« Fizika – 10 klasė
Energijos tvermės dėsnis - pamatinis įstatymas gamta, kuri leidžia apibūdinti daugumą vykstančių reiškinių.
Kūnų judėjimą galima apibūdinti ir pasitelkus tokias dinamikos sąvokas kaip darbas ir energija.
Prisiminkite, kas yra darbas ir galia fizikoje.
Ar šios sąvokos sutampa su kasdienėmis mintimis apie jas?
Visi mūsų kasdieniai veiksmai susiveda į tai, kad raumenų pagalba arba pajudiname aplinkinius kūnus ir palaikome šį judėjimą, arba sustabdome judančius kūnus.
Šie kūnai yra įrankiai (plaktukas, rašiklis, pjūklas), žaidimuose – kamuoliukai, rituliai, šachmatų figūrėlės. Gamyboje ir Žemdirbystėžmonės taip pat paleidžia įrankius.
Mašinų naudojimas labai padidina darbo našumą, nes jose naudojami varikliai.
Bet kurio variklio paskirtis – pajudinti kėbulus ir išlaikyti šį judėjimą, nepaisant stabdymo tiek dėl įprastos trinties, tiek dėl „darbinio“ pasipriešinimo (pjoviklis turi ne tik slysti per metalą, bet, atsitrenkęs į jį, pašalinti drožles; plūgą turi supurenti žemę ir pan.). Tokiu atveju judantį kūną iš variklio pusės turi veikti jėga.
Gamtoje visada dirbama, kai kito kūno (kitų kūnų) jėga (ar kelios jėgos) veikia kūną jo judėjimo kryptimi arba prieš jį.
Gravitacinė jėga veikia, kai lietus lašai arba akmuo nukrenta nuo uolos. Tuo pačiu darbą atlieka pasipriešinimo jėga, veikianti krentančius lašus arba akmenį iš oro pusės. Tamprumo jėga veikia ir tada, kai vėjo sulenktas medis išsitiesina.
Darbo apibrėžimas.
Antrasis Niutono dėsnis impulsyvia forma ∆=∆t leidžia nustatyti, kaip keičiasi kūno greitis absoliučia reikšme ir kryptimi, jei jį veikia jėga per laiką Δt.
Poveikis jėgų kūnams, lemiantis jų greičio modulio pasikeitimą, apibūdinamas verte, kuri priklauso ir nuo jėgų, ir nuo kūnų poslinkių. Šis dydis mechanikoje vadinamas jėgos darbas.
Modulinis greičio pokytis galimas tik tada, kai jėgos F r projekcija kūno judėjimo kryptimi yra ne lygi nuliui. Būtent ši projekcija lemia jėgos, keičiančios kūno modulio greitį, veikimą. Ji atlieka darbą. Todėl darbas gali būti laikomas jėgos F r projekcijos poslinkio moduliu sandauga |Δ| (5.1 pav.):
А = F r |Δ|. (5.1)
Jei kampas tarp jėgos ir poslinkio žymimas α, tai F r = Fcosα.
Taigi darbas lygus:
A = |Δ|cosα. (5.2)
Mūsų kasdienė darbo samprata skiriasi nuo darbo apibrėžimo fizikoje. Jūs laikote sunkų lagaminą, ir jums atrodo, kad dirbate darbą. Tačiau fizikos požiūriu tavo darbas lygus nuliui.
Pastovios jėgos darbas lygus jėgos modulių ir jėgos taikymo taško poslinkio bei kampo tarp jų kosinuso sandaugai.
AT bendras atvejis judant tvirtas kūnas skirtingų jo taškų poslinkiai yra skirtingi, tačiau nustatydami jėgos darbą mes Δ suprasti jo taikymo taško judėjimą. Standaus kūno transliaciniame judesyje visų jo taškų poslinkis sutampa su jėgos taikymo taško poslinkiu.
Darbas, skirtingai nei jėga ir poslinkis, yra ne vektorius, o skaliarinis dydis. Jis gali būti teigiamas, neigiamas arba nulis.
Darbo ženklą lemia kampo tarp jėgos ir poslinkio kosinuso ženklas. Jei α< 90°, то А >0 nuo kosinuso aštrūs kampai teigiamas. Kai α > 90°, darbas yra neigiamas, nes bukųjų kampų kosinusas yra neigiamas. Esant α = 90° (jėga statmena poslinkiui), darbas neatliekamas.
Jei kūną veikia kelios jėgos, tada atstojamosios jėgos projekcija poslinkiui yra lygi atskirų jėgų projekcijų sumai:
F r = F 1r + F 2r + ... .
Todėl rezultatyviosios jėgos darbui gauname
A = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)
Jeigu kūną veikia kelios jėgos, tai pilnas darbas(algebrinė visų jėgų darbo suma) lygi rezultatyviosios jėgos darbui.
Darbas, atliktas jėga, gali būti pavaizduotas grafiškai. Paaiškinkime tai pavaizduodami paveiksle jėgos projekcijos priklausomybę nuo kūno koordinatės, kai jis juda tiesia linija.
Tegul kūnas juda išilgai OX ašies (5.2 pav.), tada
Fcosα = F x , |Δ| = Δ x.
Už jėgos darbą gauname
А = F|Δ|cosα = F x Δx.
Akivaizdu, kad (5.3, a) paveiksle nuspalvinto stačiakampio plotas yra skaitiniu požiūriu lygus darbui, atliktam, kai kūnas juda iš taško, kurio koordinatė x1, į tašką, kurio koordinatė x2.
Formulė (5.1) galioja, kai jėgos projekcija poslinkiui yra pastovi. Esant kreivajai trajektorijai, pastoviai arba kintamajai jėgai, trajektoriją padalijame į mažus segmentus, kuriuos galima laikyti tiesia linija, ir jėgos projekciją į mažą poslinkį Δ - nuolatinis.
Tada apskaičiuojant kiekvieno poslinkio atliktą darbą Δ
ir tada susumavus šiuos darbus, nustatome jėgos veikimą galutiniam poslinkiui (5.3 pav., b). Darbo vienetas.
Darbo vienetą galima nustatyti naudojant pagrindinę formulę (5.2). Jei judant kūną ilgio vienetu, jį veikia jėga, kurios modulis lygus vienetui, o jėgos kryptis sutampa su jo taikymo taško judėjimo kryptimi (α = 0), tada darbas bus lygus vienam. Tarptautinėje sistemoje (SI) darbo vienetas yra džaulis (žymimas J):
1 J = 1 N 1 m = 1 N m.
Džaulis yra darbas, atliktas 1 N jėga, kai poslinkis 1, jei jėgos ir poslinkio kryptys sutampa.
Dažnai naudojami keli darbo vienetai - kilodžaulis ir megadžaulis:
1 kJ = 1000 J,
1 MJ = 1000000 J.
Darbas gali būti atliktas per ilgą laiką arba labai trumpą laiką. Tačiau praktikoje toli gražu nėra abejinga, ar darbą galima atlikti greitai, ar lėtai. Laikas, per kurį atliekamas darbas, lemia bet kurio variklio veikimą. Mažas elektros variklis gali atlikti daug darbo, tačiau tai užtruks daug laiko. Todėl kartu su darbu įvedama reikšmė, apibūdinanti jo gamybos greitį – galia.
Galia yra darbo A santykis su laiko intervalu Δt, kuriam šis darbas atliekamas, t. y. galia yra darbo greitis:
Formulėje (5.4) vietoj darbo A pakeitę jos išraišką (5.2), gauname
Taigi, jei kūno jėga ir greitis yra pastovūs, tai galia yra lygi jėgos vektoriaus modulio sandaugai iš greičio vektoriaus modulio ir kampo tarp šių vektorių krypčių kosinuso. Jei šie dydžiai yra kintami, tai pagal (5.4) formulę vidutinę galią galima nustatyti panašiai kaip ir kūno vidutinio greičio nustatymas.
