քան այն, որի վրա գործում է քարի քաշը։ ( լ 1 : լ 2 = 2,4 մ: 0,6 մ = 4):

Կիրառելով լծակների կանոնը՝ ավելի փոքր ուժը կարող է հավասարակշռել ավելի մեծ ուժը: Այս դեպքում ավելի փոքր ուժի ուսը պետք է ավելի երկար լինի, քան ավելի մեծ ուժ ունեցող ուսը:

Իշխանության պահը.

Դուք արդեն գիտեք լծակի հավասարակշռության կանոնը.

Ֆ 1 / Ֆ 2 = լ 2 / լ 1 ,

Օգտագործելով համամասնության հատկությունը (նրա ծայրահեղ անդամների արտադրյալը հավասար է միջին անդամների արտադրյալին), այն գրում ենք այս ձևով.

Ֆ 1լ 1 = Ֆ 2 լ 2 .

Հավասարման ձախ կողմում ուժի արտադրյալն է Ֆ 1 նրա ուսին լ 1, իսկ աջ կողմում՝ ուժի արտադրյալ Ֆ 2 նրա ուսին լ 2 .

Մարմինը և նրա ուսը պտտող ուժի մոդուլի արտադրյալը կոչվում է ուժի պահը; այն նշվում է M տառով: Սա նշանակում է

Լծակը գտնվում է հավասարակշռության մեջ երկու ուժերի ազդեցությամբ, եթե այն պտտվող ուժի պահը հավասար է ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ պտտվող ուժի պահին:

Այս կանոնը կոչվում է պահերի կանոն , կարելի է գրել որպես բանաձև.

M1 = M2

Իրոք, մեր դիտարկած փորձի մեջ (§ 56) գործող ուժերը հավասար էին 2 N և 4 N, նրանց ուսերը համապատասխանաբար կազմում էին 4 և 2 լծակի ճնշում, այսինքն՝ այդ ուժերի պահերը նույնն են, երբ լծակը հավասարակշռության մեջ է։ .

Ուժի պահը, ինչպես ցանկացած ֆիզիկական մեծություն, կարելի է չափել։ Ուժի մոմենտի միավոր է ընդունվում 1 Ն ուժի մոմենտը, որի թեւը ուղիղ 1 մ է։

Այս միավորը կոչվում է նյուտոն մետր (N մ).

Ուժի պահը բնութագրում է ուժի գործողությունը և ցույց է տալիս, որ այն միաժամանակ կախված է ինչպես ուժի մոդուլից, այնպես էլ դրա լծակից: Իսկապես, մենք արդեն գիտենք, օրինակ, որ դռան վրա ուժի ազդեցությունը կախված է ինչպես ուժի մեծությունից, այնպես էլ ուժի կիրառման վայրից: Որքան հեշտ է դուռը շրջել, այնքան պտտման առանցքից հեռու է կիրառվում դրա վրա ազդող ուժը։ Ավելի լավ է ընկույզն արձակել երկար պտուտակով, քան կարճ պտուտակով։ Որքան հեշտ է դույլը ջրհորից բարձրացնելը, այնքան երկար է դարպասի բռնակը և այլն։

Լծակներ տեխնոլոգիայի, կենցաղի և բնության մեջ.

Լծակների կանոնը (կամ պահերի կանոնը) ընկած է տեխնոլոգիայի և առօրյա կյանքում օգտագործվող տարբեր տեսակի գործիքների և սարքերի գործողության հիմքում, որտեղ պահանջվում է ուժի ձեռքբերում կամ ճանապարհորդություն:

Մկրատների հետ աշխատելիս մենք ուժ ունենք: Մկրատ - սա լծակ է(FF), որի ռոտացիայի առանցքը տեղի է ունենում մկրատների երկու կեսերը կապող պտուտակով: Գործող ուժ Ֆ 1-ը մկրատը բռնելով մարդու ձեռքի մկանային ուժն է: Հակուժ Ֆ 2-ը մկրատով կտրված նյութի դիմադրության ուժն է: Կախված մկրատների նպատակից, նրանց դիզայնը տատանվում է: Գրասենյակային մկրատ, որոնք նախատեսված են թուղթ կտրելու համար, ունեն երկար շեղբեր եւ բռնակներ, որոնք գրեթե նույն երկարությունն են: Թերթը կտրելը շատ ուժ չի պահանջում, եւ երկար սայրը հեշտացնում է ուղիղ գծով կտրելը: Մետաղական թիթեղը կտրելու համար մկրատները (նկ.) ունեն բռնակներ շատ ավելի երկար, քան սայրերը, քանի որ մետաղի դիմադրողական ուժը մեծ է, և այն հավասարակշռելու համար գործող ուժի թեւը պետք է զգալիորեն մեծացվի: Բռնակների երկարության եւ կտրման մասի հեռավորության եւ պտույտի առանցքի հեռավորությունը նույնիսկ ավելի մեծ է մետաղալար կտրիչներ(նկ.), որը նախատեսված է մետաղալար կտրելու համար։

Շատ մեքենաներ ունեն տարբեր տեսակի լծակներ: Կարի մեքենայի բռնակը, հեծանիվի ոտնակները կամ ձեռքի արգելակները, մեքենայի և տրակտորի ոտնակները և դաշնամուրի ստեղները այս մեքենաներում և գործիքներում օգտագործվող լծակների օրինակներ են:

