« Fizikë - klasa 10 "
Ligji i ruajtjes së energjisë - ligji themelor natyra, e cila lejon përshkrimin e shumicës së dukurive që ndodhin.
Përshkrimi i lëvizjes së trupave është gjithashtu i mundur me ndihmën e koncepteve të tilla të dinamikës si puna dhe energjia.
Mos harroni se çfarë është puna dhe fuqia në fizikë.
A përkojnë këto koncepte me idetë e përditshme rreth tyre?
Të gjitha veprimet tona të përditshme përfundojnë në faktin se me ndihmën e muskujve ose i vëmë në lëvizje trupat përreth dhe e ruajmë këtë lëvizje, ose i ndalojmë trupat në lëvizje.
Këto trupa janë mjete (çekiç, stilolaps, sharrë), në lojëra - topa, toptha, copa shahu. Në prodhim dhe bujqësia njerëzit vënë në lëvizje edhe mjetet.
Përdorimi i makinerive rrit ndjeshëm produktivitetin e punës për shkak të përdorimit të motorëve në to.
Qëllimi i çdo motori është të vërë trupat në lëvizje dhe të ruajë këtë lëvizje, pavarësisht nga frenimi si nga fërkimi i zakonshëm ashtu edhe nga rezistenca "punuese" (prerësi jo vetëm që duhet të rrëshqasë mbi metal, por, duke u përplasur në të, të heqë patate të skuqura; parmendja duhet të lirojë tokën, etj.). Në këtë rast, një forcë duhet të veprojë në trupin në lëvizje nga ana e motorit.
Puna kryhet gjithmonë në natyrë kur një forcë (ose disa forca) nga një trup tjetër (trupa të tjerë) vepron mbi një trup në drejtim të lëvizjes së tij ose kundër tij.
Forca gravitacionale funksionon kur bie shi ose kur një gur bie nga një shkëmb. Në të njëjtën kohë, puna kryhet nga forca e rezistencës që vepron në pikat që bien ose mbi gurin nga ana e ajrit. Forca elastike funksionon gjithashtu kur një pemë e përkulur nga era drejtohet.
Përkufizimi i punës.
Ligji i dytë i Njutonit në formë impulsive ∆=∆t ju lejon të përcaktoni se si shpejtësia e trupit ndryshon në vlerë dhe drejtim absolut, nëse një forcë vepron mbi të gjatë kohës Δt.
Ndikimi në trupat e forcave, që çon në një ndryshim në modulin e shpejtësisë së tyre, karakterizohet nga një vlerë që varet si nga forcat ashtu edhe nga zhvendosjet e trupave. Kjo sasi në mekanikë quhet puna e forcës.
Ndryshimi i modulit të shpejtësisë është i mundur vetëm kur projeksioni i forcës F r në drejtimin e lëvizjes së trupit është jozero. Është ky projeksion që përcakton veprimin e forcës që ndryshon shpejtësinë e modulit të trupit. Ajo e bën punën. Prandaj, puna mund të konsiderohet si produkt i projeksionit të forcës F r nga moduli i zhvendosjes |Δ| (Fig. 5.1):
А = F r |Δ|. (5.1)
Nëse këndi ndërmjet forcës dhe zhvendosjes shënohet me α, atëherë F r = Fcosα.
Prandaj, puna është e barabartë me:
A = |Δ|cosα. (5.2)
Koncepti ynë i përditshëm i punës ndryshon nga përkufizimi i punës në fizikë. Po mbani një valixhe të rëndë dhe ju duket se po bëni punë. Sidoqoftë, nga pikëpamja e fizikës, puna juaj është e barabartë me zero.
Puna e një force konstante është e barabartë me produktin e moduleve të forcës dhe zhvendosjen e pikës së aplikimit të forcës dhe kosinusit të këndit ndërmjet tyre.
AT rast i përgjithshëm kur lëviz trup i fortë zhvendosjet e pikave të ndryshme të saj janë të ndryshme, por kur përcaktojmë punën e një force, ne Δ të kuptojë lëvizjen e pikës së zbatimit të saj. Në lëvizjen përkthimore të një trupi të ngurtë, zhvendosja e të gjitha pikave të tij përkon me zhvendosjen e pikës së zbatimit të forcës.
Puna, ndryshe nga forca dhe zhvendosja, nuk është një vektor, por një sasi skalare. Mund të jetë pozitiv, negativ ose zero.
Shenja e punës përcaktohet nga shenja e kosinusit të këndit ndërmjet forcës dhe zhvendosjes. Nëse α< 90°, то А >0 që nga kosinusi qoshe të mprehta pozitive. Për α > 90°, puna është negative, pasi kosinusi i këndeve të mpirë është negativ. Në α = 90° (forca është pingul me zhvendosjen), nuk punohet.
Nëse në trup veprojnë disa forca, atëherë projeksioni i forcës rezultante në zhvendosje është i barabartë me shumën e projeksioneve të forcave individuale:
F r = F 1r + F 2r + ... .
Prandaj, për punën e forcës rezultante, marrim
A = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)
Nëse në trup veprojnë disa forca, atëherë punë e plotë(shuma algjebrike e punës së të gjitha forcave) është e barabartë me punën e forcës rezultante.
Puna e bërë me forcë mund të paraqitet grafikisht. Le ta shpjegojmë këtë duke paraqitur në figurë varësinë e projeksionit të forcës nga koordinata e trupit kur ai lëviz në vijë të drejtë.
Lëreni trupin të lëvizë përgjatë boshtit OX (Fig. 5.2), pastaj
Fcosα = F x , |Δ| = Δ x.
Për punën e forcës, marrim
А = F|Δ|cosα = F x Δx.
Natyrisht, zona e drejtkëndëshit e hijezuar në figurën (5.3, a) është numerikisht e barabartë me punën e bërë kur lëvizni trupin nga një pikë me koordinatë x1 në një pikë me koordinatë x2.
Formula (5.1) është e vlefshme kur projeksioni i forcës në zhvendosje është konstant. Në rastin e trajektores së lakuar, forcës konstante ose të ndryshueshme, ne e ndajmë trajektoren në segmente të vogla, të cilat mund të konsiderohen drejtvizore, dhe projeksionin e forcës në një zhvendosje të vogël. Δ - e përhershme.
Më pas, duke llogaritur punën e bërë në çdo zhvendosje Δ
dhe më pas duke i përmbledhur këto punime, përcaktojmë punën e forcës në zhvendosjen përfundimtare (Fig. 5.3, b). Njësia e punës.
Njësia e punës mund të vendoset duke përdorur formulën bazë (5.2). Nëse, kur lëvizni një trup për njësi gjatësi, mbi të vepron një forcë, moduli i së cilës është i barabartë me një dhe drejtimi i forcës përkon me drejtimin e lëvizjes së pikës së tij të aplikimit (α = 0), atëherë puna do të jetë e barabartë me një. Në Sistemin Ndërkombëtar (SI), njësia e punës është xhaul (e shënuar J):
1 J = 1 N 1 m = 1 N m.
Xhaulështë puna e bërë nga një forcë prej 1 N me një zhvendosje prej 1 nëse drejtimet e forcës dhe zhvendosjes përkojnë.
Shpesh përdoren njësi të shumta pune - kilojoule dhe megaxhaule:
1 kJ = 1000 J,
1 MJ = 1000000 J.
Puna mund të kryhet në një periudhë të gjatë kohore, ose në një periudhë shumë të vogël. Megjithatë, në praktikë, nuk është aspak indiferente nëse puna mund të bëhet shpejt apo ngadalë. Koha gjatë së cilës kryhet puna përcakton performancën e çdo motori. Një motor i vogël elektrik mund të bëjë shumë punë, por do të marrë shumë kohë. Prandaj, së bashku me punën, futet një vlerë që karakterizon shpejtësinë me të cilën prodhohet - fuqia.
Fuqia është raporti i punës A me intervalin kohor Δt për të cilin kryhet kjo punë, d.m.th. fuqia është shpejtësia e punës:
Duke zëvendësuar në formulën (5.4) në vend të punës A shprehjen e saj (5.2), marrim
Kështu, nëse forca dhe shpejtësia e trupit janë konstante, atëherë fuqia është e barabartë me produktin e modulit të vektorit të forcës nga moduli i vektorit të shpejtësisë dhe kosinusit të këndit ndërmjet drejtimeve të këtyre vektorëve. Nëse këto sasi janë të ndryshueshme, atëherë me formulën (5.4) mund të përcaktohet fuqia mesatare në mënyrë të ngjashme me përcaktimin e shpejtësisë mesatare të një trupi.
Koncepti i fuqisë është prezantuar për të vlerësuar punën për njësi të kohës që kryhet nga ndonjë mekanizëm (pompë, vinç, motor makinerie, etj.). Prandaj, në formulat (5.4) dhe (5.5), gjithmonë nënkupton forcën e shtytjes.
Në SI, fuqia shprehet në terma të vat (W).
Fuqia është 1 W nëse puna e barabartë me 1 J kryhet në 1 s.
Së bashku me vat, përdoren njësi më të mëdha (të shumëfishta) të fuqisë:
1 kW (kilovat) = 1000 W,
1 MW (megavat) = 1,000,000 W.
Pothuajse të gjithë, pa hezitim, do të përgjigjen: në të dytën. Dhe ata do të gabojnë. Rasti është pikërisht e kundërta. Në fizikë, përshkruhet puna mekanike përkufizimet e mëposhtme: Puna mekanike kryhet kur një trup vepron dhe ai lëviz. Puna mekanike është drejtpërdrejt proporcionale me forcën e aplikuar dhe distancën e përshkuar.
Formula e punës mekanike
Puna mekanike përcaktohet me formulën:
ku A është puna, F është forca, s është distanca e përshkuar.
POTENCIALE(funksioni potencial), një koncept që karakterizon një klasë të gjerë fushash të forcës fizike (elektrike, gravitacionale, etj.) dhe fushave në përgjithësi. sasive fizike, të përfaqësuar me vektorë (fusha e shpejtësisë së lëngut etj.). Në rastin e përgjithshëm, potenciali i fushës vektoriale a( x,y,z) është një funksion i tillë skalar u(x,y,z) që a=grad
35. Përçuesit në një fushë elektrike. Kapaciteti elektrik.përçuesit në një fushë elektrike. Përçuesit janë substanca të karakterizuara nga prania në to e një numri të madh transportuesish të lirë të ngarkesës që mund të lëvizin nën ndikimin e një fushe elektrike. Përçuesit përfshijnë metale, elektrolite, qymyr. Në metale, bartësit e ngarkesave të lira janë elektronet e predhave të jashtme të atomeve, të cilat, kur atomet ndërveprojnë, humbasin plotësisht lidhjen e tyre me atomet "e tyre" dhe bëhen pronë e të gjithë përcjellësit në tërësi. Elektrone të lira janë të përfshira në lëvizje termike si molekulat e gazit dhe mund të lëvizin nëpër metal në çdo drejtim. Kapaciteti elektrik- një karakteristikë e një përcjellësi, një masë e aftësisë së tij për të grumbulluar një ngarkesë elektrike. Në teori qarqet elektrike kapaciteti është kapaciteti i ndërsjellë ndërmjet dy përcjellësve; parametri i elementit kapacitiv të qarkut elektrik, i paraqitur në formën e një rrjeti me dy terminale. Ky kapacitet përcaktohet si raport i madhësisë ngarkesë elektrike në diferencën potenciale ndërmjet këtyre përçuesve
36. Kapaciteti i një kondensatori të sheshtë.
Kapaciteti i një kondensatori të sheshtë.
Se. kapaciteti i një kondensatori të sheshtë varet vetëm nga madhësia, forma dhe konstanta dielektrike e tij. Për të krijuar një kondensator me kapacitet të lartë, është e nevojshme të rritet sipërfaqja e pllakave dhe të zvogëlohet trashësia e shtresës dielektrike.
37. Ndërveprimi magnetik i rrymave në vakum. Ligji i Amperit.Ligji i Amperit. Në 1820, Amperi (një shkencëtar francez (1775-1836)) vendosi eksperimentalisht një ligj me të cilin mund të llogaritet forca që vepron në një element përcjellës me gjatësi me rrymë.
ku është vektori i induksionit magnetik, është vektori i elementit të gjatësisë së përcjellësit të tërhequr në drejtim të rrymës.
Moduli i forcës, ku është këndi midis drejtimit të rrymës në përcjellës dhe drejtimit të fushës magnetike. Për një përcjellës të drejtë me rrymë në një fushë uniforme
Drejtimi i forcës vepruese mund të përcaktohet duke përdorur rregullat e dorës së majtë:
Nëse pëllëmba e dorës së majtë është e pozicionuar në mënyrë që komponenti normal (në rrymë). fushë magnetike hyri në pëllëmbë dhe katër gishta të shtrirë drejtohen përgjatë rrymës, atëherë gishti i madh do të tregojë drejtimin në të cilin vepron forca Amper.
38. Forca e fushës magnetike. Ligji Biot-Savart-LaplaceForca e fushës magnetike(përcaktimi standard H ) - vektoriale sasi fizike, e barabartë me diferencën e vektorit induksioni magnetik B dhe vektori i magnetizimit J .
AT Sistemi Ndërkombëtar i Njësive (SI): 
ku- konstante magnetike.
Ligji BSL. Ligji që përcakton fushën magnetike të një elementi aktual aktual 
39. Zbatimet e ligjit Biot-Savart-Laplace. Për fushën e rrymës së drejtpërdrejtë
Për një lak rrethor.
Dhe për solenoidin
40. Induksioni i fushës magnetike Fusha magnetike karakterizohet nga një sasi vektoriale, e cila quhet induksion i fushës magnetike (një sasi vektoriale, e cila është karakteristikë e forcës së fushës magnetike në një pikë të caktuar të hapësirës). MI. (B) kjo nuk është një forcë që vepron në përcjellës, është një sasi që është përmes një force të caktuar përgjatë formulën e mëposhtme: B=F / (I*l) (Me gojë: Moduli i vektorit MI. (B) është e barabartë me raportin moduli i forcës F, me të cilin fusha magnetike vepron në një përcjellës rrymë që ndodhet pingul me vijat magnetike, me forcën e rrymës në përcjellësin I dhe gjatësinë e përcjellësit l. Induksioni magnetik varet vetëm nga fusha magnetike. Në këtë drejtim, induksioni mund të konsiderohet një karakteristikë sasiore e fushës magnetike. Ajo përcakton se me çfarë force (Forca Lorentz) fusha magnetike vepron mbi një ngarkesë që lëviz me shpejtësi. 
MI matet në Tesla (1 T). Në këtë rast, 1 Tl \u003d 1 N / (A * m). MI ka drejtim. Grafikisht, mund të vizatohet si vija. Në një fushë magnetike uniforme, MI-të janë paralele dhe vektori MI do të drejtohet në të njëjtën mënyrë në të gjitha pikat. Në rastin e një fushe magnetike jo uniforme, për shembull, një fushë rreth një përcjellësi me rrymë, vektori i induksionit magnetik do të ndryshojë në çdo pikë të hapësirës rreth përcjellësit dhe tangjentet ndaj këtij vektori do të krijojnë rrathë koncentrikë rreth përcjellësit.
41. Lëvizja e një grimce në një fushë magnetike. Forca e Lorencit. a) - Nëse një grimcë fluturon në një zonë të një fushe magnetike uniforme, dhe vektori V është pingul me vektorin B, atëherë ajo lëviz përgjatë një rrethi me rreze R=mV/qB, pasi forca e Lorencit Fl=mV^2 /R luan rolin e një force centripetale. Periudha e rrotullimit është T=2piR/V=2pim/qB dhe nuk varet nga shpejtësia e grimcës (Kjo është e vërtetë vetëm për 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.
Forca e L. përcaktohet nga relacioni: Fl = q V B sina (q është vlera e ngarkesës lëvizëse; V është moduli i shpejtësisë së saj; B është moduli i vektorit të induksionit të fushës magnetike; alfa është këndi ndërmjet vektori V dhe vektori B) Forca e Lorencit është pingul me shpejtësinë dhe për këtë arsye nuk bën punë, nuk ndryshon modulin e shpejtësisë së ngarkesës dhe energjinë e saj kinetike. Por drejtimi i shpejtësisë ndryshon vazhdimisht. Forca e Lorencit është pingul me vektorët B dhe v, dhe drejtimi i saj përcaktohet duke përdorur të njëjtin rregull të dorës së majtë si drejtimi i forcës së Amperit: nëse dora e majtë është e pozicionuar në mënyrë që komponenti i induksionit magnetik B, pingul me shpejtësia e ngarkesës, hyn në pëllëmbë dhe katër gishtat drejtohen përgjatë lëvizjes së një ngarkese pozitive (kundër lëvizjes së një ngarkese negative), atëherë gishti i madh i përkulur 90 gradë do të tregojë drejtimin e forcës së Lorencit që vepron në ngarkesën F l . 
Një nga konceptet më të rëndësishme në mekanikë fuqi punëtore .
Punë me forcë
Të gjithë trupat fizikë në botën përreth nesh drejtohen me forcë. Nëse një trup që lëviz në drejtim të njëjtë ose të kundërt ndikohet nga një forcë ose disa forca nga një ose më shumë trupa, atëherë ata thonë se puna është bërë .
Domethënë, puna mekanike kryhet nga forca që vepron në trup. Kështu, forca tërheqëse e një lokomotivë elektrike vë në lëvizje të gjithë trenin, duke kryer kështu punë mekanike. Biçikleta shtyhet nga forca muskulore e këmbëve të çiklistit. Prandaj kjo forcë bën edhe punë mekanike.
Në fizikë puna e forcës quhet një sasi fizike e barabartë me produktin e modulit të forcës, modulit të zhvendosjes së pikës së aplikimit të forcës dhe kosinusit të këndit midis vektorëve të forcës dhe zhvendosjes.
A = F s cos (F, s) ,
ku F moduli i forcës,
s- moduli i lëvizjes .
Puna kryhet gjithmonë nëse këndi midis erërave të forcës dhe zhvendosjes nuk është i barabartë me zero. Nëse forca vepron në drejtim të kundërt me drejtimin e lëvizjes, sasia e punës është negative.
Puna nuk kryhet nëse nuk veprojnë forca në trup, ose nëse këndi midis forcës së aplikuar dhe drejtimit të lëvizjes është 90 o (cos 90 o \u003d 0).
Nëse kali e tërheq karrocën, atëherë forca muskulore e kalit, ose forca tërheqëse e drejtuar në drejtim të karrocës, bën punën. Dhe forca e gravitetit, me të cilën shoferi shtyp karrocën, nuk funksionon, pasi është e drejtuar poshtë, pingul me drejtimin e lëvizjes.
Puna e një force është një sasi skalare.
Njësia e punës SI - xhaul. 1 xhaul është puna e bërë nga një forcë prej 1 njuton në një distancë prej 1 m nëse drejtimi i forcës dhe zhvendosja janë të njëjta.
Nëse në një trup ose pikë materiale veprojnë disa forca, atëherë ata flasin për punën e bërë nga forca e tyre rezultante.
Nëse forca e aplikuar nuk është konstante, atëherë puna e saj llogaritet si një integral:
Fuqia
Forca që e vë trupin në lëvizje kryen punë mekanike. Por se si bëhet kjo punë, shpejt ose ngadalë, ndonjëherë është shumë e rëndësishme të dihet në praktikë. Në fund të fundit, e njëjta punë mund të bëhet në kohë të ndryshme. Puna që bën një motor elektrik i madh mund të bëhet nga një motor i vogël. Por atij do t'i duhet shumë më shumë kohë për ta bërë këtë.
Në mekanikë, ekziston një sasi që karakterizon shpejtësinë e punës. Kjo vlerë quhet pushtet.
Fuqia është raporti i punës së bërë në një periudhë të caktuar kohore me vlerën e kësaj periudhe.
N= A /∆ t
Sipas përkufizimit A = F s cos α , a s/∆ t = v , Rrjedhimisht
N= F v cos α = F v ,
ku F - forcë, v shpejtësia, α është këndi ndërmjet drejtimit të forcës dhe drejtimit të shpejtësisë.
Kjo eshte fuqi - është prodhim skalar i vektorit të forcës dhe vektorit të shpejtësisë së trupit.
Në sistemin ndërkombëtar SI, fuqia matet në vat (W).
Fuqia prej 1 vat është puna e 1 xhaul (J) e bërë në 1 sekondë (s).
Fuqia mund të rritet duke rritur forcën që kryen punën, ose shpejtësinë me të cilën kryhet kjo punë.
Punë mekanike. Njësitë e punës.
Në jetën e përditshme, nën konceptin "punë" kuptojmë gjithçka.
Në fizikë, koncepti Puna disi ndryshe. Kjo është një sasi e caktuar fizike, që do të thotë se mund të matet. Në fizikë, studimi është kryesisht punë mekanike .
Konsideroni shembuj të punës mekanike.
Treni lëviz nën veprimin e forcës tërheqëse të lokomotivës elektrike, gjatë kryerjes së punës mekanike. Kur gjuhet një armë, forca e presionit të gazrave pluhur funksionon - ajo lëviz plumbin përgjatë tytës, ndërsa shpejtësia e plumbit rritet.
Nga këta shembuj shihet se puna mekanike bëhet kur trupi lëviz nën veprimin e një force. Puna mekanike kryhet edhe në rastin kur forca që vepron në trup (për shembull, forca e fërkimit) zvogëlon shpejtësinë e lëvizjes së tij.
Duke dashur të lëvizim kabinetin e shtypim me forcë, por nëse nuk lëviz në të njëjtën kohë, atëherë nuk kryejmë punë mekanike. Mund të imagjinohet rasti kur trupi lëviz pa pjesëmarrjen e forcave (nga inercia), në këtë rast nuk kryhet gjithashtu punë mekanike.
Kështu që, Puna mekanike bëhet vetëm kur në trup vepron një forcë dhe ai lëviz .
Është e lehtë të kuptohet se sa më e madhe forca që vepron në trup dhe sa më e gjatë të jetë rruga që trupi kalon nën veprimin e kësaj force, aq më e madhe është puna e bërë.
Puna mekanike është drejtpërdrejt proporcionale me forcën e aplikuar dhe drejtpërdrejt proporcionale me distancën e përshkuar. .
Prandaj, ne ramë dakord të matim punën mekanike me produktin e forcës dhe rrugën e përshkuar në këtë drejtim të kësaj force:
punë = forcë × rrugë
ku POR- Puna, F- forca dhe s- distanca e përshkuar.
Njësi pune është puna e bërë nga një forcë prej 1 N në një shteg prej 1 m.
Njësia e punës - xhaul (J ) është emëruar pas shkencëtarit anglez Joule. Në këtë mënyrë,
1 J = 1N m.
Përdoret gjithashtu kiloxhaulë (kJ) .
1 kJ = 1000 J.
Formula A = Fs i zbatueshëm kur fuqia Fështë konstante dhe përkon me drejtimin e lëvizjes së trupit.
Nëse drejtimi i forcës përkon me drejtimin e lëvizjes së trupit, atëherë kjo forcë bën punë pozitive.
Nëse lëvizja e trupit ndodh në drejtim të kundërt me drejtimin e forcës së aplikuar, për shembull, forca e fërkimit rrëshqitës, atëherë kjo forcë bën punë negative.
Nëse drejtimi i forcës që vepron në trup është pingul me drejtimin e lëvizjes, atëherë kjo forcë nuk funksionon, puna është zero:
Në të ardhmen, duke folur për punën mekanike, do ta quajmë shkurtimisht me një fjalë - punë.
Shembull. Llogaritni punën e bërë kur ngrihet një pllakë graniti me një vëllim prej 0,5 m3 në një lartësi prej 20 m. Dendësia e granitit është 2500 kg / m 3.
E dhënë:
ρ \u003d 2500 kg / m 3
Zgjidhje:
ku F është forca që duhet të zbatohet për të ngritur në mënyrë të barabartë pllakën lart. Kjo forcë është e barabartë në modul me forcën e fijes Fstrand që vepron në pllakë, d.m.th. F = Fstrand. Dhe forca e gravitetit mund të përcaktohet nga masa e pllakës: Ftyazh = gm. Llogaritim masën e pllakës, duke ditur vëllimin e saj dhe dendësinë e granitit: m = ρV; s = h, pra rruga është e barabartë me lartësinë e ngjitjes.
Pra, 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.
Përgjigju: A = 245 kJ.
Levat.Fuqia.Energjia
Motorë të ndryshëm kërkojnë kohë të ndryshme për të kryer të njëjtën punë. Për shembull, një vinç në një kantier ndërtimi ngre qindra tulla në katin e fundit të një ndërtese në pak minuta. Nëse një punëtor do t'i lëvizte këto tulla, do t'i duheshin disa orë për ta bërë këtë. Një shembull tjetër. Një kalë mund të lërojë një hektar tokë në 10-12 orë, ndërsa një traktor me një parmendë me shumë pjesë ( parmendë- pjesë e parmendës që pret shtresën e dheut nga poshtë dhe e transferon në hale; multi-share - shumë aksione), kjo punë do të bëhet për 40-50 minuta.
Është e qartë se një vinç bën të njëjtën punë më shpejt se një punëtor dhe një traktor më shpejt se një kalë. Shpejtësia e punës karakterizohet nga një vlerë e veçantë e quajtur fuqi.
Fuqia është e barabartë me raportin e punës me kohën për të cilën është përfunduar.
Për të llogaritur fuqinë, është e nevojshme të ndahet puna me kohën gjatë së cilës kryhet kjo punë. fuqi = punë / kohë.
ku N- fuqi, A- Puna, t- koha e punës së kryer.
Fuqia është një vlerë konstante, kur bëhet e njëjta punë për çdo sekondë, në raste të tjera raporti A/t përcakton fuqinë mesatare:
N cf = A/t . Njësia e fuqisë u mor si fuqia në të cilën puna në J kryhet në 1 s.
Kjo njësi quhet vat ( e martë) për nder të një tjetër shkencëtari anglez Watt.
1 vat = 1 xhaul / 1 sekondë, ose 1 W = 1 J/s.
Watt (xhaul për sekondë) - W (1 J / s).
Njësitë më të mëdha të fuqisë përdoren gjerësisht në inxhinieri - kilovat (kW), megavat (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
Shembull. Gjeni fuqinë e rrjedhës së ujit që rrjedh nëpër digë, nëse lartësia e rënies së ujit është 25 m, dhe shpejtësia e rrjedhjes së tij është 120 m3 në minutë.
E dhënë:
ρ = 1000 kg/m3
Zgjidhje:
Masa e ujit në rënie: m = ρV,
m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120.000 kg (12 104 kg).
Forca e gravitetit që vepron në ujë:
F = 9,8 m/s2 120,000 kg ≈ 1,200,000 N (12 105 N)
Puna e kryer në minutë:
A - 1,200,000 N 25 m = 30,000,000 J (3 107 J).
Fuqia e rrjedhës: N = A/t,
N = 30,000,000 J / 60 s = 500,000 W = 0,5 MW.
Përgjigju: N = 0,5 MW.
Motorë të ndryshëm kanë fuqi që variojnë nga të qindtat dhe të dhjetat e kilovatit (motori i një rroje elektrike, makinë qepëse) deri në qindra mijëra kilovat (turbina me ujë dhe avull).
Tabela 5
Fuqia e disa motorëve, kW.
Çdo motor ka një pllakë (pasaportë motori), e cila përmban disa të dhëna për motorin, duke përfshirë fuqinë e tij.
Fuqia njerëzore në kushte normale pune është mesatarisht 70-80 vat. Duke bërë kërcime, duke vrapuar lart shkallët, një person mund të zhvillojë fuqi deri në 730 vat, dhe në disa raste edhe më shumë.
Nga formula N = A/t del se
Për të llogaritur punën, duhet të shumëzoni fuqinë me kohën gjatë së cilës është kryer kjo punë.
Shembull. Motori i ventilatorit të dhomës ka një fuqi prej 35 vat. Sa punë bën ai në 10 minuta?
Le të shkruajmë gjendjen e problemit dhe ta zgjidhim atë.
E dhënë:
Zgjidhje:
A = 35 W * 600 s = 21,000 W * s = 21,000 J = 21 kJ.
Përgjigju A= 21 kJ.
mekanizma të thjeshtë.
Që nga kohra të lashta, njeriu ka përdorur pajisje të ndryshme për të kryer punë mekanike.
|
|
Të gjithë e dinë se një objekt i rëndë (gur, kabinet, makinë), i cili nuk mund të lëvizet me dorë, mund të lëvizet me një shkop mjaft të gjatë - një levë.
Për momentin, besohet se me ndihmën e levave tre mijë vjet më parë, gjatë ndërtimit të piramidave në Egjiptin e lashtë, pllaka të rënda guri u zhvendosën dhe u ngritën në një lartësi të madhe.
Në shumë raste, në vend që të ngrihet një ngarkesë e rëndë në një lartësi të caktuar, ajo mund të rrotullohet ose tërhiqet në të njëjtën lartësi në një plan të pjerrët ose të ngrihet me blloqe.
Pajisjet që përdoren për të transformuar fuqinë quhen mekanizmat .
Mekanizmat e thjeshtë përfshijnë: levat dhe varietetet e tyre - bllok, portë; aeroplani i prirur dhe varietetet e tij - pykë, vidë. Në shumicën e rasteve, mekanizma të thjeshtë përdoren për të marrë një fitim në forcë, d.m.th., për të rritur disa herë forcën që vepron në trup.
Mekanizma të thjeshtë gjenden si në amvisëri ashtu edhe në të gjitha makineritë komplekse të fabrikës dhe fabrikës që presin, përdredhin dhe stampojnë fletë të mëdha çeliku ose nxjerrin fijet më të mira nga të cilat më pas bëhen pëlhura. Të njëjtat mekanizma mund të gjenden në automatet moderne komplekse, makinat e printimit dhe numërimit.
Krahu i levës. Bilanci i forcave në levë.
Konsideroni mekanizmin më të thjeshtë dhe më të zakonshëm - levën.
Leva është një trup i ngurtë që mund të rrotullohet rreth një mbështetëse fikse.
Shifrat tregojnë se si një punëtor përdor një levë për të ngritur një ngarkesë si levë. Në rastin e parë, një punëtor me një forcë F shtyp fundin e levës B, në të dytën - ngre fundin B.
Punëtori duhet të kapërcejë peshën e ngarkesës P- forca e drejtuar vertikalisht poshtë. Për këtë, ai rrotullon levë rreth një aksi që kalon përmes të vetmit i palëvizshëm pika e thyerjes - pikëmbështetja e saj O. Forcë F, me të cilën punëtori vepron në levë, më pak forcë P, kështu që punëtori merr fitim në forcë. Me ndihmën e një leve mund të ngrini një ngarkesë aq të rëndë sa nuk mund ta ngrini vetë.
Figura tregon një levë, boshti i rrotullimit të së cilës është O(pika kryesore) ndodhet midis pikave të zbatimit të forcave POR dhe AT. Figura tjetër tregon një diagram të kësaj levë. Të dyja forcat F 1 dhe F 2 që veprojnë në levë drejtohen në të njëjtin drejtim.
Distanca më e shkurtër ndërmjet pikës kryesore dhe vijës së drejtë përgjatë së cilës forca vepron në levë quhet krahu i forcës.
Për të gjetur shpatullën e forcës, është e nevojshme të ulni pingulën nga pikëmbështetja në vijën e veprimit të forcës.Gjatësia e kësaj pingule do të jetë shpatulla e kësaj force. Figura tregon se OA- forca e shpatullave F 1; OV- forca e shpatullave F 2. Forcat që veprojnë në levë mund ta rrotullojnë atë rreth boshtit në dy drejtime: në drejtim të akrepave të orës ose në të kundërt. Po pushtet F 1 rrotullon levën në drejtim të akrepave të orës dhe forca F 2 e rrotullon në të kundërt të akrepave të orës.
Gjendja në të cilën leva është në ekuilibër nën veprimin e forcave të aplikuara ndaj saj mund të përcaktohet në mënyrë eksperimentale. Në të njëjtën kohë, duhet të mbahet mend se rezultati i veprimit të një force varet jo vetëm nga vlera e saj numerike (moduli), por edhe nga pika në të cilën zbatohet në trup, ose nga mënyra se si drejtohet.
Pesha të ndryshme janë të varura nga leva (shih Fig.) në të dy anët e pikës mbështetëse në mënyrë që çdo herë leva të mbetet në ekuilibër. Forcat që veprojnë në levë janë të barabarta me peshat e këtyre ngarkesave. Për secilin rast maten modulet e forcave dhe shpatullat e tyre. Nga përvoja e treguar në figurën 154, mund të shihet se forca 2 H balancon fuqinë 4 H. Në këtë rast, siç shihet nga figura, shpatulla me forcë më të vogël është 2 herë më e madhe se shpatulla me forcë më të madhe.
Në bazë të eksperimenteve të tilla, u vendos gjendja (rregulli) i ekuilibrit të levës.
Leva është në ekuilibër kur forcat që veprojnë mbi të janë në përpjesëtim të zhdrejtë me shpatullat e këtyre forcave.
Ky rregull mund të shkruhet si formulë:
F 1/F 2 = l 2/ l 1 ,
ku F 1dhe F 2 - forcat që veprojnë në levë, l 1dhe l 2 , - supet e këtyre forcave (shih Fig.).
Rregulli për balancën e levës u vendos nga Arkimedi rreth viteve 287-212. para Krishtit e. (Por a nuk thoshte paragrafi i fundit që levat përdoreshin nga Egjiptianët? Apo është e rëndësishme këtu fjala "themeluar"?)
Nga ky rregull rrjedh se një forcë më e vogël mund të balancohet me një levë të një force më të madhe. Lëreni një krah të levës të jetë 3 herë më i madh se tjetri (shih Fig.). Më pas, duke aplikuar një forcë, për shembull, 400 N në pikën B, është e mundur të ngrihet një gur me peshë 1200 N. Për të ngritur një ngarkesë edhe më të rëndë, është e nevojshme të rritet gjatësia e krahut të levës në të cilën aktet e punëtorit.
Shembull. Duke përdorur një levë, një punëtor ngre një pllakë që peshon 240 kg (shih Fig. 149). Çfarë force ushtron ai në krahun më të madh të levës, i cili është 2,4 m, nëse krahu më i vogël është 0,6 m?
Le të shkruajmë gjendjen e problemit dhe ta zgjidhim atë.
E dhënë:
Zgjidhje:
Sipas rregullit të ekuilibrit të levës, F1/F2 = l2/l1, prej nga F1 = F2 l2/l1, ku F2 = P është pesha e gurit. Pesha e gurit asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N
Pastaj, F1 = 2400 N 0,6 / 2,4 = 600 N.
Përgjigju: F1 = 600 N.
Në shembullin tonë, punëtori kapërcen një forcë prej 2400 N duke aplikuar një forcë prej 600 N në levë. Por në të njëjtën kohë, krahu mbi të cilin vepron punëtori është 4 herë më i gjatë se ai mbi të cilin vepron pesha e gurit. ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).
Duke zbatuar rregullin e levës, një forcë më e vogël mund të balancojë një forcë më të madhe. Në këtë rast, supi i forcës më të vogël duhet të jetë më i gjatë se supi i forcës më të madhe.
Momenti i fuqisë.
Ju tashmë e dini rregullin e balancës së levës:
F 1 / F 2 = l 2 / l 1 ,
Duke përdorur vetinë e proporcionit (produkti i termave të tij ekstremë është i barabartë me produktin e termave të tij të mesëm), ne e shkruajmë atë në këtë formë:
F 1l 1 = F 2 l 2 .
Në anën e majtë të ekuacionit është prodhimi i forcës F 1 mbi supin e saj l 1, dhe në të djathtë - produkti i forcës F 2 mbi supin e saj l 2 .
Prodhimi i modulit të forcës që rrotullon trupin dhe krahun e tij quhet momenti i forcës; shënohet me shkronjën M. Pra,
Një levë është në ekuilibër nën veprimin e dy forcave nëse momenti i forcës që e rrotullon atë në drejtim të akrepave të orës është i barabartë me momentin e forcës që e rrotullon atë në drejtim të kundërt.
Ky rregull quhet rregulli i momentit , mund të shkruhet si formulë:
M1 = M2
Në të vërtetë, në eksperimentin që kemi shqyrtuar, (§ 56) forcat vepruese ishin të barabarta me 2 N dhe 4 N, supet e tyre, përkatësisht, ishin presione 4 dhe 2 leva, d.m.th., momentet e këtyre forcave janë të njëjta kur leva është në ekuilibër.
Momenti i forcës, si çdo sasi fizike, mund të matet. Momenti i forcës prej 1 N merret si njësi e momentit të forcës, supi i të cilit është saktësisht 1 m.
Kjo njësi quhet Njuton metër (N m).
Momenti i forcës karakterizon veprimin e forcës dhe tregon se varet njëkohësisht nga moduli i forcës dhe nga supi i saj. Në të vërtetë, ne tashmë e dimë, për shembull, se efekti i një force në një derë varet si nga moduli i forcës ashtu edhe nga vendi ku zbatohet forca. Dera është më e lehtë për t'u kthyer, sa më larg nga boshti i rrotullimit të aplikohet forca që vepron mbi të. Është më mirë të zhbllokoni arrën me një pikëllim të gjatë sesa me një të shkurtër. Sa më e lehtë të jetë ngritja e një kovë nga pusi, aq më e gjatë është doreza e portës, etj.
Leva në teknologji, përditshmëri dhe natyrë.
Rregulli i levës (ose rregulli i momenteve) qëndron në themel të veprimit të llojeve të ndryshme të mjeteve dhe pajisjeve të përdorura në teknologji dhe në jetën e përditshme ku kërkohet një fitim në forcë ose në rrugë.
Ne kemi një fitim në forcë kur punojmë me gërshërë. Gërshërë - është një levë(oriz), boshti i rrotullimit të të cilit ndodh përmes një vidë që lidh të dy gjysmat e gërshërëve. fuqi vepruese F 1 është forca muskulore e dorës së personit që shtrëngon gërshërët. Forca kundërshtare F 2 - forca e rezistencës së një materiali të tillë që pritet me gërshërë. Në varësi të qëllimit të gërshërëve, pajisja e tyre është e ndryshme. Gërshërët e zyrës, të dizajnuara për prerjen e letrës, kanë tehe dhe doreza të gjata që janë pothuajse të njëjtën gjatësi. Nuk kërkon shumë forcë për të prerë letrën dhe është më i përshtatshëm për të prerë në një vijë të drejtë me një teh të gjatë. Gërshërët për prerjen e llamarinës (Fig.) kanë doreza shumë më të gjata se tehet, pasi forca e rezistencës së metalit është e madhe dhe për ta balancuar atë, krahu i forcës vepruese duhet të rritet ndjeshëm. Edhe më shumë ndryshim midis gjatësisë së dorezave dhe distancës së pjesës prerëse dhe boshtit të rrotullimit në preres telash(Fig.), Projektuar për prerjen e telit.
Leva të llojeve të ndryshme janë të disponueshme në shumë makina. Një dorezë e makinës qepëse, pedale biçiklete ose frena dore, pedale makinash dhe traktori, çelësa pianoje janë të gjitha shembuj të levave të përdorura në këto makina dhe vegla.
Shembuj të përdorimit të levave janë dorezat e veseve dhe tavolinave të punës, leva e një makinerie shpuese etj.
Veprimi i balancave të levës bazohet gjithashtu në parimin e levës (Fig.). Shkalla e trajnimit e treguar në figurën 48 (fq. 42) vepron si levë me krahë të barabartë . AT shkallë dhjetore krahu në të cilin është varur kupa me pesha është 10 herë më i gjatë se krahu që mban ngarkesën. Kjo thjeshton shumë peshimin e ngarkesave të mëdha. Kur peshoni një ngarkesë në një shkallë dhjetore, shumëzoni peshën e peshave me 10.
|
|
|
Pajisja e peshores për peshimin e vagonëve të mallrave të makinave bazohet gjithashtu në rregullin e levës.
Leva gjenden gjithashtu në pjesë të ndryshme të trupit të kafshëve dhe njerëzve. Këto janë, për shembull, krahët, këmbët, nofullat. Shumë leva mund të gjenden në trupin e insekteve (pasi të keni lexuar një libër për insektet dhe strukturën e trupit të tyre), zogjtë, në strukturën e bimëve.
Zbatimi i ligjit të ekuilibrit të levës në bllok.
Bllokoështë një rrotë me brazdë, e përforcuar në mbajtëse. Një litar, kabllo ose zinxhir kalohet përgjatë ulluqit të bllokut.
|
|
Blloku fiks quhet një bllok i tillë, boshti i të cilit është i fiksuar dhe kur ngre ngarkesa nuk ngrihet dhe nuk bie (Fig.
Një bllok fiks mund të konsiderohet si një levë me krahë të barabartë, në të cilën krahët e forcave janë të barabarta me rrezen e rrotës (Fig.): OA = OB = r. Një bllok i tillë nuk jep një fitim në forcë. ( F 1 = F 2), por ju lejon të ndryshoni drejtimin e forcës. Blloku i lëvizshëm është një bllok. boshti i të cilit ngrihet dhe bie së bashku me ngarkesën (Fig.). Figura tregon levën përkatëse: O- pikëmbështetja e levës, OA- forca e shpatullave R dhe OV- forca e shpatullave F. Që nga shpatulla OV 2 herë mbi supin OA, pastaj forca F 2 herë më pak fuqi R:
F = P/2 .
Në këtë mënyrë, blloku i lëvizshëm jep një fitim në forcë me 2 herë .
Kjo mund të vërtetohet edhe duke përdorur konceptin e momentit të forcës. Kur blloku është në ekuilibër, momentet e forcave F dhe R janë të barabartë me njëri-tjetrin. Por supi i forcës F 2 herë forca e shpatullave R, që do të thotë se vetë forca F 2 herë më pak fuqi R.
Zakonisht, në praktikë, përdoret një kombinim i një blloku fiks me një të lëvizshëm (Fig.). Blloku fiks përdoret vetëm për lehtësi. Nuk jep një fitim në forcë, por ndryshon drejtimin e forcës. Për shembull, ju lejon të ngrini një ngarkesë ndërsa qëndroni në tokë. Është i dobishëm për shumë njerëz ose punëtorë. Megjithatë, jep një fitim fuqie 2 herë më shumë se zakonisht!
Barazia e punës kur përdorni mekanizma të thjeshtë. "Rregulli i artë" i mekanikës.
Mekanizmat e thjeshtë që kemi shqyrtuar përdoren në kryerjen e punës në ato raste kur është e nevojshme të balancohet një forcë tjetër me veprimin e një force.
Natyrisht, lind pyetja: duke dhënë një fitim në forcë apo rrugë, a nuk japin fitim në punë mekanizmat e thjeshtë? Përgjigja për këtë pyetje mund të merret nga përvoja.
Duke balancuar në levë dy forca me modul të ndryshëm F 1 dhe F 2 (fig.), vendosni levën në lëvizje. Rezulton se për të njëjtën kohë, pika e aplikimit të një force më të vogël F 2 shkon shumë s 2, dhe pika e aplikimit të forcës më të madhe F 1 - shteg më i vogël s 1. Pasi kemi matur këto shtigje dhe module të forcës, zbulojmë se shtigjet e përshkuara nga pikat e zbatimit të forcave në levë janë në përpjesëtim të zhdrejtë me forcat:
s 1 / s 2 = F 2 / F 1.
Kështu, duke vepruar në krahun e gjatë të levës, ne fitojmë në forcë, por në të njëjtën kohë humbim të njëjtën sasi në rrugë.
Produkt i forcës F Rrugës s ka punë. Eksperimentet tona tregojnë se puna e bërë nga forcat e aplikuara në levë janë të barabarta me njëra-tjetrën:
F 1 s 1 = F 2 s 2, d.m.th. POR 1 = POR 2.
Kështu që, kur përdorni levën, fitorja në punë nuk do të funksionojë.
Duke përdorur levën, ne mund të fitojmë ose në forcë ose në distancë. Duke vepruar me forcë në krahun e shkurtër të levës, ne fitojmë në distancë, por humbim forcën me të njëjtën sasi.
Ekziston një legjendë që Arkimedi, i kënaqur me zbulimin e rregullit të levës, bërtiti: "Më jep një pikëmbështetje dhe unë do ta kthej Tokën!".
Sigurisht, Arkimedi nuk mund ta përballonte një detyrë të tillë edhe nëse do t'i jepej një pikëmbështetje (e cila do të duhej të ishte jashtë Tokës) dhe një levë me gjatësinë e kërkuar.
Për të ngritur tokën me vetëm 1 cm, krahu i gjatë i levës do të duhej të përshkruante një hark me gjatësi të madhe. Do të duheshin miliona vjet për të lëvizur skajin e gjatë të levës përgjatë kësaj rruge, për shembull, me një shpejtësi prej 1 m/s!
Nuk jep fitim në punë dhe bllok fiks, e cila është e lehtë për t'u verifikuar nga përvoja (shih Fig.). Shtigjet e përshkuara nga pikat e zbatimit të forcave F dhe F, janë të njëjta, të njëjtat janë forcat, që do të thotë se puna është e njëjtë.
Është e mundur të matet dhe të krahasohet me njëri-tjetrin puna e bërë me ndihmën e një blloku të lëvizshëm. Për të ngritur ngarkesën në një lartësi h me ndihmën e një blloku të lëvizshëm, është e nevojshme të zhvendoset fundi i litarit në të cilin është ngjitur dinamometri, siç tregon përvoja (Fig.), në një lartësi prej 2h.
Në këtë mënyrë, duke marrë një fitim në forcë me 2 herë, ata humbasin 2 herë gjatë rrugës, prandaj, blloku i lëvizshëm nuk jep fitim në punë.
Praktika shekullore e ka treguar këtë asnjë nga mekanizmat nuk jep fitim në punë. Mekanizma të ndryshëm përdoren për të fituar në forcë ose në rrugë, në varësi të kushteve të punës.
Tashmë shkencëtarët e lashtë e dinin rregullin e zbatueshëm për të gjithë mekanizmat: sa herë fitojmë në forcë, sa herë humbim në distancë. Ky rregull është quajtur "rregulli i artë" i mekanikës.
Efikasiteti i mekanizmit.
Duke marrë parasysh pajisjen dhe veprimin e levës, nuk kemi marrë parasysh fërkimin, si dhe peshën e levës. në këto kushte ideale, puna e bërë nga forca e aplikuar (ne do ta quajmë këtë punë i plotë), është e barabartë me e dobishme ngritja e ngarkesave ose tejkalimi i çdo rezistence.
Në praktikë, puna totale e bërë nga mekanizmi është gjithmonë disi më e madhe se puna e dobishme.
Një pjesë e punës kryhet kundër forcës së fërkimit në mekanizëm dhe duke lëvizur pjesët e tij individuale. Pra, duke përdorur një bllok të lëvizshëm, duhet të kryeni gjithashtu punë për ngritjen e vetë bllokut, litarit dhe përcaktimin e forcës së fërkimit në boshtin e bllokut.
Çfarëdo mekanizmi që zgjedhim, puna e dobishme e realizuar me ndihmën e tij është gjithmonë vetëm një pjesë e punës totale. Pra, duke treguar punën e dobishme me shkronjën Ap, punën e plotë (të shpenzuar) me shkronjën Az, mund të shkruajmë:
Lart< Аз или Ап / Аз < 1.
Raporti i punës së dobishme ndaj punës totale quhet efikasiteti i mekanizmit.
Efikasiteti është shkurtuar si efikasitet.
Efikasiteti = Ap / Az.
Efikasiteti zakonisht shprehet si përqindje dhe shënohet me shkronjën greke η, lexohet si "kjo":
η \u003d Ap / Az 100%.
Shembull: Një masë 100 kg është e varur nga krahu i shkurtër i levës. Për ta ngritur në krahun e gjatë është aplikuar një forcë prej 250 N. Ngarkesa është ngritur në lartësinë h1 = 0,08 m, ndërsa pika e aplikimit të forcës lëvizëse ka rënë në lartësinë h2 = 0,4 m Gjeni rendimentin e levën.
Le të shkruajmë gjendjen e problemit dhe ta zgjidhim atë.
E dhënë :
Zgjidhje :
η \u003d Ap / Az 100%.
Puna e plotë (e shpenzuar) Az = Fh2.
Punë e dobishme 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%.
Përgjigju : η = 80%.
Por “rregulli i artë” është përmbushur edhe në këtë rast. Një pjesë e punës së dobishme - 20% e saj - shpenzohet për tejkalimin e fërkimit në boshtin e levës dhe rezistencës së ajrit, si dhe për lëvizjen e vetë levës.
Efikasiteti i çdo mekanizmi është gjithmonë më pak se 100%. Duke krijuar mekanizma, njerëzit priren të rrisin efikasitetin e tyre. Për ta bërë këtë, fërkimi në akset e mekanizmave dhe pesha e tyre zvogëlohen.
Energjisë.
Në fabrika dhe fabrika, makinat dhe makineritë drejtohen nga motorë elektrikë, të cilët konsumojnë energji elektrike (nga rrjedh edhe emri).
|
Një susta e ngjeshur (oriz), që drejtohet, funksionon, ngre një ngarkesë në një lartësi ose lëviz një karrocë. Një ngarkesë e palëvizshme e ngritur mbi tokë nuk funksionon, por nëse kjo ngarkesë bie, ajo mund të bëjë punë (për shembull, mund të futë një grumbull në tokë). Çdo trup lëvizës ka aftësinë për të bërë punë. Pra, një top çeliku A (oriz) i rrokullisur nga një aeroplan i pjerrët, duke goditur një bllok druri B, e lëviz atë në një distancë të caktuar. Duke bërë këtë, po punohet. Nëse një trup ose disa trupa ndërveprues (një sistem trupash) mund të punojnë, thuhet se ata kanë energji. Energjisë - një sasi fizike që tregon se çfarë pune mund të bëjë një trup (ose disa trupa). Energjia shprehet në sistemin SI në të njëjtat njësi si puna, d.m.th xhaule. Sa më shumë punë mund të bëjë një trup, aq më shumë energji ka. Kur kryhet puna, energjia e trupave ndryshon. Puna e bërë është e barabartë me ndryshimin e energjisë. Energjia e mundshme dhe kinetike.Potenciali (nga lat. potencë - mundësia) energji quhet energji, e cila përcaktohet nga pozicioni i ndërsjellë i trupave që ndërveprojnë dhe pjesëve të të njëjtit trup. Energjia potenciale, për shembull, ka një trup të ngritur në raport me sipërfaqen e Tokës, sepse energjia varet nga pozicioni relativ i tij dhe i Tokës. dhe tërheqjen e tyre reciproke. Nëse e konsiderojmë energjinë potenciale të një trupi të shtrirë në Tokë të barabartë me zero, atëherë energjia potenciale e një trupi të ngritur në një lartësi të caktuar do të përcaktohet nga puna e bërë nga graviteti kur trupi bie në Tokë. Tregoni energjinë potenciale të trupit E n sepse E = A, dhe puna, siç e dimë, është e barabartë me produktin e forcës dhe të rrugës, atëherë A = Fh, ku F- graviteti. Prandaj, energjia potenciale En është e barabartë me: E = Fh, ose E = gmh, ku g- nxitimi i gravitetit, m- masa trupore, h- lartësia në të cilën është ngritur trupi. Uji në lumenjtë e mbajtur nga digat ka një energji të madhe potenciale. Duke rënë, uji funksionon, duke vënë në lëvizje turbinat e fuqishme të termocentraleve. Energjia potenciale e një çekiçi kopra (Fig.) përdoret në ndërtim për të kryer punën e shtyrjes së shtyllave. Duke hapur një derë me një susta, bëhet puna për të shtrirë (ose ngjeshje) susta. Për shkak të energjisë së fituar, susta, duke u kontraktuar (ose duke u drejtuar), bën punën, duke mbyllur derën. Energjia e sustave të ngjeshura dhe të pa përdredhura përdoret, për shembull, në orët e dorës, lodrat e ndryshme me orë, etj. Çdo trup elastik i deformuar ka energji potenciale. Energjia potenciale e gazit të ngjeshur përdoret në funksionimin e motorëve me nxehtësi, në çekiçët, të cilët përdoren gjerësisht në industrinë e minierave, në ndërtimin e rrugëve, gërmimin e tokës së fortë, etj. Energjia e zotëruar nga një trup si rezultat i lëvizjes së tij quhet kinetike (nga greqishtja. kinemaja - lëvizje) energji. Energjia kinetike e një trupi shënohet me shkronjë E te. Lëvizja e ujit, duke lëvizur turbinat e hidrocentraleve, shpenzon energjinë e tij kinetike dhe bën punë. Ajri në lëvizje ka gjithashtu energji kinetike - era. Nga çfarë varet energjia kinetike? Le të kthehemi te përvoja (shih Fig.). Nëse rrotulloni topin A nga lartësi të ndryshme, do të vini re se sa më e madhe të jetë lartësia që rrokulliset, aq më e madhe është shpejtësia e tij dhe sa më larg që e shtyn shiritin, d.m.th., ai bën më shumë punë. Kjo do të thotë se energjia kinetike e një trupi varet nga shpejtësia e tij. Për shkak të shpejtësisë, një plumb fluturues ka një energji të madhe kinetike. Energjia kinetike e një trupi varet edhe nga masa e tij. Le të bëjmë eksperimentin tonë përsëri, por ne do të rrokullisim një top tjetër - një masë më të madhe - nga një aeroplan i pjerrët. Blloku B do të lëvizë më tej, d.m.th., do të bëhet më shumë punë. Kjo do të thotë se energjia kinetike e topit të dytë është më e madhe se e para. Sa më e madhe të jetë masa e trupit dhe shpejtësia me të cilën ai lëviz, aq më e madhe është energjia kinetike e tij. Për të përcaktuar energjinë kinetike të një trupi, zbatohet formula: Ek \u003d mv ^ 2 / 2, ku m- masa trupore, vështë shpejtësia e trupit. Energjia kinetike e trupave përdoret në teknologji. Uji i mbajtur nga diga ka, siç është përmendur tashmë, një energji të madhe potenciale. Kur bie nga një digë, uji lëviz dhe ka të njëjtën energji të madhe kinetike. Ajo drejton një turbinë të lidhur me një gjenerator të rrymës elektrike. Për shkak të energjisë kinetike të ujit, gjenerohet energji elektrike. Energjia e ujit në lëvizje ka një rëndësi të madhe në ekonominë kombëtare. Kjo energji përdoret nga hidrocentrale të fuqishme. Energjia e ujit në rënie është një burim energjie miqësore me mjedisin, ndryshe nga energjia e karburantit. Të gjithë trupat në natyrë, në lidhje me vlerën zero të kushtëzuar, kanë ose energji potenciale ose kinetike, dhe ndonjëherë të dyja. Për shembull, një aeroplan fluturues ka energji kinetike dhe potenciale në lidhje me Tokën. U njohëm me dy lloje të energjisë mekanike. Llojet e tjera të energjisë (elektrike, të brendshme, etj.) do të shqyrtohen në seksione të tjera të kursit të fizikës. Shndërrimi i një lloji të energjisë mekanike në një tjetër. Fenomeni i shndërrimit të një lloji të energjisë mekanike në një tjetër është shumë i përshtatshëm për t'u vëzhguar në pajisjen e treguar në figurë. Duke mbështjellë fillin rreth boshtit, ngrini diskun e pajisjes. Disku i ngritur ka pak energji potenciale. Nëse e lëshoni, do të rrotullohet dhe do të bjerë. Ndërsa bie, energjia potenciale e diskut zvogëlohet, por në të njëjtën kohë rritet energjia e tij kinetike. Në fund të rënies, disku ka një rezervë të tillë të energjisë kinetike që mund të ngrihet përsëri pothuajse në lartësinë e mëparshme. (Një pjesë e energjisë shpenzohet duke punuar kundër fërkimit, kështu që disku nuk arrin lartësinë e tij origjinale.) Pasi ngrihet lart, disku bie përsëri dhe pastaj ngrihet përsëri. Në këtë eksperiment, kur disku lëviz poshtë, energjia e tij potenciale shndërrohet në energji kinetike, dhe kur lëviz lart, energjia kinetike shndërrohet në potencial. Transformimi i energjisë nga një lloj në tjetrin ndodh gjithashtu kur dy trupa elastikë godasin, për shembull, një top gome në dysheme ose një top çeliku në një pllakë çeliku. Nëse ngrini një top çeliku (oriz) mbi një pjatë çeliku dhe e lëshoni nga duart, ai do të bjerë. Ndërsa topi bie, energjia e tij potenciale zvogëlohet dhe energjia e tij kinetike rritet, ndërsa shpejtësia e topit rritet. Kur topi godet pjatën, topi dhe pllaka do të kompresohen. Energjia kinetike që zotëronte topi do të shndërrohet në energjinë potenciale të pllakës së ngjeshur dhe topit të ngjeshur. Pastaj, për shkak të veprimit të forcave elastike, pllaka dhe topi do të marrin formën e tyre origjinale. Topi do të kërcejë nga pllaka dhe energjia e tyre potenciale do të kthehet përsëri në energjinë kinetike të topit: topi do të kërcejë lart me një shpejtësi pothuajse të barabartë me shpejtësinë që kishte në momentin e goditjes në pjatë. Ndërsa topi ngrihet, shpejtësia e topit, dhe rrjedhimisht energjia e tij kinetike, zvogëlohet dhe energjia potenciale rritet. duke u kërcyer nga pllaka, topi ngrihet pothuajse në të njëjtën lartësi nga e cila filloi të bjerë. Në krye të ngjitjes, e gjithë energjia e saj kinetike do të kthehet përsëri në energji potenciale. Dukuritë natyrore zakonisht shoqërohen me shndërrimin e një lloji energjie në një tjetër. Energjia gjithashtu mund të transferohet nga një trup në tjetrin. Kështu, për shembull, kur gjuan nga një hark, energjia potenciale e një vargu harku të shtrirë shndërrohet në energjinë kinetike të një shigjete fluturuese. |
Për të qenë në gjendje të karakterizojë karakteristikat energjetike të lëvizjes, u prezantua koncepti i punës mekanike. Dhe artikulli i kushtohet asaj në manifestimet e saj të ndryshme. Për të kuptuar temën është edhe e lehtë dhe mjaft komplekse. Autori sinqerisht u përpoq ta bënte atë më të kuptueshëm dhe të kuptueshëm, dhe mund të shpresohet vetëm se qëllimi është arritur.
Çfarë është puna mekanike?
Si quhet? Nëse në trup vepron ndonjë forcë dhe si rezultat i veprimit të kësaj force trupi lëviz, atëherë kjo quhet punë mekanike. Kur trajtohet nga pikëpamja e filozofisë shkencore, këtu mund të dallohen disa aspekte shtesë, por artikulli do të mbulojë temën nga pikëpamja e fizikës. Puna mekanike nuk është e vështirë nëse mendoni me kujdes për fjalët e shkruara këtu. Por fjala "mekanike" zakonisht nuk shkruhet, dhe gjithçka reduktohet në fjalën "punë". Por jo çdo punë është mekanike. Këtu një burrë ulet dhe mendon. A funksionon? Mendërisht po! Por a është mekanike? Nr. Po nëse personi është duke ecur? Nëse një trup lëviz nën veprimin e një force, atëherë kjo është punë mekanike. Gjithçka është e thjeshtë. Me fjalë të tjera, forca që vepron në trup bën punë (mekanike). Dhe një gjë tjetër: është puna që mund të karakterizojë rezultatin e veprimit të një force të caktuar. Pra, nëse një person ecën, atëherë forca të caktuara (fërkimi, graviteti, etj.) kryejnë punë mekanike mbi një person dhe si rezultat i veprimit të tyre, njeriu ndryshon pikën e tij të vendndodhjes, me fjalë të tjera, ai lëviz.
Puna si sasi fizike është e barabartë me forcën që vepron në trup, e shumëzuar me rrugën që trupi ka bërë nën ndikimin e kësaj force dhe në drejtimin e treguar prej tij. Mund të themi se puna mekanike bëhej nëse plotësoheshin 2 kushte njëkohësisht: forca vepronte në trup dhe ai lëvizte në drejtim të veprimit të tij. Por nuk është kryer ose nuk kryhet nëse forca ka vepruar dhe trupi nuk e ka ndryshuar vendndodhjen e tij në sistemin koordinativ. Këtu janë shembuj të vegjël ku puna mekanike nuk kryhet:
- Pra, një person mund të bjerë mbi një gur të madh për ta lëvizur atë, por nuk ka forcë të mjaftueshme. Forca vepron mbi gurin, por ai nuk lëviz dhe puna nuk ndodh.
- Trupi lëviz në sistemin koordinativ dhe forca është e barabartë me zero ose të gjitha kompensohen. Kjo mund të vërehet gjatë lëvizjes inerciale.
- Kur drejtimi në të cilin lëviz trupi është pingul me forcën. Kur treni lëviz përgjatë një linje horizontale, forca e gravitetit nuk e bën punën e saj.
Në varësi të kushteve të caktuara, puna mekanike mund të jetë negative ose pozitive. Pra, nëse drejtimet dhe forcat, dhe lëvizjet e trupit janë të njëjta, atëherë ndodh puna pozitive. Një shembull i punës pozitive është efekti i gravitetit në një pikë uji që bie. Por nëse forca dhe drejtimi i lëvizjes janë të kundërta, atëherë ndodh puna mekanike negative. Një shembull i një opsioni të tillë është një tullumbace që ngrihet lart dhe graviteti, i cili bën punë negative. Kur një trup i nënshtrohet ndikimit të disa forcave, një punë e tillë quhet "punë e forcës rezultante".
Karakteristikat e zbatimit praktik (energjia kinetike)
Kalojmë nga teoria në pjesën praktike. Më vete, duhet të flasim për punën mekanike dhe përdorimin e saj në fizikë. Siç mund të kujtohet shumë, e gjithë energjia e trupit ndahet në kinetike dhe potenciale. Kur një objekt është në ekuilibër dhe nuk lëviz askund, energjia e tij potenciale është e barabartë me energjinë totale dhe energjia e tij kinetike është zero. Kur fillon lëvizja, energjia potenciale fillon të ulet, energjia kinetike të rritet, por në total ato janë të barabarta me energjinë totale të objektit. Për një pikë materiale, energjia kinetike përcaktohet si puna e forcës që përshpejtoi pikën nga zero në vlerën H, dhe në formën e formulës, kinetika e trupit është ½ * M * H, ku M është masa. Për të zbuluar energjinë kinetike të një objekti që përbëhet nga shumë grimca, duhet të gjeni shumën e të gjithë energjisë kinetike të grimcave, dhe kjo do të jetë energjia kinetike e trupit.
Karakteristikat e zbatimit praktik (energjia potenciale)
Në rastin kur të gjitha forcat që veprojnë në trup janë konservatore dhe energjia potenciale është e barabartë me totalin, atëherë nuk punohet. Ky postulat njihet si ligji i ruajtjes së energjisë mekanike. Energjia mekanike në një sistem të mbyllur është konstante në intervalin kohor. Ligji i ruajtjes përdoret gjerësisht për të zgjidhur problemet nga mekanika klasike.
Karakteristikat e zbatimit praktik (termodinamika)
Në termodinamikë, puna e bërë nga një gaz gjatë zgjerimit llogaritet me integralin e presionit të shumëzuar me vëllim. Kjo qasje është e zbatueshme jo vetëm në rastet kur ka një funksion të saktë të vëllimit, por edhe për të gjitha proceset që mund të shfaqen në rrafshin presion/vëllim. Njohuritë e punës mekanike zbatohen jo vetëm për gazet, por për çdo gjë që mund të ushtrojë presion.
Karakteristikat e zbatimit praktik në praktikë (mekanika teorike)
Në mekanikën teorike, të gjitha vetitë dhe formulat e përshkruara më sipër konsiderohen më në detaje, në veçanti, këto janë projeksione. Ajo gjithashtu jep përkufizimin e saj për formula të ndryshme të punës mekanike (një shembull i përkufizimit për integralin Rimmer): kufiri në të cilin priret shuma e të gjitha forcave të punës elementare kur finesa e ndarjes tenton në zero quhet puna e forcës përgjatë kurbës. Ndoshta e vështirë? Por asgjë, me mekanikën teorike gjithçka. Po, dhe të gjitha punët mekanike, fizike dhe vështirësitë e tjera kanë mbaruar. Më tej do të ketë vetëm shembuj dhe një përfundim.
Njësitë e punës mekanike
SI përdor joules për të matur punën, ndërsa GHS përdor ergs:
- 1 J = 1 kg m²/s² = 1 Nm
- 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 dyne cm
- 1 erg = 10 −7 J
Shembuj të punës mekanike
Për të kuptuar përfundimisht një koncept të tillë si puna mekanike, duhet të studioni disa shembuj të veçantë që do t'ju lejojnë ta konsideroni atë nga shumë, por jo të gjitha, anët:
- Kur një person ngre një gur me duar, atëherë puna mekanike ndodh me ndihmën e forcës muskulore të duarve;
- Kur një tren udhëton përgjatë shinave, ai tërhiqet nga forca tërheqëse e traktorit (lokomotivë elektrike, lokomotivë me naftë, etj.);
- Nëse merrni një armë dhe qëlloni prej saj, atëherë falë forcës së presionit që do të krijojnë gazrat e pluhurit, puna do të kryhet: plumbi lëvizet përgjatë tytës së armës në të njëjtën kohë me rritjen e shpejtësisë së vetë plumbit. ;
- Ka edhe punë mekanike kur forca e fërkimit vepron në trup, duke e detyruar atë të zvogëlojë shpejtësinë e lëvizjes së tij;
- Shembulli i mësipërm me topat, kur ngrihen në drejtim të kundërt në raport me drejtimin e gravitetit, është gjithashtu një shembull i punës mekanike, por përveç gravitetit, forca e Arkimedit vepron edhe kur çdo gjë që është më e lehtë se ajri ngrihet lart.
Çfarë është pushteti?
Së fundi, dua të prek temën e pushtetit. Puna e bërë nga një forcë në një njësi të kohës quhet fuqi. Në fakt, fuqia është një sasi e tillë fizike që është një pasqyrim i raportit të punës me një periudhë të caktuar kohore gjatë së cilës është kryer kjo punë: M = P / B, ku M është fuqia, P është puna, B është koha. Njësia e fuqisë SI është 1 vat. Një vat është e barabartë me fuqinë që kryen punën e një xhaul në një sekondë: 1 W = 1J \ 1s.