Galios sąvoka pristatoma norint įvertinti kokio nors mechanizmo (siurblio, krano, mašinos variklio ir kt.) atliekamą darbą per laiko vienetą. Todėl (5.4) ir (5.5) formulėse visada reiškia traukos jėgą.
SI galia išreiškiama vatai (W).
Galia yra 1 W, jei darbas, lygus 1 J, atliekamas per 1 s.
Kartu su vatais naudojami didesni (keli) galios vienetai:
1 kW (kilovatas) = 1000 W,
1 MW (megavatas) = 1 000 000 W.
Beveik visi nedvejodami atsakys: antrajame. Ir jie bus neteisūs. Atvejis yra kaip tik priešingas. Fizikoje aprašomas mechaninis darbas šiuos apibrėžimus: mechaninis darbas atliekamas, kai kūną veikia jėga ir jis juda. Mechaninis darbas yra tiesiogiai proporcingas taikomai jėgai ir nuvažiuotam atstumui.
Mechaninio darbo formulė
Mechaninis darbas nustatomas pagal formulę:
kur A yra darbas, F yra jėga, s yra nuvažiuotas atstumas.
POTENCIALUS(potenciali funkcija), sąvoka, apibūdinanti plačią fizinių jėgų laukų (elektrinių, gravitacinių ir kt.) ir apskritai laukų klasę. fiziniai kiekiai, pavaizduotas vektoriais (skysčio greičio laukas ir kt.). Bendru atveju vektorinio lauko potencialas a( x,y,z) yra tokia skaliarinė funkcija u(x,y,z), kad a=grad
35. Laidininkai elektriniame lauke. Elektrinė talpa.laidininkai elektriniame lauke. Laidininkai yra medžiagos, pasižyminčios tuo, kad juose yra daug laisvųjų krūvininkų, kurie gali judėti veikiami elektrinio lauko. Laidininkai yra metalai, elektrolitai, anglis. Metaluose laisvųjų krūvių nešėjai yra išorinių atomų apvalkalų elektronai, kurie, kai atomai sąveikauja, visiškai praranda ryšius su „savo“ atomais ir tampa viso laidininko nuosavybe. Laisvieji elektronai dalyvauja terminis judėjimas kaip dujų molekulės ir gali judėti per metalą bet kuria kryptimi. Elektrinė talpa- laidininko charakteristika, jo gebėjimo kaupti elektros krūvį matas. Teoriškai elektros grandinės talpa yra abipusė dviejų laidininkų talpa; elektros grandinės talpinio elemento parametras, pateiktas dviejų gnybtų tinklo pavidalu. Šis pajėgumas apibrėžiamas kaip dydžio santykis elektros krūvisį potencialų skirtumą tarp šių laidininkų
36. Plokščiojo kondensatoriaus talpa.
Plokščiojo kondensatoriaus talpa.
Tai. plokščio kondensatoriaus talpa priklauso tik nuo jo dydžio, formos ir dielektrinės konstantos. Norint sukurti didelės talpos kondensatorių, būtina padidinti plokščių plotą ir sumažinti dielektrinio sluoksnio storį.
37. Magnetinė srovių sąveika vakuume. Ampero dėsnis.Ampero dėsnis. 1820 m. Ampère'as (prancūzų mokslininkas (1775-1836)) eksperimentiškai nustatė dėsnį, pagal kurį galima apskaičiuoti jėgos, veikiančios su srove ilgio laidininko elementą.
kur yra magnetinės indukcijos vektorius, yra srovės kryptimi nubrėžto laidininko ilgio elemento vektorius.
Jėgos modulis , kur yra kampas tarp srovės krypties laidininke ir magnetinio lauko krypties. Tiesiam laidininkui, kurio srovė yra vienodame lauke
Veikiančios jėgos kryptį galima nustatyti naudojant kairės rankos taisyklės:
Jei kairės rankos delnas yra taip, kad normalus (prie dabartinės) komponentas magnetinis laukas pateko į delną, o keturi ištiesti pirštai yra nukreipti išilgai srovės, tada nykštis parodys kryptį, kuria veikia Ampero jėga.
38. Magnetinio lauko stipris. Bioto-Savarto-Laplaso dėsnisMagnetinio lauko stiprumas(standartinis pavadinimas H ) - vektorius fizinis kiekis, lygus vektoriaus skirtumui magnetinė indukcija B ir įmagnetinimo vektorius J .
AT Tarptautinė vienetų sistema (SI): 
kur- magnetinė konstanta.
BSL įstatymas. Dėsnis, nustatantis atskiro srovės elemento magnetinį lauką 
39. Biot-Savart-Laplace dėsnio taikymas. Nuolatinės srovės laukui
Apvaliai kilpai.
Ir dėl solenoidų
40. Magnetinio lauko indukcija Magnetiniam laukui būdingas vektorinis dydis, vadinamas magnetinio lauko indukcija (vektoriniu kiekiu, kuris yra magnetiniam laukui tam tikrame erdvės taške būdinga jėga). MI. (B) tai nėra jėga, veikianti laidininkus, tai dydis, kuris yra per tam tikrą jėgą sekančią formulę: B=F / (I*l) (žodžiu: MI vektoriaus modulis. (B) yra lygus santykiui jėgos modulis F, kuriuo magnetinis laukas veikia srovę nešantį laidininką, esantį statmenai magnetinėms linijoms, srovės stipriui I laidininke ir laidininko ilgiui l. Magnetinė indukcija priklauso tik nuo magnetinio lauko. Šiuo atžvilgiu indukcija gali būti laikoma kiekybine magnetinio lauko charakteristika. Jis nustato, kokia jėga (Lorentzo jėga) magnetinis laukas veikia greičiu judantį krūvį. 
MI matuojamas Tesla (1 T). Šiuo atveju 1 Tl \u003d 1 N / (A * m). MI turi kryptį. Grafiškai jį galima nubrėžti kaip linijas. Vienodame magnetiniame lauke MI yra lygiagrečiai, o MI vektorius visuose taškuose bus nukreiptas vienodai. Jei magnetinis laukas yra netolygus, pavyzdžiui, laukas aplink laidininką su srove, magnetinės indukcijos vektorius pasikeis kiekviename erdvės taške aplink laidininką, o šio vektoriaus liestinės aplink laidininką sukurs koncentrinius apskritimus.
41. Dalelės judėjimas magnetiniame lauke. Lorenco jėga. a) - Jei dalelė įskrenda į vienodo magnetinio lauko sritį, o vektorius V yra statmenas vektoriui B, tada ji juda apskritimu, kurio spindulys yra R=mV/qB, nes Lorenco jėga Fl=mV^2 /R atlieka įcentrinės jėgos vaidmenį. Apsisukimo periodas yra T=2piR/V=2pim/qB ir nepriklauso nuo dalelės greičio (tai galioja tik 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.
L. jėga nustatoma pagal ryšį: Fl = q V B sina (q – judančio krūvio dydis; V – jo greičio modulis; B – magnetinio lauko indukcijos vektoriaus modulis; alfa – kampas tarp vektorius V ir vektorius B) Lorenco jėga yra statmena greičiui, todėl ji neveikia, nekeičia krūvio greičio modulio ir jo kinetinės energijos. Tačiau greičio kryptis nuolat keičiasi. Lorenco jėga yra statmena vektoriams B ir v, o jos kryptis nustatoma taikant tą pačią kairės rankos taisyklę kaip ir Ampero jėgos kryptis: jei kairioji ranka yra taip, kad magnetinės indukcijos komponentas B, statmenas krūvio greitis, patenka į delną, o keturi pirštai nukreipiami išilgai teigiamo krūvio judėjimo (prieš neigiamo judėjimą), tada 90 laipsnių sulenktas nykštys parodys Lorenco jėgos, veikiančios krūvį F l, kryptį. 
Viena iš svarbiausių mechanikos sąvokų darbo jėga .
Priverstinis darbas
Visi mus supančio pasaulio fiziniai kūnai yra varomi jėgos. Jei ta pačia arba priešinga kryptimi judantį kūną veikia vieno ar kelių kūnų jėga arba kelios jėgos, jie sako, kad darbas atliktas .