Լծակների օգտագործման օրինակներ են արատների եւ աշխատատեղերի բռնակները, հորատման մեքենայի լծակը եւ այլն:

Լծակի կշեռքի գործողությունը հիմնված է լծակի սկզբունքի վրա (Նկար): Նկար 48-ում (էջ 42) ներկայացված մարզման կշեռքները գործում են որպես հավասար ձեռքի լծակ . IN տասնորդական կշեռքներՈւսը, որից կախված է կշիռներով բաժակը, 10 անգամ ավելի երկար է, քան բեռը կրող ուսը։ Սա շատ ավելի հեշտ է դարձնում մեծ բեռների կշռումը: Տասնորդական սանդղակով բեռը կշռելիս պետք է կշիռների զանգվածը բազմապատկել 10-ով։

Վագոնների բեռնատար վագոնների կշռման կշեռքի սարքը նույնպես հիմնված է լծակի կանոնի վրա։

Լծակներ հանդիպում են նաև կենդանիների և մարդկանց մարմնի տարբեր մասերում։ Դրանք են, օրինակ, ձեռքերը, ոտքերը, ծնոտները։ Շատ լծակներ կարելի է գտնել միջատների մարմնում (միջատների և նրանց մարմնի կառուցվածքի մասին գիրք կարդալով), թռչունների և բույսերի կառուցվածքում։

Լծակի հավասարակշռության օրենքի կիրառումը բլոկի նկատմամբ.

ԱրգելափակելԱյն ակոսով անիվ է՝ ամրացված պահարանի մեջ։ Բլոկի ակոսով անցնում են պարան, մալուխ կամ շղթա։

Ֆիքսված բլոկ Սա կոչվում է բլոկ, որի առանցքը ամրացված է և չի բարձրանում կամ ընկնում բեռներ բարձրացնելիս (նկ.):

Ֆիքսված բլոկը կարելի է համարել հավասարազոր լծակ, որի մեջ ուժերի թեւերը հավասար են անիվի շառավղին (նկ). OA = OB = r. Նման բլոկը ուժի ավելացում չի ապահովում: ( Ֆ 1 = Ֆ 2), բայց թույլ է տալիս փոխել ուժի ուղղությունը: Շարժական բլոկ - սա բլոկ է: որի առանցքը բարձրանում և իջնում ​​է բեռի հետ մեկտեղ (նկ.): Նկարը ցույց է տալիս համապատասխան լծակը. ՄԱՍԻՆ- լծակի հենակետային կետը, ՕԱ- ուսի ուժը ՌԵվ ՕԲ- ուսի ուժը Ֆ. Քանի որ ուսի ՕԲ 2 անգամ ուսին ՕԱ, ապա ուժը Ֆ 2 անգամ ավելի քիչ ուժ Ռ:

F = P/2 .

Այսպիսով, շարժական բլոկը տալիս է ամրության 2 անգամ ավելացում .

Դա կարելի է ապացուցել՝ օգտագործելով ուժի պահ հասկացությունը։ Երբ բլոկը հավասարակշռության մեջ է, ուժերի պահերը ՖԵվ Ռիրար հավասար. Բայց ուժի ուսը Ֆ 2 անգամ ավելի լծակ Ռ, և, հետևաբար, հենց իշխանությունը Ֆ 2 անգամ ավելի քիչ ուժ Ռ.

Սովորաբար գործնականում օգտագործվում է ֆիքսված բլոկի և շարժականի համադրություն (նկ.): Ֆիքսված բլոկը օգտագործվում է միայն հարմարության համար: Այն ուժով շահույթ չի տալիս, բայց փոխում է ուժի ուղղությունը։ Օրինակ, այն թույլ է տալիս գետնին կանգնած բեռ բարձրացնել: Սա օգտակար է շատ մարդկանց կամ աշխատողների համար: Այնուամենայնիվ, դա սովորականից 2 անգամ ավելի մեծ ուժ է տալիս:

Աշխատանքի հավասարությունը պարզ մեխանիզմների կիրառման ժամանակ. Մեխանիկայի «Ոսկե կանոն».

Մեր դիտարկած պարզ մեխանիզմներն օգտագործվում են աշխատանք կատարելիս այն դեպքերում, երբ անհրաժեշտ է մեկ ուժի ազդեցությամբ հավասարակշռել մեկ այլ ուժ։

Բնականաբար, հարց է առաջանում. իշխանության կամ ուղու ձեռքբերում տալով հանդերձ, պարզ մեխանիզմները աշխատանքի մեջ շահույթ չե՞ն տալիս։ Այս հարցի պատասխանը կարելի է ստանալ փորձից:

Լծակի վրա երկու տարբեր մեծության ուժեր հավասարակշռելով Ֆ 1 և Ֆ 2 (նկ.), դրեք լծակը շարժման մեջ։ Ստացվում է, որ միաժամանակ ավելի փոքր ուժի կիրառման կետը Ֆ 2-ն ավելի հեռուն է գնում ս 2, և ավելի մեծ ուժի կիրառման կետը Ֆ 1 - ավելի կարճ ճանապարհ ս 1. Չափելով այս ուղիները և ուժային մոդուլները՝ մենք գտնում ենք, որ լծակի վրա ուժերի կիրառման կետերի անցած ուղիները հակադարձ համեմատական ​​են ուժերին.

ս 1 / ս 2 = Ֆ 2 / Ֆ 1.

Այսպիսով, գործելով լծակի երկար թևի վրա՝ մենք ուժ ենք ստանում, բայց միևնույն ժամանակ նույնքանով կորցնում ենք ճանապարհին։

Ուժի արտադրանք Ֆճանապարհին սաշխատանք կա. Մեր փորձերը ցույց են տալիս, որ լծակի վրա կիրառվող ուժերի կատարած աշխատանքը հավասար է միմյանց.

Ֆ 1 ս 1 = Ֆ 2 ս 2, այսինքն. Ա 1 = Ա 2.

Այսպիսով, Լծակներ օգտագործելիս դուք չեք կարողանա հաղթել աշխատանքում:

Օգտագործելով լծակներ՝ մենք կարող ենք ձեռք բերել կա՛մ ուժ, կա՛մ հեռավորություն: Լծակի կարճ թևին ուժ գործադրելով՝ մենք ձեռք ենք բերում հեռավորության վրա, բայց կորցնում ենք նույնքան ուժով։

Լեգենդ կա, որ Արքիմեդը, հիացած լծակների կանոնի հայտնաբերմամբ, բացականչել է.

Իհարկե, Արքիմեդը չէր կարող գլուխ հանել նման առաջադրանքից, եթե նույնիսկ նրան տրվեր հենարան (որը պետք է լիներ Երկրից դուրս) և անհրաժեշտ երկարության լծակ։

Երկիրն ընդամենը 1 սմ բարձրացնելու համար լծակի երկար թեւը պետք է նկարագրեր հսկայական երկարությամբ աղեղ: Լծակի երկար ծայրը այս ճանապարհով տեղափոխելու համար միլիոնավոր տարիներ կպահանջվեն, օրինակ՝ 1 մ/վ արագությամբ:

Անշարժ բլոկը աշխատանքում որևէ օգուտ չի տալիս,որը հեշտ է ստուգել փորձարարական եղանակով (տես նկարը): Ուժերի կիրառման կետերով անցած ուղիները ՖԵվ Ֆ, նույնն են, ուժերը նույնն են, ինչը նշանակում է, որ աշխատանքը նույնն է։

Դուք կարող եք չափել և համեմատել կատարված աշխատանքը շարժվող բլոկի օգնությամբ։ Շարժական բլոկի միջոցով բեռը h բարձրության վրա բարձրացնելու համար անհրաժեշտ է պարանի ծայրը, որին ամրացված է դինամոմետրը, ինչպես ցույց է տալիս փորձը (նկ.), տեղափոխել 2ժ բարձրության վրա։

Այսպիսով, ուժի 2 անգամ ավելացում ստանալով՝ ճանապարհին կորցնում են 2 անգամ, հետևաբար շարժական բլոկը աշխատանքում շահույթ չի տալիս։

Դա ցույց է տվել դարավոր պրակտիկան Մեխանիզմներից ոչ մեկը կատարողականի առավելություն չի տալիս:Նրանք օգտագործում են տարբեր մեխանիզմներ, որպեսզի հաղթեն ուժով կամ ճանապարհորդության մեջ՝ կախված աշխատանքային պայմաններից։

Արդեն հին գիտնականները գիտեին բոլոր մեխանիզմների համար կիրառելի կանոն. Անկախ նրանից, թե քանի անգամ ենք մենք հաղթում ուժով, նույնքան անգամ ենք պարտվում հեռավորության վրա: Այս կանոնը կոչվել է մեխանիկայի «ոսկե կանոն»։

Մեխանիզմի արդյունավետությունը.

Լծակի դիզայնը և գործողությունը դիտարկելիս մենք հաշվի չենք առել շփումը, ինչպես նաև լծակի քաշը։ Այս իդեալական պայմաններում կիրառվող ուժի կողմից կատարված աշխատանքը (մենք կանվանենք այս աշխատանք լի), հավասար է օգտակարաշխատել բեռներ բարձրացնելու կամ ցանկացած դիմադրության հաղթահարման վրա.

Գործնականում մեխանիզմի կողմից կատարված ընդհանուր աշխատանքը միշտ մի փոքր ավելի մեծ է, քան օգտակար աշխատանքը:

Աշխատանքի մի մասը կատարվում է մեխանիզմում շփման ուժի դեմ և նրա առանձին մասերը շարժելով։ Այսպիսով, շարժական բլոկ օգտագործելիս պետք է լրացուցիչ աշխատանք կատարել բլոկն ինքնին, պարանը բարձրացնելու և բլոկի առանցքում շփման ուժը որոշելու համար:

Ինչ մեխանիզմ էլ որ վերցնենք, դրա օգնությամբ կատարված օգտակար աշխատանքը միշտ կազմում է ընդհանուր աշխատանքի միայն մի մասը։ Սա նշանակում է, օգտակար աշխատանքը նշելով Ap տառով, ընդհանուր (ծախսված) աշխատանքը Az տառով, կարող ենք գրել.