Tai yra, mechaninį darbą atlieka jėga, veikianti kūną. Taigi elektrinio lokomotyvo traukos jėga pajudina visą traukinį ir taip atlieka mechaninį darbą. Dviratį varo dviratininko kojų raumenų jėga. Todėl ši jėga atlieka ir mechaninį darbą.
Fizikoje jėgos darbas vadinamas fizikiniu dydžiu, lygiu jėgos modulio, jėgos taikymo taško poslinkio modulio ir kampo tarp jėgos ir poslinkio vektorių kosinuso sandaugai.
A = F s cos (F, s) ,
kur F jėgos modulis,
s- judėjimo modulis .
Darbas visada atliekamas, jei kampas tarp jėgos vėjų ir poslinkio nėra lygus nuliui. Jei jėga veikia priešinga judėjimo krypčiai, darbo kiekis yra neigiamas.
Darbas neatliekamas, jei kūno neveikia jokios jėgos arba kampas tarp veikiančios jėgos ir judėjimo krypties yra 90 o (cos 90 o \u003d 0).
Jeigu arklys tempia vežimą, tai darbą atlieka arklio raumenų jėga arba traukos jėga, nukreipta vežimo kryptimi. O gravitacijos jėga, kuria vairuotojas spaudžia vežimėlį, neveikia, nes nukreipta žemyn, statmenai judėjimo krypčiai.
Jėgos darbas yra skaliarinis dydis.
SI darbo vienetas - džaulis. 1 džaulis yra darbas, atliktas 1 niutono jėga 1 m atstumu, jei jėgos ir poslinkio kryptis yra vienoda.
Jei kūną ar materialųjį tašką veikia kelios jėgos, tada jos kalba apie darbą, kurį atlieka jų gaunama jėga.
Jei taikoma jėga nėra pastovi, tada jos darbas apskaičiuojamas kaip integralas:
Galia
Jėga, kuri verčia kūną judėti, atlieka mechaninį darbą. Tačiau kaip šis darbas atliekamas greitai ar lėtai, kartais labai svarbu žinoti praktiškai. Juk tą patį darbą galima atlikti skirtingu laiku. Darbą, kurį atlieka didelis elektros variklis, gali atlikti mažas variklis. Tačiau jam tai padaryti prireiks daug ilgiau.
Mechanikoje yra dydis, apibūdinantis darbo greitį. Ši vertė vadinama galia.
Galia – tai per tam tikrą laikotarpį atlikto darbo ir šio laikotarpio vertės santykis.
N= A /∆ t
Pagal apibrėžimą A = F s cos α , a s/∆ t = v , Vadinasi
N= F v cos α = F v ,
kur F - stiprumas, v greitis, α yra kampas tarp jėgos krypties ir greičio krypties.
Tai yra galia - yra kūno jėgos vektoriaus ir greičio vektoriaus skaliarinė sandauga.
Tarptautinėje SI sistemoje galia matuojama vatais (W).
1 vato galia yra 1 džaulio (J) darbas, atliktas per 1 sekundę (s).
Galią galima padidinti padidinus jėgą, kuri atlieka darbą, arba šio darbo atlikimo greitį.
Mechaninis darbas. Darbo vienetai.
Kasdieniame gyvenime „darbo“ sąvoka suprantame viską.
Fizikoje sąvoka Darbas kiek kitaip. Tai yra tam tikras fizinis dydis, o tai reiškia, kad jį galima išmatuoti. Fizikoje pirmiausia tiriama mechaninis darbas .
Apsvarstykite mechaninio darbo pavyzdžius.
Traukinys juda veikiamas elektrinio lokomotyvo traukos jėgos, dirbdamas mechaninį darbą. Kai šaunamas ginklas, parako dujų slėgio jėga veikia – ji judina kulką išilgai vamzdžio, o kulkos greitis didėja.
Iš šių pavyzdžių matyti, kad mechaninis darbas atliekamas, kai kūnas juda veikiamas jėgos. Mechaniniai darbai atliekami ir tuo atveju, kai kūną veikianti jėga (pavyzdžiui, trinties jėga) sumažina jo judėjimo greitį.
Norintys perkelti spintelę, spaudžiame ją su jėga, bet jei ji nejuda vienu metu, tai mechaninio darbo neatliekame. Galima įsivaizduoti atvejį, kai kūnas juda nedalyvaujant jėgoms (inercija), tokiu atveju mechaninis darbas taip pat neatliekamas.
Taigi, mechaninis darbas atliekamas tik tada, kai kūną veikia jėga ir jis juda .
Nesunku suprasti, kad kuo didesnė jėga veikia kūną ir kuo ilgesnis kelias, kurį kūnas eina veikiant šiai jėgai, tuo didesnis darbas.
Mechaninis darbas yra tiesiogiai proporcingas taikomai jėgai ir tiesiogiai proporcingas nuvažiuotam atstumui. .
Todėl sutarėme mechaninį darbą matuoti jėgos sandauga ir keliu, nueinančiu šia šios jėgos kryptimi:
darbas = jėga × kelias
kur BET- Darbas, F- jėgos ir s- nuvažiuotas atstumas.
Darbo vienetas yra darbas, atliktas 1 N jėga 1 m keliu.
Darbo vienetas - džaulis (J ) pavadintas anglų mokslininko Joule vardu. Šiuo būdu,
1 J = 1 N m.
Taip pat naudotas kilodžaulių (kJ) .
1 kJ = 1000 J.
Formulė A = Fs taikoma, kai galia F yra pastovus ir sutampa su kūno judėjimo kryptimi.
Jei jėgos kryptis sutampa su kūno judėjimo kryptimi, tai ši jėga atlieka teigiamą darbą.
Jei kūno judėjimas vyksta priešinga kryptimi, nei veikia jėgos, pavyzdžiui, slydimo trinties jėga, tai ši jėga atlieka neigiamą darbą.
Jei kūną veikiančios jėgos kryptis yra statmena judėjimo krypčiai, tai ši jėga neveikia, darbas lygus nuliui:
Ateityje, kalbėdami apie mechaninį darbą, trumpai pavadinsime vienu žodžiu – darbas.
Pavyzdys. Apskaičiuokite atliktus darbus keliant 0,5 m3 tūrio granito plokštę į 20 m aukštį Granito tankis 2500 kg/m 3.
Duota:
ρ \u003d 2500 kg / m 3
Sprendimas:
čia F yra jėga, kurią reikia taikyti, kad plokštė tolygiai pakiltų. Šios jėgos modulis yra lygus plokštę veikiančios gijos Fstrand jėgai, t.y. F = Fstrand. O gravitacijos jėgą galima nustatyti pagal plokštės masę: Ftyazh = gm. Apskaičiuojame plokštės masę, žinodami jos tūrį ir granito tankį: m = ρV; s = h, t.y. kelias yra lygus pakilimo aukščiui.
Taigi, 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.
Atsakymas: A = 245 kJ.
Svirtys.Jėga.Energija
Skirtingi varikliai tą patį darbą atlieka skirtingai. Pavyzdžiui, kranas statybvietėje per kelias minutes pakelia šimtus plytų į viršutinį pastato aukštą. Jei darbuotojas perkeltų šias plytas, jam tai padaryti prireiktų kelių valandų. Kitas pavyzdys. Arklys hektarą žemės gali suarti per 10-12 valandų, o traktorius su daugiadaliu plūgu ( plūgas- plūgo dalis, kuri nupjauna žemės sluoksnį iš apačios ir perkelia jį į sąvartyną; multi-share – daug akcijų), šis darbas bus atliktas 40-50 min.
Aišku, kad kranas tą patį darbą atlieka greičiau nei darbininkas, o traktorius greičiau už arklį. Darbo greitį apibūdina ypatinga reikšmė, vadinama galia.
Galia yra lygi darbo ir laiko, kurį jis buvo atliktas, santykiui.