Վերև< Аз или Ап / Аз < 1.

Ընդհանուր աշխատանքի համար օգտակար աշխատանքի հարաբերակցությունը կոչվում է մեխանիզմի արդյունավետություն:

Արդյունավետության գործոնը կրճատվում է որպես արդյունավետություն:

Արդյունավետություն = Ap / Az.

Արդյունավետությունը սովորաբար արտահայտվում է որպես տոկոս եւ նշվում է հունական տառով η տառով, կարդացեք որպես «ETA»:

η = Ap / Az · 100%.

Օրինակ 100 կգ քաշով բեռը կախված է լծակի կարճ թևի վրա: Այն բարձրացնելու համար երկար թեւի վրա կիրառվում է 250 N ուժ, բեռը բարձրացվում է h1 = 0,08 մ բարձրության վրա, մինչդեռ շարժիչ ուժի կիրառման կետը իջնում ​​է մինչև h2 = 0,4 մ բարձրության վրա: Գտեք լծակի արդյունավետությունը.

Գրի առնենք խնդրի պայմանները և լուծենք այն։

Տրված է :

Լուծում :

η = Ap / Az · 100%.

Ընդհանուր (ծախսված) աշխատանք Az = Fh2:

Օգտակար աշխատանք Ap = Рh1

P = 9,8 100 կգ ≈ 1000 Ն.

Ap = 1000 N · 0.08 = 80 J.

Ազ = 250 Ն · 0,4 մ = 100 Ջ:

η = 80 J/100 J 100% = 80%.

Պատասխանել : η = 80%.

Բայց «ոսկե կանոնը» գործում է նաև այս դեպքում։ Օգտակար աշխատանքի մի մասը՝ դրա 20%-ը, ծախսվում է լծակի առանցքի շփման և օդի դիմադրության, ինչպես նաև հենց լծակի շարժման վրա։

Ցանկացած մեխանիզմի արդյունավետությունը միշտ 100%-ից պակաս է։ Մեխանիզմներ նախագծելիս մարդիկ ձգտում են բարձրացնել դրանց արդյունավետությունը։ Դրան հասնելու համար մեխանիզմների առանցքներում շփումը և դրանց քաշը կրճատվում են:

Էներգիա.

Գործարաններում և գործարաններում մեքենաներն ու մեքենաները շարժվում են էլեկտրական շարժիչներով, որոնք սպառում են էլեկտրական էներգիա (այստեղից էլ անվանումը)։