Norint apskaičiuoti galią, reikia padalyti darbą iš laiko, per kurį šis darbas atliekamas. galia = darbas / laikas.
kur N- galia, A- Darbas, t- atlikto darbo laikas.
Galia yra pastovi reikšmė, kai kas sekundę atliekamas tas pats darbas, kitais atvejais santykis A/t nustato vidutinę galią:
N plg = A/t . Galios vienetas buvo paimtas kaip galia, kuria darbas J atliekamas per 1 s.
Šis vienetas vadinamas vatais ( antradienis) kito anglų mokslininko Watto garbei.
1 vatas = 1 džaulis / 1 sekundė, arba 1 W = 1 J/s.
Vatas (džaulis per sekundę) - W (1 J / s).
Didesni galios vienetai plačiai naudojami inžinerijoje - kilovatas (kW), megavatų (MW) .
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
Pavyzdys. Raskite per užtvanką tekančio vandens tėkmės galią, jei vandens kritimo aukštis 25 m, o debitas 120 m3 per minutę.
Duota:
ρ = 1000 kg/m3
Sprendimas:
Kritančio vandens masė: m = ρV,
m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120 000 kg (12 104 kg).
Vandenį veikianti gravitacijos jėga:
F = 9,8 m/s2 120 000 kg ≈ 1 200 000 N (12 105 N)
Per minutę atliktas darbas:
A – 1 200 000 N 25 m = 30 000 000 J (3 107 J).
Srauto galia: N = A/t,
N = 30 000 000 J / 60 s = 500 000 W = 0,5 MW.
Atsakymas: N = 0,5 MW.
Įvairių variklių galia svyruoja nuo šimtųjų ir dešimtųjų kilovatų (elektrinio skustuvo variklis, siuvimo mašina) iki šimtų tūkstančių kilovatų (vandens ir garo turbinos).
5 lentelė
Kai kurių variklių galia, kW.
Kiekvienas variklis turi lentelę (variklio pasą), kurioje yra tam tikri duomenys apie variklį, įskaitant jo galią.
Žmogaus galia normaliomis darbo sąlygomis yra vidutiniškai 70-80 vatų. Darydamas šuolius, bėgiodamas laiptais, žmogus gali išvystyti iki 730 vatų galią, o kai kuriais atvejais ir daugiau.
Iš formulės N = A/t išplaukia, kad
Norėdami apskaičiuoti darbą, turite padauginti galią iš laiko, per kurį buvo atliktas šis darbas.
Pavyzdys. Kambario ventiliatoriaus variklio galia yra 35 vatai. Kiek darbo jis padaro per 10 minučių?
Užrašykime problemos būklę ir ją išspręskime.
Duota:
Sprendimas:
A = 35 W * 600 s = 21 000 W * s = 21 000 J = 21 kJ.
Atsakymas A= 21 kJ.
paprasti mechanizmai.
Nuo neatmenamų laikų žmogus mechaniniams darbams atlikti naudojo įvairius prietaisus.
|
|
Visi žino, kad sunkus daiktas (akmuo, spintelė, mašina), kurio negalima pajudinti rankomis, gali būti perkeltas gana ilga lazda – svirtimi.
Šiuo metu manoma, kad svertų pagalba prieš tris tūkstančius metų, statant piramides senovės Egipte, sunkios akmens plokštės buvo perkeltos ir iškeltos į didelį aukštį.
Daugeliu atvejų, užuot pakėlus sunkų krovinį į tam tikrą aukštį, jį galima suvynioti arba patraukti į tą patį aukštį nuožulnia plokštuma arba pakelti naudojant blokus.
Galiai transformuoti naudojami įrenginiai vadinami mechanizmai .
Paprasti mechanizmai apima: svirtis ir jų rūšis - blokas, vartai; pasvirusi plokštuma ir jos atmainos - pleištas, sraigtas. Daugeliu atvejų naudojami paprasti mechanizmai, siekiant padidinti jėgą, ty kelis kartus padidinti jėgą, veikiančią kūną.
Paprasti mechanizmai randami tiek buityje, tiek visose sudėtingose gamyklinėse ir gamyklinėse mašinose, kurios pjauna, suka ir štampuoja didelius plieno lakštus arba traukia pačius geriausius siūlus, iš kurių vėliau gaminami audiniai. Tokius pačius mechanizmus galima rasti šiuolaikiniuose sudėtinguose automatuose, spausdinimo ir skaičiavimo mašinose.
Svirties rankena. Jėgų balansas ant svirties.
Apsvarstykite paprasčiausią ir labiausiai paplitusią mechanizmą - svirtį.
Svirtis yra standus korpusas, kuris gali suktis aplink fiksuotą atramą.
Paveiksluose parodyta, kaip darbuotojas naudoja laužtuvą, kad pakeltų krovinį kaip svirtį. Pirmuoju atveju darbuotojas su jėga F spaudžia laužtuvo galą B, antroje - pakelia galą B.
Darbuotojas turi įveikti krovinio svorį P- jėga nukreipta vertikaliai žemyn. Tam jis sukasi laužtuvą aplink ašį, einančią per vienintelę nejudėdamas lūžio taškas – jo atramos taškas O. Stiprumas F, su kuria darbuotojas veikia svirtį, mažesnė jėga P, todėl darbuotojas gauna įgyti jėgų. Svirties pagalba galite pakelti tokį sunkų krovinį, kad negalite jo pakelti savarankiškai.
Paveikslėlyje parodyta svirtis, kurios sukimosi ašis yra O(atramos taškas) yra tarp jėgų taikymo taškų BET ir AT. Kitame paveikslėlyje parodyta šios svirties schema. Abi jėgos F 1 ir F 2, veikiantys svirtį, yra nukreipti ta pačia kryptimi.
Trumpiausias atstumas tarp atramos taško ir tiesės, išilgai kurios jėga veikia svirtį, vadinamas jėgos svirtimi.
Norint rasti jėgos petį, reikia nuleisti statmeną nuo atramos taško iki jėgos veikimo linijos.Šio statmens ilgis bus šios jėgos petys. Paveikslas tai rodo OA- pečių jėga F 1; OV- pečių jėga F 2. Jėgos, veikiančios svirtį, gali sukti ją aplink ašį dviem kryptimis: pagal laikrodžio rodyklę arba prieš laikrodžio rodyklę. Taip, galia F 1 sukasi svirtį pagal laikrodžio rodyklę ir jėga F 2 sukasi prieš laikrodžio rodyklę.
Sąlyga, kuriai esant svirtis yra pusiausvyroje, veikiant ją veikiančioms jėgoms, gali būti nustatyta eksperimentiškai. Kartu reikia atsiminti, kad jėgos veikimo rezultatas priklauso ne tik nuo jos skaitinės vertės (modulio), bet ir nuo taško, kuriame ji veikia kūnui arba kaip ji nukreipta.
Įvairūs svoriai pakabinami ant svirties (žr. pav.) abiejose atramos taško pusėse, kad kiekvieną kartą svirtis išliktų pusiausvyroje. Jėgos, veikiančios svirtį, lygios šių apkrovų svoriams. Kiekvienu atveju išmatuojami jėgų moduliai ir jų pečiai. Iš patirties, parodytos 154 paveiksle, matyti, kad jėga 2 H subalansuoja galią 4 H. Šiuo atveju, kaip matyti iš paveikslo, mažesnės jėgos petys yra 2 kartus didesnis nei didesnės jėgos petys.
Tokių eksperimentų pagrindu buvo nustatyta svirties pusiausvyros sąlyga (taisyklė).
Svirtis yra pusiausvyroje, kai ją veikiančios jėgos yra atvirkščiai proporcingos šių jėgų pečiams.
Šią taisyklę galima parašyti kaip formulę:
F 1/F 2 = l 2/ l 1 ,
kur F 1ir F 2 - svirtį veikiančios jėgos, l 1ir l 2 , - šių jėgų pečiai (žr. pav.).