Սեղմված զսպանակը (նկ.), երբ ուղղվում է, աշխատում է, բեռը բարձրացնում է կամ սայլը շարժվում։ Գետնից վեր բարձրացած անշարժ բեռը չի աշխատում, բայց եթե այս բեռը ընկնի, այն կարող է աշխատել (օրինակ՝ կարող է կույտ քշել գետնին): Յուրաքանչյուր շարժվող մարմին ունի աշխատանք կատարելու ունակություն։ Այսպիսով, պողպատե գնդիկը (թուզ), որը գլորվում է թեք հարթությունից ցած՝ հարվածելով B փայտե բլոկին, այն տեղափոխում է որոշակի հեռավորություն։ Միաժամանակ աշխատանքներ են տարվում։ Եթե ​​մարմինը կամ մի քանի փոխազդող մարմիններ (մարմինների համակարգ) կարող են աշխատել, ասում են, որ դրանք ունեն էներգիա: Էներգիա - ֆիզիկական մեծություն, որը ցույց է տալիս, թե որքան աշխատանք կարող է կատարել մարմինը (կամ մի քանի մարմին): Էներգիան SI համակարգում արտահայտվում է աշխատանքի նույն միավորներով, այսինքն ջոուլներ. Որքան շատ աշխատանք կարող է կատարել մարմինը, այնքան ավելի շատ էներգիա ունի: Երբ աշխատանքը կատարվում է, մարմինների էներգիան փոխվում է։ Կատարված աշխատանքը հավասար է էներգիայի փոփոխությանը։ Պոտենցիալ և կինետիկ էներգիա: Պոտենցիալ (լատ.հզորություն - հնարավորություն) էներգիան այն էներգիան է, որը որոշվում է փոխազդող մարմինների և նույն մարմնի մասերի հարաբերական դիրքով: Պոտենցիալ էներգիան, օրինակ, տիրապետում է Երկրի մակերևույթի համեմատ բարձրացած մարմնին, քանի որ էներգիան կախված է նրա և Երկրի հարաբերական դիրքից: և նրանց փոխադարձ գրավչությունը: Եթե ​​Երկրի վրա ընկած մարմնի պոտենցիալ էներգիան համարենք զրոյական, ապա որոշակի բարձրության վրա բարձրացված մարմնի պոտենցիալ էներգիան կորոշվի գրավիտացիայի աշխատանքով, երբ մարմինն ընկնում է Երկրի վրա: Նշենք մարմնի պոտենցիալ էներգիան Ե n, քանի որ E = Ա, իսկ աշխատանքը, ինչպես գիտենք, հավասար է ուժի և ճանապարհի արտադրյալին, ուրեմն A = Fh, Որտեղ Ֆ- ձգողականություն. Սա նշանակում է, որ En պոտենցիալ էներգիան հավասար է. E = Fh, կամ E = gmh, Որտեղ է- ձգողության արագացում, մ- մարմնի զանգված, հ- այն բարձրությունը, որին բարձրացված է մարմինը. Պատնեշների մոտ պահվող գետերի ջուրն ունի հսկայական պոտենցիալ էներգիա: Ընկնելով՝ ջուրն աշխատում է՝ քշելով էլեկտրակայանների հզոր տուրբինները։ Կոպրա մուրճի պոտենցիալ էներգիան (նկ.) օգտագործվում է շինարարության մեջ՝ կույտերի քշելու աշխատանքը կատարելու համար։ Զսպանակով դուռը բացելիս աշխատանքներ են կատարվում զսպանակի ձգման (կամ սեղմելու) ուղղությամբ։ Ձեռք բերված էներգիայի շնորհիվ զսպանակը կծկվելով (կամ ուղղվելով) աշխատում է՝ փակելով դուռը։ Սեղմված և չոլորված աղբյուրների էներգիան օգտագործվում է, օրինակ, ժամացույցների, զանազան քամու խաղալիքների մեջ և այլն։ Ցանկացած առաձգական դեֆորմացված մարմին ունի պոտենցիալ էներգիա:Սեղմված գազի պոտենցիալ էներգիան օգտագործվում է ջերմային շարժիչների շահագործման մեջ, մուրճերի մեջ, որոնք լայնորեն կիրառվում են հանքարդյունաբերության մեջ, ճանապարհաշինության, կոշտ հողի պեղումների և այլն։ Այն էներգիան, որը մարմինը տիրապետում է իր շարժման արդյունքում, կոչվում է կինետիկ (հունարենից.կինեմա - շարժում) էներգիա: Մարմնի կինետիկ էներգիան նշվում է տառով ԵԴեպի. Շարժվող ջուրը, վարելով հիդրոէլեկտրակայանների տուրբինները, ծախսում է իր կինետիկ էներգիան և աշխատում։ Շարժվող օդը՝ քամին, նույնպես ունի կինետիկ էներգիա։ Ինչից է կախված կինետիկ էներգիան: Եկեք դիմենք փորձին (տես նկարը): Եթե ​​գլորում եք A գնդակը տարբեր բարձունքներից, ապա կնկատեք, որ որքան մեծ բարձրությունից է գլորվում գնդակը, այնքան մեծ է նրա արագությունը և որքան ավելի է շարժվում բլոկը, այսինքն՝ ավելի շատ աշխատանք է կատարում: Սա նշանակում է, որ մարմնի կինետիկ էներգիան կախված է նրա արագությունից։ Իր արագության շնորհիվ թռչող փամփուշտը բարձր կինետիկ էներգիա ունի։ Մարմնի կինետիկ էներգիան նույնպես կախված է նրա զանգվածից։ Եկեք նորից անենք մեր փորձը, բայց թեք հարթությունից կգլորենք ավելի մեծ զանգվածի ևս մեկ գնդակ: Բ-ն ավելի առաջ կշարժվի, այսինքն՝ ավելի շատ աշխատանք կկատարվի: Սա նշանակում է, որ երկրորդ գնդակի կինետիկ էներգիան ավելի մեծ է, քան առաջինը: Որքան մեծ է մարմնի զանգվածը և նրա շարժման արագությունը, այնքան մեծ է նրա կինետիկ էներգիան։ Մարմնի կինետիկ էներգիան որոշելու համար օգտագործվում է բանաձևը. Ek = mv^2 /2, Որտեղ մ- մարմնի զանգված, v- մարմնի շարժման արագությունը. Տեխնոլոգիայում օգտագործվում է մարմինների կինետիկ էներգիան։ Պատնեշի կողմից պահվող ջուրը, ինչպես արդեն նշվեց, մեծ պոտենցիալ էներգիա ունի։ Երբ ջուրն ընկնում է պատնեշից, այն շարժվում է և ունի նույն բարձր կինետիկ էներգիան։ Այն շարժում է տուրբին, որը միացված է էլեկտրական հոսանքի գեներատորին։ Ջրի կինետիկ էներգիայի շնորհիվ առաջանում է էլեկտրական էներգիա։ Շարժվող ջրի էներգիան մեծ նշանակություն ունի ազգային տնտեսության մեջ։ Այս էներգիան օգտագործվում է հզոր հիդրոէլեկտրակայանների միջոցով։ Ընկնող ջրի էներգիան էներգիայի էկոլոգիապես մաքուր աղբյուր է, ի տարբերություն վառելիքի էներգիայի: Բնության բոլոր մարմինները, պայմանական զրոյական արժեքի համեմատ, ունեն կամ պոտենցիալ կամ կինետիկ էներգիա, իսկ երբեմն երկուսն էլ միասին: Օրինակ՝ թռչող ինքնաթիռը Երկրի համեմատ ունի և՛ կինետիկ, և՛ պոտենցիալ էներգիա: Մենք ծանոթացանք երկու տեսակի մեխանիկական էներգիայի հետ. Էներգիայի այլ տեսակներ (էլեկտրական, ներքին և այլն) կքննարկվեն ֆիզիկայի դասընթացի այլ բաժիններում: Մեխանիկական էներգիայի մի տեսակ փոխակերպում մյուսի: Մի տեսակի մեխանիկական էներգիան մյուսի վերածելու ֆենոմենը շատ հարմար է դիտարկել նկարում ներկայացված սարքի վրա։ Թելը առանցքի վրա փաթաթելով՝ սարքի սկավառակը բարձրացվում է։ Վերև բարձրացված սկավառակը որոշակի պոտենցիալ էներգիա ունի: Եթե ​​դուք բաց թողնեք այն, այն կպտտվի և կսկսի ընկնել: Երբ այն ընկնում է, սկավառակի պոտենցիալ էներգիան նվազում է, բայց միևնույն ժամանակ մեծանում է նրա կինետիկ էներգիան։ Աշնան վերջում սկավառակն ունի կինետիկ էներգիայի այնպիսի պաշար, որ այն կարող է նորից բարձրանալ մինչև նախկին բարձրությունը։ (Էներգիայի մի մասը ծախսվում է շփման ուժի դեմ աշխատելով, ուստի սկավառակը չի հասնում իր սկզբնական բարձրությանը): Այս փորձի ժամանակ, երբ սկավառակը շարժվում է դեպի ներքև, նրա պոտենցիալ էներգիան վերածվում է կինետիկ էներգիայի, իսկ երբ այն շարժվում է դեպի վեր, կինետիկ էներգիան վերածվում է պոտենցիալ էներգիայի։ Էներգիայի մեկ տեսակից մյուսին վերափոխումը տեղի է ունենում նաեւ այն դեպքում, երբ երկու առաձգական մարմին բախվում են, օրինակ, հատակին ռետինե գնդակը կամ պողպատե ափսեի վրա պողպատե գնդակը: Եթե ​​դուք պողպատե գնդիկ (բրինձ) բարձրացնեք պողպատե ափսեի վրա և բաց թողնեք այն ձեր ձեռքերից, այն կընկնի: Երբ գնդակն ընկնում է, նրա պոտենցիալ էներգիան նվազում է, իսկ կինետիկ էներգիան մեծանում է, քանի որ գնդակի արագությունը մեծանում է: Երբ գնդակը դիպչում է ափսեին, և՛ գնդակը, և՛ ափսեը կսեղմվեն: Կինետիկ էներգիան, որն ուներ գնդակը, կվերածվի սեղմված ափսեի և սեղմված գնդակի պոտենցիալ էներգիայի: Այնուհետև առաձգական ուժերի գործողության շնորհիվ թիթեղը և գնդակը կստանան իրենց սկզբնական ձևը։ Գնդակը ցատկելու է սալաքարից, եւ նրանց պոտենցիալ էներգիան կրկին վերածվելու է գնդակի կինետիկ էներգիայի. Գնդակը կթողնի արագությամբ գրեթե հավասար արագությամբ, այն հարվածել է այն պահին, երբ նա ունեցել է այն արագությամբ, երբ այն հարվածեց այն պահին, երբ այն հարվածեց այն պահին, երբ նա ունեցել է այն պահին, երբ նա ունեցել է այն արագությամբ, երբ այն հարվածեց այն արագությամբ: Երբ գնդակը բարձրանում է դեպի վեր, գնդակի արագությունը և, հետևաբար, նրա կինետիկ էներգիան նվազում է, մինչդեռ պոտենցիալ էներգիան մեծանում է: Ցատկելով ափսեից՝ գնդակը բարձրանում է գրեթե նույն բարձրության վրա, որտեղից այն սկսեց ընկնել։ Վերելքի վերին կետում նրա ողջ կինետիկ էներգիան կրկին կվերածվի պոտենցիալի: Բնական երեւույթները սովորաբար ուղեկցվում են էներգիայի մի տեսակի փոխակերպմամբ մյուսի։ Էներգիան կարող է փոխանցվել մի մարմնից մյուսը: Օրինակ, նետաձգության ժամանակ ձգված աղեղնաշարի պոտենցիալ էներգիան վերածվում է թռչող նետի կինետիկ էներգիայի:

Որպեսզի կարողանանք բնութագրել շարժման էներգետիկ բնութագրերը, ներդրվեց մեխանիկական աշխատանքի հասկացությունը։ Եվ հոդվածը նվիրված է դրան իր տարբեր դրսեւորումներով։ Թեման և՛ հեշտ է, և՛ բավականին դժվար ընկալելի։ Հեղինակն անկեղծորեն փորձել է այն ավելի հասկանալի եւ մատչելի դարձնել հասկացողության համար, եւ կարելի է միայն հույս ունենալ, որ նպատակը ձեռք է բերվել:

Ինչ է կոչվում մեխանիկական աշխատանքը:

Ինչ է դա կոչվում: Եթե ​​մարմնի վրա ինչ-որ ուժ է գործում, և դրա գործողության արդյունքում մարմինը շարժվում է, ապա դա կոչվում է մեխանիկական աշխատանք։ Գիտական ​​փիլիսոփայության տեսանկյունից մոտենալիս այստեղ կարող են կարեւորվել մի քանի լրացուցիչ ասպեկտներ, բայց հոդվածը կտարածվի թեման ֆիզիկայի տեսանկյունից: Մեխանիկական աշխատանքը դժվար չէ, եթե ուշադիր մտածեք այստեղ գրված բառերի մասին։ Բայց «մեխանիկական» բառը սովորաբար չի գրվում, և ամեն ինչ կրճատվում է «աշխատանք» բառով։ Բայց ամեն աշխատանք չէ, որ մեխանիկական է: Ահա մի մարդ նստած մտածում է. Արդյո՞ք դա աշխատում է: Հոգեպես այո! Բայց արդյո՞ք սա մեխանիկական աշխատանք է: Ոչ Իսկ եթե մարդը քայլում է: Եթե ​​մարմինը շարժվում է ուժի ազդեցությամբ, ապա սա մեխանիկական աշխատանք է։ Դա պարզ է. Այլ կերպ ասած, մարմնի վրա ազդող ուժը (մեխանիկական) աշխատում է: Եվ ևս մեկ բան. աշխատանքն է, որը կարող է բնութագրել որոշակի ուժի գործողության արդյունքը։ Այսպիսով, եթե մարդը զբոսնի, ապա որոշակի ուժեր (շփում, ծանրություն եւ այլն) կատարում են մեխանիկական աշխատանք անձի վրա, եւ նրանց գործողությունների արդյունքում, այդ կերպ ասած, տեղափոխում է իր գտնվելու վայրը:

Աշխատանքը, որպես ֆիզիկական քանակ, հավասար է այն ուժին, որը գործում է մարմնում, բազմապատկվում է այն ճանապարհով, որը մարմինը կազմել է այս ուժի ազդեցության տակ եւ դրա կողմից նշված ուղղությամբ: Կարելի է ասել, որ մեխանիկական աշխատանքը կատարվել է, եթե միաժամանակ հանդիպեն 2 պայման. Մի ուժ գործեց մարմնի վրա, եւ այն տեղափոխվեց իր գործողությունների ուղղությամբ: Բայց դա տեղի չի ունեցել կամ չի առաջանում, եթե ուժը գործել է, և մարմինը չի փոխել իր տեղը կոորդինատային համակարգում։ Ահա փոքր օրինակներ, երբ մեխանիկական աշխատանք չի կատարվում.

1. Այսպիսով, մարդը կարող է հենվել հսկայական քարի վրա, որպեսզի այն տեղափոխի, բայց ուժը բավարար չէ: Ուժը գործում է քարի վրա, բայց այն չի շարժվում, և ոչ մի աշխատանք չի առաջանում։
2. Մարմինը շարժվում է կոորդինատային համակարգում, և ուժը հավասար է զրոյի կամ դրանք բոլորը փոխհատուցվել են։ Սա կարելի է դիտարկել իներցիայով շարժվելիս։
3. Երբ մարմնի շարժման ուղղությունը ուղղահայաց է ուժի գործողությանը: Երբ գնացքը շարժվում է հորիզոնական գծով, ձգողականությունը չի կատարում իր աշխատանքը:

Կախված որոշակի պայմաններից, մեխանիկական աշխատանքը կարող է լինել բացասական կամ դրական: Այսպիսով, եթե մարմնի և՛ ուժերի, և՛ շարժումների ուղղությունները նույնն են, ապա առաջանում է դրական աշխատանք։ Դրական աշխատանքի օրինակ է ձգողականության ազդեցությունն ընկնող ջրի կաթիլի վրա: Բայց եթե շարժման ուժն ու ուղղությունը հակառակ են, ապա տեղի է ունենում բացասական մեխանիկական աշխատանք։ Նման տարբերակի օրինակ է դեպի վեր բարձրացող օդապարիկը և ձգողականության ուժը, որը բացասական աշխատանք է կատարում: Երբ մարմինը ենթարկվում է մի քանի ուժերի ազդեցության, նման աշխատանքը կոչվում է «արդյունք ուժի աշխատանք»:

Գործնական կիրառման առանձնահատկությունները (կինետիկ էներգիա)

Տեսությունից անցնենք գործնական մասի։ Առանձին-առանձին պետք է խոսել մեխանիկական աշխատանքի և ֆիզիկայում դրա կիրառման մասին։ Ինչպես շատերը հավանաբար հիշում են, մարմնի ողջ էներգիան բաժանված է կինետիկ և պոտենցիալ: Երբ օբյեկտը գտնվում է հավասարակշռության մեջ և ոչ մի տեղ չի շարժվում, նրա պոտենցիալ էներգիան հավասար է ընդհանուր էներգիային, իսկ կինետիկ էներգիան՝ զրո: Երբ շարժումը սկսվում է, պոտենցիալ էներգիան սկսում է նվազել, կինետիկ էներգիան սկսում է աճել, բայց ընդհանուր առմամբ դրանք հավասար են օբյեկտի ընդհանուր էներգիային: Նյութական կետի համար կինետիկ էներգիան սահմանվում է որպես ուժի աշխատանք, որն արագացնում է կետը զրոյից մինչև H արժեքը, և բանաձևով մարմնի կինետիկան հավասար է ½*M*N, որտեղ M-ը զանգված է: Բազմաթիվ մասնիկներից բաղկացած առարկայի կինետիկ էներգիան պարզելու համար հարկավոր է գտնել մասնիկների ամբողջ կինետիկ էներգիայի գումարը, և դա կլինի մարմնի կինետիկ էներգիան։