Svirties pusiausvyros taisyklę nustatė Archimedas apie 287–212 m. pr. Kr e. (Bet ar paskutinėje pastraipoje nebuvo parašyta, kad svertus naudojo egiptiečiai? O gal čia svarbus žodis „įkurta“?)
Iš šios taisyklės išplaukia, kad mažesnė jėga gali būti subalansuota naudojant didesnės jėgos svertą. Tegul viena svirties svirtis yra 3 kartus didesnė už kitą (žr. pav.). Tada, taške B pritaikius, pavyzdžiui, 400 N jėgą, galima pakelti 1200 N sveriantį akmenį. Norint pakelti dar sunkesnį krovinį, reikia padidinti svirties svirties ilgį, ant kurios sveria 1200 N. darbuotojo veiksmai.
Pavyzdys. Naudodamas svirtį darbininkas pakelia 240 kg sveriančią plokštę (žr. 149 pav.). Kokia jėga jis veikia didesnę svirties ranką, kuri yra 2,4 m, jei mažesnė svirtis yra 0,6 m?
Užrašykime problemos būklę ir ją išspręskime.
Duota:
Sprendimas:
Pagal svirties pusiausvyros taisyklę F1/F2 = l2/l1, iš kur F1 = F2 l2/l1, kur F2 = P – akmens svoris. Akmens svoris asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N
Tada F1 = 2400 N 0,6 / 2,4 = 600 N.
Atsakymas: F1 = 600 N.
Mūsų pavyzdyje darbuotojas įveikia 2400 N jėgą, paveikdamas svirtį 600 N. Tačiau tuo pat metu ranka, kurią veikia darbuotojas, yra 4 kartus ilgesnė nei ta, kurią veikia akmens svoris. ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).
Taikant sverto taisyklę, mažesnė jėga gali subalansuoti didesnę jėgą. Šiuo atveju mažesnės jėgos petys turi būti ilgesnis nei didesnės jėgos petys.
Galios akimirka.
Jūs jau žinote svirties pusiausvyros taisyklę:
F 1 / F 2 = l 2 / l 1 ,
Naudodami proporcijos savybę (jos kraštutinių narių sandauga yra lygi vidurinių narių sandaugai), rašome ją tokia forma:
F 1l 1 = F 2 l 2 .
Kairėje lygties pusėje yra jėgos sandauga F 1 ant jos peties l 1, o dešinėje - jėgos sandauga F 2 ant jos peties l 2 .
Jėgos, sukančios kūną ir jo ranką, modulio sandauga vadinama jėgos momentas; tai žymima raide M. Taigi,
Svirtis yra pusiausvyroje veikiant dviem jėgoms, jei jėgos momentas, sukantis ją pagal laikrodžio rodyklę, yra lygus jėgos, sukančios ją prieš laikrodžio rodyklę, momentui.
Ši taisyklė vadinama momento taisyklė , galima parašyti kaip formulę:
M1 = M2
Iš tiesų, mūsų nagrinėtame eksperimente (§ 56) veikiančios jėgos buvo lygios 2 N ir 4 N, jų pečiai buvo atitinkamai 4 ir 2 svirties spaudimai, t. y. šių jėgų momentai yra vienodi, kai svirtis yra pusiausvyroje.
Jėgos momentą, kaip ir bet kurį fizikinį dydį, galima išmatuoti. Jėgos momento vienetu imamas 1 N jėgos momentas, kurio petys lygiai 1 m.
Šis vienetas vadinamas niutonmetras (N m).
Jėgos momentas apibūdina jėgos veikimą ir parodo, kad jis vienu metu priklauso nuo jėgos modulio ir nuo jos peties. Iš tiesų, mes jau žinome, pavyzdžiui, kad jėgos poveikis durims priklauso ir nuo jėgos modulio, ir nuo to, kur ji veikia. Duris lengviau pasukti, kuo toliau nuo sukimosi ašies veikia jas veikianti jėga. Veržlę geriau atsukti ilgu nei trumpu veržliarakčiu. Kuo lengviau iš šulinio pakelti kibirą, tuo ilgesnė vartų rankena ir pan.
Svertai technikoje, kasdienybėje ir gamtoje.
Svirties taisyklė (arba momentų taisyklė) yra įvairių įrankių ir prietaisų, naudojamų technikoje ir kasdieniame gyvenime, kai reikia stiprinti jėgas ar kelyje, veikimo pagrindas.
Dirbdami su žirklėmis įgyjame jėgų. Žirklės - tai svirtis(ryžiai), kurių sukimosi ašis vyksta per varžtą, jungiantį abi žirklių puses. veikianti jėga F 1 – žmogaus, spaudžiančio žirkles, rankos raumenų jėga. Priešinga jėga F 2 - tokios medžiagos pasipriešinimo jėga, kuri pjaunama žirklėmis. Priklausomai nuo žirklių paskirties, jų įtaisas skiriasi. Biuro žirklės, skirtos popieriui pjauti, turi ilgus peiliukus ir beveik tokio pat ilgio rankenas. Popieriaus pjovimui nereikia daug jėgos, o ilgu peiliuku patogiau pjauti tiesia linija. Lakštinio metalo pjovimo žirklės (pav.) turi daug ilgesnes rankenas nei ašmenys, kadangi metalo pasipriešinimo jėga yra didelė ir norint ją subalansuoti, reikia gerokai padidinti veikiančios jėgos petį. Dar didesnis skirtumas tarp rankenų ilgio ir pjovimo dalies atstumo bei sukimosi ašies vielos pjaustytuvai(Pav.), Skirtas vielos pjovimui.
Daugelyje mašinų yra įvairių tipų svirtys. Siuvimo mašinos rankena, dviračio pedalai ar rankiniai stabdžiai, automobilių ir traktorių pedalai, pianino klavišai – tai šiose mašinose ir įrankiuose naudojamų svirčių pavyzdžiai.
Svirčių panaudojimo pavyzdžiai yra veržlių ir darbastalių rankenos, gręžimo staklių svirtis ir kt.
Svirties balansų veikimas taip pat pagrįstas svirties principu (pav.). Treniruotės skalė, parodyta 48 paveiksle (p. 42), veikia kaip vienodos rankos svirtis . AT dešimtainės skalės ranka, prie kurios pakabinamas puodelis su svarmenimis, yra 10 kartų ilgesnė už ranką, kuri neša krovinį. Tai labai supaprastina didelių krovinių svėrimą. Sverdami krovinį dešimtainėmis svarstyklėmis, svarmenų svorį padauginkite iš 10.
|
|
|
Svarstyklių, skirtų automobilių prekiniams vagonams sverti, įtaisas taip pat pagrįstas svirties taisykle.
Svertai taip pat randami įvairiose gyvūnų ir žmonių kūno vietose. Tai, pavyzdžiui, rankos, kojos, žandikauliai. Daug svertų galima rasti vabzdžių kūne (perskaičius knygą apie vabzdžius ir jų kūno sandarą), paukščių, augalų struktūroje.
Svirties pusiausvyros dėsnio taikymas blokui.
Blokuoti yra ratas su grioveliu, sustiprintas laikiklyje. Išilgai bloko latako pervedama virvė, kabelis arba grandinė.
|
|
Fiksuotas blokas vadinamas toks blokas, kurio ašis yra fiksuota, o keliant krovinius nekyla ir nenukrenta (pav.
Fiksuotas blokas gali būti laikomas vienodo svirties svirtimi, kurioje jėgų rankos yra lygios rato spinduliui (pav.): OA = OB = r. Toks blokas nesuteikia jėgų. ( F 1 = F 2), bet leidžia keisti jėgos kryptį. Kilnojamas blokas yra blokas. kurio ašis kyla ir krinta kartu su apkrova (pav.). Paveikslėlyje parodyta atitinkama svirtis: O- svirties atramos taškas, OA- pečių jėga R ir OV- pečių jėga F. Nuo peties OV 2 kartus per petį OA, tada jėga F 2 kartus mažesnė galia R:
F = P/2 .
Šiuo būdu, kilnojamas blokas suteikia stiprumo 2 kartus .
Tai taip pat galima įrodyti naudojant jėgos momento sąvoką. Kai blokas yra pusiausvyroje, jėgų momentai F ir R yra lygūs vienas kitam. Bet jėgos petys F 2 kartus didesnė už pečių jėgą R, o tai reiškia, kad pati jėga F 2 kartus mažesnė galia R.
Paprastai praktikoje naudojamas fiksuoto bloko derinys su kilnojamu (pav.). Fiksuotas blokas naudojamas tik patogumui. Jis nesuteikia stiprybės, bet keičia jėgos kryptį. Pavyzdžiui, jis leidžia pakelti krovinį stovint ant žemės. Tai praverčia daugeliui žmonių ar darbuotojų. Tačiau tai suteikia 2 kartus daugiau galios nei įprastai!
Darbo lygybė naudojant paprastus mechanizmus. Mechanikos „auksinė taisyklė“.
Mūsų svarstyti paprasti mechanizmai naudojami atliekant darbus tais atvejais, kai vienos jėgos veikimu reikia subalansuoti kitą jėgą.
Natūralu, kad kyla klausimas: ar paprasti mechanizmai neduoda naudos darbui? Atsakymą į šį klausimą galima gauti iš patirties.
Subalansavus ant svirties dvi skirtingo modulio jėgas F 1 ir F 2 (pav.), paleiskite svirtį. Pasirodo, kad tuo pačiu metu mažesnės jėgos taikymo taškas F 2 eina ilgą kelią s 2, ir didesnės jėgos taikymo taškas F 1 - mažesnis kelias s 1. Išmatavę šiuos kelius ir jėgos modulius, nustatome, kad keliai, kuriuos kerta svirties jėgų taikymo taškai, yra atvirkščiai proporcingi jėgoms:
s 1 / s 2 = F 2 / F 1.
Taigi, veikdami ilgą svirties ranką, laimime jėgą, bet kartu tiek pat prarandame kelyje.
Jėgos produktas F pakeliui s yra darbo. Mūsų eksperimentai rodo, kad svirtį veikiančių jėgų darbas yra lygus viena kitai:
F 1 s 1 = F 2 s 2, t.y. BET 1 = BET 2.
Taigi, naudojant svertą, laimėjimas darbe neveiks.
Naudodami svirtį galime laimėti tiek jėga, tiek distancija. Veikdami jėga trumpąją svirties ranką, įveikiame atstumą, bet tiek pat prarandame jėgą.
Sklando legenda, kad Archimedas, apsidžiaugęs svirties taisyklės atradimu, sušuko: „Duok man atramos tašką, ir aš apversiu Žemę!“.
Žinoma, Archimedas nebūtų galėjęs susidoroti su tokia užduotimi net jei jam būtų duotas atramos taškas (kuris turėtų būti už Žemės) ir reikiamo ilgio svirtis.
Norint pakelti žemę tik 1 cm, ilgoji svirties rankena turėtų apibūdinti milžiniško ilgio lanką. Norint pajudinti ilgą svirties galą šiuo keliu, pavyzdžiui, 1 m/s greičiu, prireiktų milijonų metų!
Neduoda naudos iš darbo ir fiksuoto bloko, kurią nesunku patikrinti patirtimi (žr. pav.). Jėgų taikymo taškais nueiti keliai F ir F, yra vienodi, tos pačios yra jėgos, o tai reiškia, kad darbas yra tas pats.
Galima išmatuoti ir palyginti tarpusavyje atliekamus darbus kilnojamo blokelio pagalba. Norint pakelti krovinį į aukštį h kilnojamo bloko pagalba, reikia pakelti lyno galą, prie kurio pritvirtintas dinamometras, kaip rodo patirtis (pav.), į 2h aukštį.
Šiuo būdu, 2 kartus priaugę jėgų, pakeliui pralaimi 2 kartus, todėl kilnojamasis blokas neduoda naudos.
Šimtmečių praktika tai parodė nė vienas mechanizmas neduoda naudos iš darbo. Priklausomai nuo darbo sąlygų, naudojami įvairūs mechanizmai, siekiant laimėti jėgas arba kelyje.
Jau senovės mokslininkai žinojo visiems mechanizmams taikomą taisyklę: kiek kartų laimime jėga, kiek kartų pralaimime per atstumą. Ši taisyklė buvo vadinama „auksine mechanikos taisykle“.
Mechanizmo efektyvumas.
Atsižvelgdami į svirties įrenginį ir veikimą, neatsižvelgėme į trintį, taip pat į svirties svorį. tokiomis idealiomis sąlygomis darbas, atliktas pritaikytos jėgos (vadinsime tai darbu užbaigti), yra lygus naudinga kelti krovinius ar įveikti bet kokį pasipriešinimą.
Praktiškai bendras mechanizmo atliktas darbas visada yra šiek tiek didesnis nei naudingas darbas.
Dalis darbo atliekama prieš mechanizme esančią trinties jėgą ir judant atskiras jo dalis. Taigi, naudojant kilnojamąjį bloką, papildomai tenka atlikti paties bloko, virvės kėlimo ir trinties jėgos nustatymo bloko ašyje darbus.
Kad ir kokį mechanizmą pasirinktume, jo pagalba atliktas naudingas darbas visada yra tik dalis viso darbo. Taigi, naudingą darbą pažymėdami raide Ap, visą (išleistą) – raide Az, galime rašyti:
Aukštyn< Аз или Ап / Аз < 1.
Naudingo darbo ir bendro darbo santykis vadinamas mechanizmo efektyvumu.
Efektyvumas sutrumpintai vadinamas efektyvumu.
Efektyvumas = Ap / Az.
Efektyvumas paprastai išreiškiamas procentais ir žymimas graikiška raide η, jis skaitomas kaip "tai":
η \u003d Ap / Az 100%.
Pavyzdys: Ant trumposios svirties svirties pakabinama 100 kg masė. Jai pakelti į ilgą ranką buvo pritaikyta 250 N jėga Krovinys pakeltas į aukštį h1 = 0,08 m, o varomosios jėgos taikymo taškas nukrito iki aukščio h2 = 0,4 m. Raskite efektyvumą svirtis.
Užrašykime problemos būklę ir ją išspręskime.
Duota :
Sprendimas :
η \u003d Ap / Az 100%.
Visas (išleistas) darbas Az = Fh2.
Naudingas darbas 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 %.
Atsakymas : η = 80%.
Tačiau „auksinė taisyklė“ įvykdyta ir šiuo atveju. Dalis naudingo darbo – 20% jo – skiriama trinčiai svirties ašyje ir oro pasipriešinimui įveikti bei pačios svirties judėjimui.
Bet kurio mechanizmo efektyvumas visada yra mažesnis nei 100%. Kurdami mechanizmus žmonės linkę padidinti savo efektyvumą. Tam sumažinama mechanizmų ašių trintis ir jų svoris.
Energija.
Gamyklose ir gamyklose mašinos ir mašinos yra varomos elektros varikliais, kurie suvartoja elektros energiją (iš čia ir kilęs pavadinimas).
|
Suspausta spyruoklė (ryžiai), išsitiesindama, veikia, pakelia krovinį į aukštį arba verčia pajudėti vežimėlį. Nejudantis krovinys, pakeltas virš žemės, darbo neatlieka, bet jei šis krovinys nukrenta, gali dirbti (pavyzdžiui, gali įkalti krūvą į žemę). Kiekvienas judantis kūnas turi galimybę atlikti darbą. Taigi iš pasvirusios plokštumos nusiritęs plieninis rutulys A (ryžiai), atsitrenkęs į medinį bloką B, pajudina jį tam tikru atstumu. Tai darant, dirbama. Jei kūnas ar keli tarpusavyje sąveikaujantys kūnai (kūnų sistema) gali dirbti, sakoma, kad jie turi energijos. Energija - fizinis dydis, rodantis, kokį darbą gali atlikti kūnas (ar keli kūnai). Energija SI sistemoje išreiškiama tais pačiais vienetais kaip ir darbas, t.y džaulių. Kuo daugiau darbo gali atlikti kūnas, tuo daugiau energijos jis turi. Kai dirbama, keičiasi kūnų energija. Atliktas darbas lygus energijos pokyčiui. Potenciali ir kinetinė energija.Potencialas (nuo lat. potencija - galimybė) energija vadinama energija, kurią lemia sąveikaujančių kūnų ir to paties kūno dalių tarpusavio padėtis. Pavyzdžiui, potenciali energija turi kūną, pakeltą Žemės paviršiaus atžvilgiu, nes energija priklauso nuo santykinės jo ir Žemės padėties. ir jų tarpusavio trauka. Jeigu Žemėje gulinčio kūno potencinę energiją laikysime lygia nuliui, tai iki tam tikro aukščio pakelto kūno potencinę energiją lems gravitacijos atliktas darbas kūnui krintant į Žemę. Nurodykite potencialią kūno energiją E n nes E = A, o darbas, kaip žinome, lygus jėgos ir kelio sandaugai, tada A = Fh, kur F- gravitacija. Taigi potenciali energija En yra lygi: E = Fh arba E = gmh, kur g- gravitacijos pagreitis, m- kūno masė, h- aukštis, iki kurio pakeltas kūnas. Vanduo upėse, kurias laiko užtvankos, turi didžiulę potencialią energiją. Kritęs vanduo veikia, paleidžia galingas jėgainių turbinas. Kopros plaktuko potencinė energija (pav.) naudojama statybose polių kalimo darbams atlikti. Atidarius duris spyruokle, dirbama spyruoklei ištempti (arba suspausti). Dėl įgytos energijos spyruoklė, susitraukdama (arba ištiesindama), atlieka darbą, uždarydama duris. Suspaustų ir nesusuktų spyruoklių energija naudojama, pavyzdžiui, rankiniuose laikrodžiuose, įvairiuose žaisluose su laikrodžiu ir kt. Bet koks elastingas deformuotas kūnas turi potencialią energiją. Potenciali suslėgtų dujų energija naudojama eksploatuojant šiluminius variklius, plaktukus, kurie plačiai naudojami kasybos pramonėje, tiesiant kelius, kasant kietą gruntą ir kt. Energija, kurią kūnas turi dėl jo judėjimo, vadinama kinetine (iš graikų k. kinas - judėjimo) energija. Kūno kinetinė energija žymima raide Eį. Judantis vanduo, varantis hidroelektrinių turbinas, eikvoja jo kinetinę energiją ir veikia. Judantis oras turi ir kinetinę energiją – vėją. Nuo ko priklauso kinetinė energija? Pereikime prie patirties (žr. pav.). Jei ridensite rutulį A iš skirtingų aukščių, pastebėsite, kad kuo aukščiau rutulys riedės, tuo didesnis jo greitis ir kuo toliau jis stumia strypą, t.y. atlieka daugiau darbo. Tai reiškia, kad kūno kinetinė energija priklauso nuo jo greičio. Dėl greičio skrendanti kulka turi didelę kinetinę energiją. Kūno kinetinė energija taip pat priklauso nuo jo masės. Pakartokime savo eksperimentą, bet iš pasvirusios plokštumos ridensime kitą kamuoliuką – didesnę masę. B blokas pajudės toliau, t.y., bus atlikta daugiau darbų. Tai reiškia, kad antrojo rutulio kinetinė energija yra didesnė nei pirmojo. Kuo didesnė kūno masė ir jo judėjimo greitis, tuo didesnė jo kinetinė energija. Norint nustatyti kūno kinetinę energiją, taikoma formulė: Ek \u003d mv ^ 2/2, kur m- kūno masė, v yra kūno greitis. Technologijoje naudojama kūnų kinetinė energija. Užtvankos sulaikytas vanduo, kaip jau minėta, turi didelę potencialią energiją. Krintant nuo užtvankos, vanduo juda ir turi tokią pat didelę kinetinę energiją. Jis varo turbiną, prijungtą prie elektros srovės generatoriaus. Dėl vandens kinetinės energijos susidaro elektros energija. Judančio vandens energija turi didelę reikšmę šalies ekonomikoje. Šią energiją naudoja galingos hidroelektrinės. Kritančio vandens energija yra aplinkai nekenksmingas energijos šaltinis, kitaip nei kuro energija. Visi kūnai gamtoje, palyginti su sąlygine nuline verte, turi potencialią arba kinetinę energiją, o kartais ir abi. Pavyzdžiui, skraidantis lėktuvas turi ir kinetinę, ir potencialią energiją Žemės atžvilgiu. Susipažinome su dviem mechaninės energijos rūšimis. Kitose fizikos kurso dalyse bus nagrinėjamos kitos energijos rūšys (elektrinė, vidinė ir kt.). Vienos rūšies mechaninės energijos pavertimas kita. Vienos rūšies mechaninės energijos virsmo kita reiškinį labai patogu stebėti paveikslėlyje parodytame įrenginyje. Apvyniodami sriegį aplink ašį, pakelkite įrenginio diską. Pakeltas diskas turi tam tikrą potencialią energiją. Jei paleisite, jis suksis ir nukris. Jam krintant disko potencinė energija mažėja, bet tuo pačiu didėja jo kinetinė energija. Kritimo pabaigoje diskas turi tokį kinetinės energijos rezervą, kad vėl gali pakilti beveik iki ankstesnio aukščio. (Dalis energijos išeikvojama dirbant prieš trintį, todėl diskas nepasiekia pradinio aukščio.) Pakilęs į viršų, diskas vėl krenta, o tada vėl pakyla. Šiame eksperimente, kai diskas juda žemyn, jo potencinė energija paverčiama kinetine energija, o judant aukštyn kinetinė energija paverčiama potencialia. Energija virsta iš vienos rūšies į kitą, kai du elastingi kūnai atsitrenkia, pavyzdžiui, į guminį rutulį į grindis arba į plieninį rutulį į plieninę plokštę. Jei pakelsite plieninį rutulį (ryžius) virš plieninės plokštės ir atleisite iš rankų, jis nukris. Kamuoliui krentant, jo potenciali energija mažėja, o kinetinė energija didėja, didėjant rutulio greičiui. Kai kamuolys atsitrenks į lėkštę, ir rutulys, ir lėkštė bus suspausti. Kinetinė energija, kurią turėjo rutulys, virs suspaustos plokštės ir suspausto rutulio potencialia energija. Tada, veikiant elastinėms jėgoms, plokštė ir rutulys įgaus pradinę formą. Rutulys atšoks nuo plokštelės, o jų potenciali energija vėl virs rutulio kinetine energija: rutulys atšoks į viršų greičiu, beveik lygiu greičiui, kurį jis turėjo smūgio į lėkštę momentu. Kamuoliui kylant, rutulio greitis, taigi ir jo kinetinė energija, mažėja, o potenciali energija didėja. atšokęs nuo lėkštės, kamuolys pakyla beveik į tą patį aukštį, iš kurio pradėjo kristi. Pakilimo viršuje visa jo kinetinė energija vėl virs potencialia energija. Gamtos reiškinius dažniausiai lydi vienos energijos rūšies transformacija į kitą. Energija taip pat gali būti perduodama iš vieno kūno į kitą. Taigi, pavyzdžiui, šaudant iš lanko, ištemptos lanko stygos potenciali energija paverčiama skrendančios strėlės kinetine energija. |
Norint apibūdinti judesio energetines charakteristikas, buvo pristatyta mechaninio darbo sąvoka. Ir būtent jai įvairiomis apraiškomis straipsnis skirtas. Suprasti temą yra lengva ir gana sudėtinga. Autorius nuoširdžiai stengėsi, kad jis būtų suprantamesnis ir suprantamesnis, belieka tikėtis, kad tikslas pasiektas.
Kas yra mechaninis darbas?
Kaip tai vadinasi? Jei kūną veikia kokia nors jėga ir dėl šios jėgos veikimo kūnas juda, tai vadinama mechaniniu darbu. Žiūrint iš mokslinės filosofijos pusės, čia galima išskirti kelis papildomus aspektus, tačiau straipsnyje tema bus nagrinėjama fizikos požiūriu. Mechaninis darbas nėra sunkus, jei gerai apgalvosite čia užrašytus žodžius. Bet žodis „mechaninis“ dažniausiai nerašomas, o viskas redukuojama į žodį „darbas“. Tačiau ne kiekvienas darbas yra mechaninis. Čia žmogus sėdi ir galvoja. Ar tai veikia? Psichiškai taip! Bet ar tai mechaninis darbas? Nr. O jei žmogus vaikšto? Jei kūnas juda veikiamas jėgos, tai yra mechaninis darbas. Viskas paprasta. Kitaip tariant, kūną veikianti jėga atlieka (mechaninį) darbą. Ir dar vienas dalykas: tai darbas, galintis apibūdinti tam tikros jėgos veikimo rezultatą. Taigi jei žmogus vaikšto, tai tam tikros jėgos (trintis, gravitacija ir kt.) atlieka mechaninį darbą žmogui ir dėl jų veikimo žmogus pakeičia savo vietos tašką, kitaip tariant, juda.
Darbas kaip fizinis dydis lygus kūną veikiančiai jėgai, padaugintai iš kelio, kurį kūnas nuėjo veikiamas šios jėgos ir jos nurodyta kryptimi. Galima sakyti, kad mechaninis darbas buvo atliktas, jei vienu metu buvo įvykdytos 2 sąlygos: jėga veikė kūną, o jis judėjo savo veikimo kryptimi. Bet jis nebuvo atliktas arba neatliekamas, jei veikė jėga, o kūnas nepakeitė savo vietos koordinačių sistemoje. Štai nedideli pavyzdžiai, kai mechaninis darbas neatliekamas:
- Taigi žmogus gali nukristi ant didžiulio riedulio, norėdamas jį pajudinti, bet jėgų neužtenka. Jėga veikia akmenį, bet jis nejuda, o darbas nevyksta.
- Kūnas juda koordinačių sistemoje, o jėga lygi nuliui arba visos jos kompensuojamos. Tai galima pastebėti inercinio judėjimo metu.
- Kai kūno judėjimo kryptis yra statmena jėgai. Kai traukinys juda horizontalia linija, gravitacijos jėga neatlieka savo darbo.
Priklausomai nuo tam tikrų sąlygų mechaninis darbas gali būti neigiamas ir teigiamas. Taigi, jei kryptys ir jėgos, ir kūno judesiai yra vienodi, tada atsiranda teigiamas darbas. Teigiamo darbo pavyzdys yra gravitacijos įtaka krintnčiam vandens lašui. Bet jei judėjimo jėga ir kryptis yra priešingi, tada atsiranda neigiamas mechaninis darbas. Tokios galimybės pavyzdys yra balionas, kylantis aukštyn ir gravitacija, kuri atlieka neigiamą darbą. Kai kūnas yra veikiamas kelių jėgų, toks darbas vadinamas „rezultuojančiu jėgos darbu“.
Praktinio pritaikymo ypatybės (kinetinė energija)
Nuo teorijos pereiname prie praktinės dalies. Atskirai turėtume kalbėti apie mechaninį darbą ir jo panaudojimą fizikoje. Kaip daugelis tikriausiai prisiminė, visa kūno energija skirstoma į kinetinę ir potencialią. Kai objektas yra pusiausvyroje ir niekur nejuda, jo potenciali energija yra lygi bendrajai energijai, o jo kinetinė energija lygi nuliui. Prasidėjus judėjimui, potencinė energija pradeda mažėti, kinetinė – didėti, tačiau sumoje jie lygūs bendrajai objekto energijai. Materialaus taško kinetinė energija apibrėžiama kaip jėgos, kuri pagreitino tašką nuo nulio iki reikšmės H, darbas, o formulės pavidalu kūno kinetika yra ½ * M * H, kur M yra masė. Norint sužinoti objekto, susidedančio iš daugelio dalelių, kinetinę energiją, reikia rasti visos dalelių kinetinės energijos sumą, ir tai bus kūno kinetinė energija.
Praktinio pritaikymo ypatybės (potenciali energija)
Tuo atveju, kai visos kūną veikiančios jėgos yra konservatyvios, o potencinė energija lygi bendrajai, darbas neatliekamas. Šis postulatas žinomas kaip mechaninės energijos tvermės dėsnis. Mechaninė energija uždaroje sistemoje yra pastovi laiko intervale. Apsaugos įstatymas plačiai naudojamas klasikinės mechanikos problemoms spręsti.
Praktinio pritaikymo ypatybės (termodinamika)
Termodinamikoje darbas, kurį dujos atlieka plėtimosi metu, apskaičiuojamas kaip slėgio integralas, padaugintas iš tūrio. Šis metodas taikomas ne tik tais atvejais, kai yra tiksli tūrio funkcija, bet ir visiems procesams, kurie gali būti rodomi slėgio / tūrio plokštumoje. Mechaninio darbo žinios taip pat taikomos ne tik dujoms, bet viskam, kas gali daryti slėgį.
Praktinio pritaikymo praktikoje ypatumai (teorinė mechanika)
Teorinėje mechanikoje visos aukščiau aprašytos savybės ir formulės yra nagrinėjamos išsamiau, visų pirma, tai yra projekcijos. Ji taip pat pateikia savo apibrėžimą įvairioms mechaninio darbo formulėms (Rimmerio integralo apibrėžimo pavyzdys): riba, iki kurios linksta visų elementaraus darbo jėgų suma, kai pertvaros smulkumas linkęs į nulį, vadinama jėgos darbas išilgai kreivės. Tikriausiai sunku? Bet nieko, su teorine mechanika viskas. Taip, ir visi mechaniniai darbai, fizika ir kiti sunkumai baigėsi. Toliau bus tik pavyzdžiai ir išvada.
Mechaniniai darbo mazgai
SI darbui matuoti naudoja džaulius, o GHS naudoja ergs:
- 1 J = 1 kg m²/s² = 1 Nm
- 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 dyn cm
- 1 erg = 10–7 J
Mechaninio darbo pavyzdžiai
Norėdami pagaliau suprasti tokią sąvoką kaip mechaninis darbas, turėtumėte išstudijuoti kelis atskirus pavyzdžius, kurie leis jums tai apsvarstyti iš daugelio, bet ne iš visų pusių:
- Kai žmogus pakelia akmenį rankomis, tada rankų raumenų jėgos pagalba vyksta mechaninis darbas;
- Kai traukinys važiuoja bėgiais, jį traukia traktoriaus traukos jėga (elektrovežis, dyzelinis lokomotyvas ir kt.);
- Jei paimsite ginklą ir šaudysite iš jo, tada dėl slėgio jėgos, kurią sukurs parako dujos, darbas bus atliktas: kulka judama palei pistoleto vamzdį tuo pačiu metu, kai didėja pačios kulkos greitis. ;
- Taip pat yra mechaninis darbas, kai trinties jėga veikia kūną, verčia jį sumažinti judėjimo greitį;
- Aukščiau pateiktas pavyzdys su rutuliais, kai jie kyla priešinga kryptimi gravitacijos krypčiai, taip pat yra mechaninio darbo pavyzdys, tačiau be gravitacijos veikia ir Archimedo jėga, kai kyla viskas, kas lengvesnė už orą.
Kas yra galia?
Galiausiai noriu paliesti galios temą. Darbas, kurį jėga atlieka per vieną laiko vienetą, vadinamas galia. Tiesą sakant, galia yra toks fizinis dydis, kuris atspindi darbo santykį su tam tikru laikotarpiu, per kurį buvo atliktas šis darbas: M = P / B, kur M yra galia, P yra darbas, B yra laikas. SI galios vienetas yra 1 vatas. Vatas yra lygus galiai, kuri atlieka vieno džaulio darbą per vieną sekundę: 1 W = 1J \ 1s.