Գործնական կիրառման առանձնահատկությունները (պոտենցիալ էներգիա)

Այն դեպքում, երբ մարմնի վրա ազդող բոլոր ուժերը պահպանողական են, իսկ պոտենցիալ էներգիան հավասար է ընդհանուրին, ապա աշխատանք չի կատարվում։ Այս պոստուլատը հայտնի է որպես մեխանիկական էներգիայի պահպանման օրենք։ Փակ համակարգում մեխանիկական էներգիան հաստատուն է որոշակի ժամանակի ընթացքում: Պահպանման օրենքը լայնորեն կիրառվում է դասական մեխանիկայի խնդիրների լուծման համար։

Գործնական կիրառման առանձնահատկությունները (թերմոդինամիկա)

Թերմոդինամիկայի մեջ ընդլայնման ժամանակ գազի կատարած աշխատանքը հաշվարկվում է ճնշման անգամ ծավալի ինտեգրալով։ Այս մոտեցումը կիրառելի է ոչ միայն այն դեպքերում, երբ առկա է ճշգրիտ ծավալի ֆունկցիա, այլ նաև բոլոր գործընթացների համար, որոնք կարող են ցուցադրվել ճնշում/ծավալ հարթությունում: Այն նաև կիրառում է մեխանիկական աշխատանքի գիտելիքները ոչ միայն գազերի, այլև այն ամենի նկատմամբ, որը կարող է ճնշում գործադրել:

Գործնական կիրառման առանձնահատկությունները (տեսական մեխանիկա)

Տեսական մեխանիկայում վերը նկարագրված բոլոր հատկությունները և բանաձևերը դիտարկվում են ավելի մանրամասն, մասնավորապես կանխատեսումները: Այն նաև տալիս է իր սահմանումը մեխանիկական աշխատանքի տարբեր բանաձևերի համար (Ռիմեր ինտեգրալի սահմանման օրինակ). այն սահմանը, որին ձգտում է տարրական աշխատանքի բոլոր ուժերի գումարը, երբ բաժանման նուրբությունը ձգտում է զրոյի, կոչվում է. ուժի աշխատանք կորի երկայնքով: Հավանաբար դժվար է. Բայց ոչինչ, տեսական մեխանիկայի հետ ամեն ինչ կարգին է։ Այո, բոլոր մեխանիկական աշխատանքները, ֆիզիկան և այլ դժվարություններ ավարտված են։ Այնուհետև կլինեն միայն օրինակներ և եզրակացություն։

Մեխանիկական աշխատանքի չափման միավորներ

SI-ն օգտագործում է ջոուլներ աշխատանքը չափելու համար, մինչդեռ GHS-ն օգտագործում է ergs.

1. 1 J = 1 կգ մ²/վրկ² = 1 Ն մ
2. 1 erg = 1 գ սմ²/s² = 1 դին սմ
3. 1 erg = 10 −7 J

Մեխանիկական աշխատանքի օրինակներ

Որպեսզի վերջապես հասկանաք այնպիսի հասկացություն, ինչպիսին է մեխանիկական աշխատանք, դուք պետք է ուսումնասիրեք մի քանի առանձին օրինակներ, որոնք թույլ կտան ձեզ դիտարկել այն շատ, բայց ոչ բոլոր կողմերից.

1. Երբ մարդը ձեռքերով քար է բարձրացնում, ձեռքերի մկանային ուժի օգնությամբ տեղի է ունենում մեխանիկական աշխատանք.
2. Երբ գնացքը շարժվում է ռելսերի երկայնքով, այն քաշվում է տրակտորի ձգողական ուժով (էլեկտրաքարշ, դիզելային լոկոմոտիվ և այլն);
3. Եթե ​​վերցնեք հրացանը և կրակեք դրանից, ապա փոշու գազերի կողմից ստեղծված ճնշման ուժի շնորհիվ աշխատանք կկատարվի.
4. Մեխանիկական աշխատանք գոյություն ունի նաև այն դեպքում, երբ շփման ուժը գործում է մարմնի վրա՝ ստիպելով նրան նվազեցնել իր շարժման արագությունը.
5. Գնդակների հետ կապված վերը նշված օրինակը, երբ նրանք հակառակ ուղղությամբ են բարձրանում ձգողության ուղղությամբ, նույնպես մեխանիկական աշխատանքի օրինակ է, բայց բացի ձգողականությունից, գործում է նաև Արքիմեդյան ուժը, երբ վեր է բարձրանում այն ​​ամենը, ինչ օդից թեթև է։

Ի՞նչ է իշխանությունը:

Վերջում ուզում եմ անդրադառնալ իշխանության թեմային։ Ժամանակի մեկ միավորում ուժի կատարած աշխատանքը կոչվում է ուժ։ Իրականում հզորությունը ֆիզիկական մեծություն է, որը աշխատանքի հարաբերակցության արտացոլումն է որոշակի ժամանակահատվածի, որի ընթացքում կատարվել է այս աշխատանքը. SI հզորության միավորը 1 Վտ է։ Վտ-ը հավասար է այն հզորությանը, որը մեկ վայրկյանում կատարում է մեկ ջոուլ աշխատանք՝ 1 W=1J\1վ: