« Fysik - årskurs 10"
Lagen om energihushållning - grundlag naturen, så att du kan beskriva de flesta fenomen som uppstår.
Beskrivningen av kroppars rörelse är också möjlig med hjälp av dynamikbegrepp som arbete och energi.
Kom ihåg vad arbete och kraft är i fysiken.
Sammanfaller dessa begrepp med vardagliga idéer om dem?
Alla våra dagliga handlingar går ut på att vi med hjälp av muskler antingen sätter de omgivande kropparna i rörelse och upprätthåller denna rörelse, eller så slutar vi röra kroppar.
Dessa kroppar är verktyg (hammare, penna, såg), i spel - bollar, puckar, schackpjäser. I produktion och i lantbruk människor sätter också igång arbetsredskapen.
Användningen av maskiner ökar arbetsproduktiviteten många gånger om på grund av användningen av motorer i dem.
Syftet med vilken motor som helst är att sätta kropparna i rörelse och bibehålla denna rörelse, trots bromsning både genom vanlig friktion och genom "arbetsmotstånd" (skäraren ska inte bara glida över metallen, utan, genom att skära i den, ta bort spån; plogen ska lossa mark etc.). I detta fall måste en kraft verka på den rörliga kroppen från sidan av motorn.
Arbete utförs i naturen alltid när en kraft (eller flera krafter) från en annan kropp (andra kroppar) verkar på en kropp i dess rörelseriktning eller mot den.
Tyngdkraften fungerar när regndroppar eller stenar faller från en klippa. Samtidigt verkar motståndskraften på de fallande dropparna eller på stenen från luftsidan. Det fungerar och elasticitetens kraft när ett träd böjt av vinden rätas ut.
Definition av arbete.
Newtons andra lag i impulsform Δ = Δt låter dig bestämma hur hastigheten på en kropp ändras i storlek och riktning, om en kraft verkar på den under tiden Δt.
Inverkan på kroppar av krafter som leder till en förändring av deras hastighetsmodul kännetecknas av ett värde som beror både på krafterna och på kropparnas förskjutningar. Denna kvantitet kallas i mekanik kraftarbete.
En förändring av hastighetsmodulen är möjlig endast om projektionen av kraften F r på kroppens rörelseriktning inte är noll. Det är denna projektion som bestämmer verkan av kraften som modulerar kroppens hastighet. Hon gör jobbet. Därför kan arbetet betraktas som produkten av projektionen av kraften F r på förskjutningsmodulen |Δ| (fig. 5.1):
A = F r | A |. (5.1)
Om vinkeln mellan kraft och förskjutning betecknas med α, då Fr = Fcosa.
Därför är arbetet lika med:
A = | Δ | cosα. (5.2)
Vårt vardagliga arbetsbegrepp skiljer sig från definitionen av arbete inom fysiken. Du håller i en tung resväska och det verkar som om du jobbar. Men ur en fysisk synvinkel är ditt arbete noll.
Arbetet med en konstant kraft är lika med produkten av kraftmodulerna och förskjutningen av kraftens appliceringspunkt och cosinus för vinkeln mellan dem.
V allmänt fall vid körning fast kropp rörelserna av dess olika punkter är olika, men när vi bestämmer kraftarbetet är vi under Δ vi förstår rörelsen i dess tillämpningspunkt. Under translationsrörelsen hos en stel kropp sammanfaller rörelsen av alla dess punkter med rörelsen av kraftens appliceringspunkt.
Arbete, till skillnad från kraft och förskjutning, är inte en vektor, utan en skalär storhet. Det kan vara positivt, negativt eller noll.
Verkets tecken bestäms av tecknet för cosinus för vinkeln mellan kraft och förskjutning. Om α< 90°, то А >0 sedan cosinus skarpa hörn positiv. Vid α> 90 ° är arbetet negativt, eftersom cosinus för trubbiga vinklar är negativ. Vid α = 90 ° (kraften är vinkelrät mot förskjutningen) utförs inget arbete.
Om flera krafter verkar på kroppen, är projektionen av den resulterande kraften på förskjutningen lika med summan av projektionerna av de individuella krafterna:
F r = F 1r + F 2r + ... .
Därför erhåller vi för den resulterande kraftens arbete
A = F1r | A | + F2r | Δ | + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)
Om flera krafter verkar på kroppen, då fullt arbete(den algebraiska summan av alla krafters arbete) är lika med den resulterande kraftens arbete.
Arbetet som utförs med våld kan representeras grafiskt. Låt oss förklara detta genom att i figuren skildra beroendet av kraftprojektionen på kroppens koordinater när den rör sig längs en rak linje.
Låt sedan kroppen röra sig längs OX-axeln (Fig.5.2).
Fcosα = F x, | Δ | = Δ x.
För styrkans arbete får vi
A = F | A | cosα = F x Ax.
Uppenbarligen är arean av rektangeln skuggad i figur (5.3, a) numeriskt lika med arbetet när kroppen flyttas från en punkt med koordinat x1 till en punkt med koordinat x2.
Formel (5.1) är giltig när projektionen av kraften på förskjutningen är konstant. I fallet med en krökt bana, konstant eller variabel kraft, delar vi in banan i små segment som kan anses vara rätlinjiga, och projektionen av kraften vid liten förskjutning Δ - konstant.
Beräkna sedan arbetet på varje rörelse Δ
och sedan summera dessa arbeten, bestämmer vi kraftens arbete på den slutliga förskjutningen (Fig. 5.3, b). Arbetsenhet.
Arbetsenheten kan ställas in med hjälp av grundformeln (5.2). Om, när en kropp per längdenhet förflyttas, verkar en kraft på den, vars modul är lika med en, och kraftens riktning sammanfaller med rörelseriktningen för dess appliceringspunkt (α = 0), då arbete kommer att vara lika med ett. I det internationella systemet (SI) är arbetsenheten joule (betecknad med J):
1 J = 1 N, m = 1 Nm.
Jouleär det arbete som utförs av en kraft på 1 N på förskjutning 1 om kraftriktningarna och förskjutningen sammanfaller.
Flera arbetsenheter används ofta - kilojoule och mega joule:
1 kJ = 1000 J,
1 MJ = 1 000 000 J.
Arbetet kan utföras både på lång tid och på mycket kort tid. I praktiken är det dock långt ifrån likgiltigt om arbetet kan utföras snabbt eller långsamt. Den tid under vilken arbetet utförs bestämmer prestandan för alla motorer. En liten elmotor kan göra ett mycket stort jobb, men det kommer att ta lång tid. Därför införs tillsammans med arbete ett värde som kännetecknar den hastighet med vilken den produceras - kraft.
Effekt är förhållandet mellan arbete A och tidsintervallet Δt för vilket detta arbete är slutfört, det vill säga effekt är hastigheten för att utföra arbete:
Genom att ersätta formel (5.4) istället för arbete A med dess uttryck (5.2), får vi
Sålunda, om kroppens kraft och hastighet är konstanta, är effekten lika med produkten av kraftvektorns modul med modulen för hastighetsvektorn och cosinus för vinkeln mellan riktningarna för dessa vektorer. Om dessa värden är variabla, är det med formeln (5.4) möjligt att bestämma den genomsnittliga kraften, liknande bestämningen av medelhastigheten för kroppsrörelser.
Begreppet kraft introduceras för att bedöma arbetet per tidsenhet som utförs av någon mekanism (pump, kran, maskinmotor, etc.). I formlerna (5.4) och (5.5) avses därför alltid dragkraften.
I SI uttrycks makt i watt (W).
Effekten är lika med 1 W om arbete lika med 1 J utförs på 1 s.
Tillsammans med watten används större (flera) kraftenheter:
1 kW (kilowatt) = 1000 W,
1 MW (megawatt) = 1 000 000 W.
Nästan alla, utan att tveka, kommer att svara: i den andra. Och de kommer att ha fel. Tvärtom är fallet. I fysik beskrivs mekaniskt arbete med följande definitioner: mekaniskt arbete utförs när en kraft verkar på kroppen och den rör sig. Mekaniskt arbete är direkt proportionellt mot den applicerade kraften och den tillryggalagda sträckan.
Formel för mekaniskt arbete
Mekaniskt arbete bestäms av formeln:
där A är arbete, F är kraft, s är tillryggalagd sträcka.
POTENTIELL(potentiell funktion), ett begrepp som kännetecknar en bred klass av fysiska kraftfält (elektriska, gravitationsfält, etc.) och fält i allmänhet fysiska kvantiteter representeras av vektorer (fält av vätskehastigheter, etc.). I det allmänna fallet, potentialen för vektorfältet a ( x,y,z) är en sådan skalär funktion u(x,y,z) så att a = grad
35. Ledare i ett elektriskt fält. Elektrisk kapacitet.Ledare i ett elektriskt fält. Ledare är ämnen som kännetecknas av närvaron i dem av ett stort antal gratis laddningsbärare som kan röra sig under påverkan av ett elektriskt fält. Ledare inkluderar metaller, elektrolyter, kol. I metaller är bärarna av fria laddningar elektronerna i atomernas yttre skal, som, när atomer interagerar, helt förlorar sin förbindelse med "sina" atomer och blir hela ledarens egendom som helhet. Fria elektroner deltar i termisk rörelse som gasmolekyler och kan röra sig genom metallen i vilken riktning som helst. Elektrisk kapacitet- egenskap hos en ledare, ett mått på dess förmåga att ackumulera en elektrisk laddning. I teorin elektriska kretsar kapacitans är den ömsesidiga kapacitansen mellan två ledare; parameter för det kapacitiva elementet i den elektriska kretsen, presenterad i form av en tvåpolig. Denna kapacitet definieras som förhållandet mellan kvantiteten elektrisk laddning till potentialskillnaden mellan dessa ledare
36. Kapacitet hos en platt kondensator.
Kapaciteten hos en platt kondensator.
Den där. kapacitansen för en platt kondensator beror endast på dess storlek, form och dielektricitetskonstant. För att skapa en kondensator med hög kapacitet är det nödvändigt att öka plattornas yta och minska tjockleken på det dielektriska lagret.
37. Magnetisk interaktion av strömmar i vakuum. Amperes lag.Amperes lag. År 1820 upprättade Ampere (fransk vetenskapsman (1775-1836)) experimentellt en lag genom vilken det är möjligt att beräkna kraft som verkar på ett ledarelement av längd med ström.
där är vektorn för magnetisk induktion, är vektorn för elementet av ledarens längd ritad i strömriktningen.
Kraftmodul, där är vinkeln mellan strömriktningen i ledaren och riktningen för magnetfältsinduktionen. För en rak ledare med en strömlängd i ett enhetligt fält
Riktningen för den verkande kraften kan bestämmas med hjälp av vänsterhandsregler:
Om handflatan på vänster hand är placerad så att den normala (till nuvarande) komponenten magnetiskt fält gick in i handflatan, och fyra utsträckta fingrar riktas längs strömmen, då kommer tummen att indikera i vilken riktning Ampere-kraften verkar.
38. Magnetisk fältstyrka. Bio-Savart-Laplace lagMagnetisk fältstyrka(standardbeteckning H ) - vektor fysisk kvantitet lika med vektorns skillnad magnetisk induktion B och magnetisering vektor J .
V International System of Units (SI): 
var- magnetisk konstant.
BSL lag. Lagen som bestämmer magnetfältet för ett enskilt strömelement 
39. Tillämpningar av Bio-Savart-Laplace-lagen. För ett likströmsfält
För en cirkulär sväng.
Och för solenoiden
40. Magnetfältsinduktion Magnetfältet kännetecknas av en vektormängd, som kallas magnetisk induktion (vektormängd, som är den kraft som är karakteristisk för magnetfältet vid en given punkt i rymden). MI. (B) detta är inte en kraft som verkar på ledare, det är en storhet som är genom en given kraft längs följande formel: B = F / (I * l) (Ord: Modulen för MI-vektorn. (B) är lika med förhållandet kraftmodul F, med vilken magnetfältet verkar på en ledare med ström placerad vinkelrätt mot magnetlinjerna, mot strömmen i ledaren I och längden av ledaren l. Magnetisk induktion beror endast på magnetfältet. I detta avseende kan induktion anses vara en kvantitativ egenskap hos magnetfältet. Den bestämmer med vilken kraft (Lorentz-kraft) magnetfältet verkar på en laddning som rör sig med hastighet. 
Uppmätt med MI i tesla (1 T). I detta fall är 1 T = 1 N / (A * m). MI har en riktning. Grafiskt kan det ritas i form av linjer. I ett enhetligt magnetfält är MI:s parallella, och MI-vektorn kommer att riktas på samma sätt vid alla punkter. I fallet med ett inhomogent magnetfält, till exempel ett fält runt en ledare med ström, kommer den magnetiska induktionsvektorn att förändras vid varje punkt i rymden runt ledaren, och tangenter till denna vektor kommer att skapa koncentriska cirklar runt ledaren.
41. Partikelrörelse i ett magnetfält. Lorentz kraft. a) - Om en partikel flyger in i ett område med ett enhetligt magnetfält och vektorn V är vinkelrät mot vektorn B, så rör den sig längs en cirkel med radien R = mV / qB, eftersom Lorentzkraften Fl = mV ^ 2 / R spelar rollen som en centripetalkraft. Omloppsperioden är lika med T = 2piR / V = 2pim / qB och den beror inte på partikelhastigheten (Detta gäller endast vid 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.
Kraften hos L. bestäms av förhållandet: Fl = q VB sina (q är storleken på den rörliga laddningen; V är modulen för dess hastighet; B är modulen för magnetfältsinduktionsvektorn; alfa är vinkeln mellan vektorn V och vektorn B) Lorentzkraften är vinkelrät mot hastigheten och därför utför den inte arbete, ändrar inte modulen för laddningens hastighet och dess kinetiska energi. Men hastighetsriktningen ändras kontinuerligt. Lorentzkraften är vinkelrät mot vektorerna B och v, och dess riktning bestäms med hjälp av samma regel för vänsterhanden som riktningen för Amperekraften: om vänsterhanden är placerad så att komponenten av magnetisk induktion B, vinkelrät mot laddningshastighet, går in i handflatan och fyra fingrar riktas längs den positiva laddningens rörelse (mot rörelsen av den negativa), då kommer tummen böjd 90 grader att visa riktningen för Lorentzkraften F l som verkar på laddningen. 
Ett av mekanikens viktigaste begrepp är kraftarbete .
Kraftarbete
Alla fysiska kroppar i världen omkring oss sätts i rörelse med våld. Om en rörlig kropp i förbigående eller motsatt riktning påverkas av en kraft eller flera krafter från en eller flera kroppar, så säger de att pågående arbete .
Det vill säga att det mekaniska arbetet utförs av kraften som verkar på kroppen. Så dragkraften hos ett elektriskt lok driver hela tåget och utför därigenom mekaniskt arbete. Cykeln drivs av muskelkraften från cyklistens ben. Därför utför denna kraft också mekaniskt arbete.
I fysik kraftarbete kallas en fysisk storhet lika med produkten av kraftmodulen, förskjutningsmodulen för kraftens appliceringspunkt och cosinus för vinkeln mellan kraftvektorerna och förskjutningen.
A = F s cos (F, s) ,
var F kraftmodul,
s - rörelsemodul .
Arbete utförs alltid om vinkeln mellan kraft- och förskjutningsvindarna inte är noll. Om kraften verkar i motsatt riktning mot rörelseriktningen är arbetsmängden negativ.
Arbete utförs inte om kroppen inte påverkas av krafter eller om vinkeln mellan den applicerade kraften och rörelseriktningen är 90° (cos 90° = 0).
Om hästen drar vagnen, så gör hästens muskelkraft, eller dragkraft, riktad längs vagnens riktning, jobbet. Och tyngdkraften med vilken föraren trycker på vagnen utför inte arbete, eftersom den är riktad nedåt, vinkelrätt mot rörelseriktningen.
Kraftarbetet är en skalär storhet.
SI arbetsenhet - joule. 1 joule är det arbete som en kraft på 1 newton gör på ett avstånd av 1 m, om kraftens och förskjutningens riktningar sammanfaller.
Om flera krafter verkar på en kropp eller materiell punkt, så talar de om det arbete som utförs av deras resulterande kraft.
Om den applicerade kraften inte är konstant, beräknas dess arbete som en integral:
Kraft
Kraften som sätter kroppen i rörelse utför mekaniskt arbete. Men hur detta arbete går till, snabbt eller långsamt, är ibland väldigt viktigt att veta i praktiken. Ett och samma arbete kan trots allt utföras vid olika tidpunkter. Arbetet med en stor elmotor kan utföras av en liten motor. Men det kommer att ta honom mycket längre tid för detta.
Inom mekaniken finns ett värde som kännetecknar arbetshastigheten. Denna mängd kallas kraft.
Effekt är förhållandet mellan det arbete som utförts under en viss tidsperiod och värdet av detta intervall.
N = A / ∆ t
A-priory A = F s cos α , a s / ∆ t = v , därav
N = F v cos α = F v ,
var F - tvinga, v fart, α - vinkeln mellan kraftriktningen och hastighetsriktningen.
Det är kraft - detta är den skalära produkten av kraftvektorn med kroppens hastighetsvektor.
I det internationella SI-systemet mäts effekten i watt (W).
Effekt på 1 watt är 1 joule (J) arbete utfört på 1 sekund (s).
Effekten kan ökas genom att öka kraften som utför arbetet, eller hastigheten med vilken arbetet utförs.
Mekaniskt arbete. Arbetsenheter.
I vardagen menar vi med begreppet "arbete" allt.
I fysik, konceptet Arbete något annorlunda. Detta är en bestämd fysisk storhet, vilket betyder att den kan mätas. Fysikstudier i första hand mekaniskt arbete .
Låt oss överväga exempel på mekaniskt arbete.
Tåget rör sig under inverkan av dragkraften från ett elektriskt lok, medan mekaniskt arbete utförs. När den avfyras från en pistol fungerar pulvergasernas tryckkraft - den flyttar kulan längs pipan, medan kulans hastighet ökar.
Dessa exempel visar att mekaniskt arbete utförs när kroppen rör sig under inverkan av kraft. Mekaniskt arbete utförs också när kraften som verkar på kroppen (till exempel friktionskraften) minskar hastigheten på dess rörelse.
Om vi vill flytta skåpet trycker vi på det med kraft, men om det inte rör sig samtidigt, utför vi inte mekaniskt arbete. Man kan föreställa sig ett fall då kroppen rör sig utan krafternas deltagande (genom tröghet), i vilket fall mekaniskt arbete inte heller utförs.
Så, mekaniskt arbete utförs endast när en kraft verkar på kroppen och den rör sig .
Det är lätt att förstå att ju större kraften verkar på kroppen och ju längre väg som kroppen färdas under inverkan av denna kraft, desto mer arbete görs.
Mekaniskt arbete är direkt proportionellt mot den applicerade kraften och är direkt proportionell mot den tillryggalagda sträckan .
Därför kom vi överens om att mäta mekaniskt arbete med kraftprodukten av vägen som färdats i denna krafts riktning:
arbete = styrka × väg
var A- Arbete, F- styrka och s- distans rest.
En arbetsenhet är det arbete som utförs av en kraft på 1N, på en bana lika med 1 m.
Arbetsenhet - joule (J ) är uppkallad efter den engelske vetenskapsmannen Joule. Således,
1 J = 1 Nm.
Används också kilojoule (kj) .
1 kJ = 1000 J.
Formel A = Fs tillämplig när kraften F konstant och sammanfaller med kroppens rörelseriktning.
Om kraftens riktning sammanfaller med kroppens rörelseriktning, gör denna kraft positivt arbete.
Om kroppen rör sig i motsatt riktning mot den applicerade kraftens riktning, till exempel den glidande friktionskraften, utför denna kraft negativt arbete.
Om riktningen för kraften som verkar på kroppen är vinkelrät mot rörelseriktningen, utför denna kraft inte arbete, arbetet är noll:
I det följande, när vi talar om mekaniskt arbete, kommer vi kort att kalla det i ett ord - arbete.
Exempel... Beräkna det utförda arbetet när du lyfter en granitplatta med en volym av 0,5 m3 till en höjd av 20 m. Granitens densitet är 2500 kg / m3.
Given:
ρ = 2500 kg/m 3
Lösning:
där F är kraften som måste appliceras för att jämnt lyfta upp plattan. Denna kraft i modul är lika med kraften hos slipsen Ftyazh, som verkar på plattan, det vill säga F = Ftyazh. Och tyngdkraften kan bestämmas av plattans massa: Ftyazh = gm. Vi beräknar plattans massa, med kunskap om dess volym och densitet av granit: m = ρV; s = h, det vill säga vägen är lika med lyfthöjden.
Så, m = 2500 kg / m3 0,5 m3 = 1250 kg.
F = 9,8 N / kg 1250 kg ≈ 12 250 N.
A = 12 250 N · 20 m = 245 000 J = 245 kJ.
Svar: A = 245 kJ.
Spakar.Kraft.Energi
Olika motorer tar olika tid att slutföra samma jobb. Till exempel lyfter en kran på en byggarbetsplats hundratals tegelstenar till översta våningen i en byggnad på några minuter. Om dessa tegelstenar släpades av en arbetare skulle det ta honom flera timmar att göra detta. Ett annat exempel. En hektar mark kan plöjas av en häst på 10-12 timmar, medan en traktor med flerskärsplog ( plogbill- en del av plogen som skär jordlagret underifrån och överför det till soptippen; multi-share - många plogbillar), kommer detta arbete att utföras i 40-50 minuter.
Det är tydligt att en kran gör samma jobb snabbare än en arbetare och en traktor snabbare än en häst. Hastigheten att utföra arbete kännetecknas av en speciell kvantitet som kallas kraft.
Effekt är lika med förhållandet mellan arbete och den tid under vilken det avslutades.
För att beräkna effekten måste arbetet delas med den tid under vilken detta arbete avslutades. kraft = arbete / tid.
var N- kraft, A- Arbete, t- tidpunkten för det utförda arbetet.
Effekt är ett konstant värde när samma arbete utförs för varje sekund, i andra fall förhållandet A/t bestämmer medeleffekten:
N ons = A/t . För en kraftenhet tog vi en sådan kraft där arbete utförs i J.
Denna enhet kallas en watt ( W) för att hedra en annan engelsk vetenskapsman Watt.
1 watt = 1 joule / 1 sekund, eller 1 W = 1 J/s.
Watt (joule per sekund) - W (1 J/s).
Inom tekniken används större kraftenheter i stor utsträckning - kilowatt (kWh), megawatt (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
Exempel... Hitta kraften i flödet av vatten som strömmar genom dammen, om höjden på vattenfallet är 25 m och dess flödeshastighet är 120 m3 per minut.
Given:
ρ = 1000 kg/m3
Lösning:
Fallande vattenmassa: m = pV,
m = 1000 kg / m3 120 m3 = 120 000 kg (12 104 kg).
Tyngdkraft som verkar på vatten:
F = 9,8 m/s2 120 000 kg ≈ 1 200 000 N (12 105 N)
Arbete utfört per minut:
A - 1 200 000 N · 25 m = 30 000 000 J (3 · 107 J).
Flödeshastighet: N = A/t,
N = 30 000 000 J / 60 s = 500 000 W = 0,5 MW.
Svar: N = 0,5 MW.
Olika motorer har kapaciteter som sträcker sig från hundradelar och tiondelar av en kilowatt (elektrisk rakhyvelmotor, symaskin) till hundratusentals kilowatt (vatten- och ångturbiner).
Tabell 5.
Viss motoreffekt, kW.
Varje motor har en skylt (motorpass), som innehåller vissa uppgifter om motorn, inklusive dess effekt.
Mänsklig effekt under normala arbetsförhållanden är i genomsnitt 70-80 watt. Hoppar, springer uppför trappan, en person kan utveckla effekt upp till 730 W, och i vissa fall ännu mer.
Av formeln N = A / t följer att
För att beräkna arbetet måste du multiplicera kraften med tiden under vilken detta arbete utfördes.
Exempel. Rumsfläktmotorn har en effekt på 35 W. Vilken typ av arbete gör han på 10 minuter?
Låt oss skriva ner tillståndet för problemet och lösa det.
Given:
Lösning:
A = 35 W * 600s = 21 000 W * s = 21 000 J = 21 kJ.
Svar A= 21 kJ.
Enkla mekanismer.
Sedan urminnes tider har människan använt olika anordningar för att utföra mekaniskt arbete.
|
|
Alla vet att ett tungt föremål (sten, skåp, verktygsmaskin), som inte kan flyttas för hand, kan flyttas med en tillräckligt lång pinne - en spak.
För närvarande tror man att med hjälp av spakar för tre tusen år sedan, under byggandet av pyramiderna i det antika Egypten, flyttades tunga stenplattor och höjdes till en stor höjd.
I många fall, istället för att lyfta en tung last till en viss höjd, kan den rullas in eller dras in till samma höjd längs ett lutande plan, eller lyftas med hjälp av block.
Enheter som tjänar till att omvandla kraft kallas mekanismer .
Enkla mekanismer inkluderar: spakar och dess varianter - block, grind; lutande plan och dess sorter - kil, skruv... I de flesta fall används enkla mekanismer för att få en styrka, det vill säga att öka kraften som verkar på kroppen med flera gånger.
Enkla mekanismer finns i hushåll och i alla komplexa fabriks- och fabriksmaskiner som skär, vrider och stämplar stora stålplåtar eller drar de finaste trådarna som tyger sedan tillverkas av. Samma mekanismer finns i moderna komplexa automatiska maskiner, tryck- och beräkningsmaskiner.
Hävarm. Kraftbalansen på spaken.
Tänk på den enklaste och vanligaste mekanismen - en spak.
Armen är en stel kropp som kan rotera runt ett fast stöd.
Bilderna visar hur en arbetare använder en kofot för att lyfta lasten som en spak. I det första fallet en arbetare med våld F trycker på änden av kofoten B, i den andra - lyfter slutet B.
Arbetaren måste övervinna lastens tyngd P- kraft riktad vertikalt nedåt. För detta vrider han kofoten runt en axel som går genom en singel orörlig brytpunkt - punkten för dess stöd O... Tvinga F med vilken arbetaren verkar på spaken, mindre kraft P alltså arbetaren får vinna i styrka... Med hjälp av spaken kan du lyfta en så tung last att du inte kan lyfta på egen hand.
Figuren visar en spak vars rotationsaxel är O(stödpunkt) ligger mellan krafternas appliceringspunkter A och V... En annan bild visar ett diagram över denna spak. Båda krafterna F 1 och F 2 som verkar på spaken är riktade i en riktning.
Det kortaste avståndet mellan stödpunkten och den raka linjen längs vilken kraften verkar på spaken kallas kraftarmen.
För att hitta kraftaxeln är det nödvändigt att sänka vinkelrät från stödpunkten till kraftens verkningslinje.Längden på denna vinkelrät kommer att vara axeln av den givna kraften. Det visar figuren OA- axelstyrka F 1; OV- axelstyrka F 2. Krafterna som verkar på spaken kan rotera den runt axeln i två riktningar: framåt eller moturs. Alltså, styrka F 1 vrider spaken medurs och kraften F 2 roterar den moturs.
Tillståndet under vilket spaken är i jämvikt under inverkan av krafter som appliceras på den kan fastställas experimentellt. Man bör komma ihåg att resultatet av kraftens verkan beror inte bara på dess numeriska värde (modul), utan också på den punkt där den appliceras på kroppen, eller hur den är riktad.
Olika vikter är upphängda från spaken (se fig.) På båda sidor om stödpunkten så att spaken förblir i balans varje gång. Krafterna som verkar på spaken är lika med vikterna av dessa vikter. För varje fall mäts kraftmodulerna och deras skuldror. Av erfarenheten som visas i figur 154 kan man se att kraften 2 H balanserar styrka 4 H... Samtidigt, som framgår av figuren, är axeln med mindre styrka 2 gånger större än axeln med större styrka.
På grundval av sådana experiment fastställdes villkoret (regeln) för balansen för spaken.
Spaken är i balans när krafterna som verkar på den är omvänt proportionella mot dessa krafters skuldror.
Denna regel kan skrivas som en formel:
F 1/F 2 = l 2/ l 1 ,
var F 1och F 2 - krafter som verkar på spaken, l 1och l 2 , - dessa krafters axlar (se fig.).
Balansregeln för spaken etablerades av Arkimedes omkring 287-212. före Kristus NS. (men stod det i sista stycket att spakarna användes av egyptierna? Eller spelar ordet "etablerad" en viktig roll här?)
Av denna regel följer att en lägre kraft kan användas för att balansera en större kraft med en spak. Låt spakens ena arm vara 3 gånger större än den andra (se fig.). Sedan, genom att applicera en kraft i punkt B, till exempel 400 N, är det möjligt att lyfta en sten som väger 1200 N. För att lyfta en ännu tyngre last är det nödvändigt att öka längden på hävarmen som arbetaren verkar på.
Exempel... Med hjälp av en spak lyfter en arbetare en platta som väger 240 kg (se fig. 149). Vilken kraft utövar han på spakens större arm, lika med 2,4 m, om den mindre armen är lika med 0,6 m?
Låt oss skriva ner tillståndet för problemet och lösa det.
Given:
Lösning:
Enligt spakens jämviktsregel är F1 / F2 = l2 / l1, varav F1 = F2 l2 / l1, där F2 = P är stenens vikt. Stenvikt asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N
Sedan är F1 = 2400 N 0,6 / 2,4 = 600 N.
Svar: F1 = 600 N.
I vårt exempel övervinner arbetaren kraften på 2400 N och applicerar en kraft på 600 N på spaken, men samtidigt är axeln som arbetaren verkar på 4 gånger längre än den som stenens vikt verkar på ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).
Genom att tillämpa regeln om hävstång kan mindre kraft motverka mer kraft. I det här fallet bör axeln med mindre styrka vara längre än axeln med större styrka.
Maktens ögonblick.
Du känner redan till balansregeln för spaken:
F 1 / F 2 = l 2 / l 1 ,
Med hjälp av proportionsegenskapen (produkten av dess extrema medlemmar är lika med produkten av dess mellantermer), skriver vi den i denna form:
F 1l 1 = F 2 l 2 .
På vänster sida av jämlikheten finns produkten av kraft F 1 på hennes axel l 1, och till höger - produkten av kraften F 2 på hennes axel l 2 .
Produkten av modulen för kraften som roterar kroppen på sin axel kallas maktens ögonblick; det betecknas med bokstaven M. Så,
En spak är i jämvikt under inverkan av två krafter om kraftmomentet som roterar den medurs är lika med kraftmomentet som roterar den moturs.
Denna regel kallas ögonblickets regel , kan skrivas som en formel:
M1 = M2
I experimentet som vi har övervägt (§ 56) var de verkande krafterna lika med 2 N och 4 N, deras skuldror var 4 respektive 2 spaktryck, det vill säga momenten för dessa krafter är desamma när spaken är i jämvikt.
Kraftmomentet, som vilken fysisk storhet som helst, kan mätas. Ett kraftmoment på 1 N, vars skuldra är exakt 1 m, tas som en enhet för kraftmoment.
Denna enhet kallas newtonmeter (N m).
Kraftmomentet kännetecknar kraftens verkan och visar att den samtidigt beror på kraftens modul och på dess skuldra. Vi vet faktiskt redan, till exempel, att verkan av en kraft på en dörr beror både på kraftmodulen och på var kraften appliceras. Ju lättare det är att vända dörren, desto längre från rotationsaxeln appliceras kraften som verkar på den. Det är bättre att skruva loss muttern med en lång skiftnyckel än med en kort. Ju längre handtaget är desto lättare är det att lyfta upp skopan från brunnen osv.
Spakar i teknik, vardag och natur.
Regeln om hävstång (eller regeln om ögonblick) ligger till grund för verkan av olika typer av verktyg och anordningar som används i teknik och vardagsliv där en ökning i styrka eller på vägen krävs.
Vi har en styrka när vi arbetar med sax. Sax - detta är en spak(fig), vars rotationsaxel sker genom skruven som förbinder båda halvorna av saxen. Den agerande kraften F 1 är muskelstyrkan i handen hos en person som klämmer ihop saxen. Motsatt kraft F 2 - motståndskraften hos ett sådant material som skärs med sax. Beroende på syftet med saxen är deras enhet annorlunda. Kontorssaxar designade för att klippa papper har långa blad och nästan samma längd på handtaget. Att skära papper kräver inte mycket kraft, och med ett långt blad är det bekvämare att skära i en rak linje. Saxar för att skära plåt (Fig.) Har handtag mycket längre än bladen, eftersom motståndskraften hos metallen är hög och för att balansera den måste ansatsen på den verkande kraften ökas avsevärt. Det är en ännu större skillnad mellan handtagens längd och avståndet på fräsen och rotationsaxeln i avbitartång(fig.), avsedd för trådkapning.
Spakar av olika typer finns på många maskiner. Ett symaskinshandtag, cykelpedaler eller handbromsar, bil- och traktorpedaler, pianotangenter är alla exempel på spakar som används i dessa maskiner och verktyg.
Exempel på applikationer för spakar är skruvstäd och arbetsbänkshandtag, borrarm m.m.
Strålbalansens verkan är också baserad på spakens princip (fig.). Träningsbalansen som visas i figur 48 (sid. 42) fungerar som lika arm ... V decimalskalor axeln som koppen med vikter är upphängd på är 10 gånger längre än axeln som bär lasten. Detta gör det mycket lättare att väga stora laster. När du väger en vikt på en decimalskala, multiplicera vikten med 10.
|
|
|
Även vägningsanordningen för vägning av bilgodsbilar bygger på spakregeln.
Spakar finns också i olika delar av kroppen hos djur och människor. Det är till exempel armar, ben, käkar. Många spakar kan hittas i kroppen av insekter (efter att ha läst en bok om insekter och strukturen av deras kroppar), fåglar, i strukturen av växter.
Tillämpning av spakjämviktslagen på blocket.
Blockeraär ett hjul med ett spår, fixerat i en bur. Ett rep, kabel eller kedja förs genom blockets ränna.
|
|
Fast block ett sådant block kallas, vars axel är fixerad, och när man lyfter laster stiger eller faller det inte (fig).
Det fasta blocket kan betraktas som en spak med lika arm, där kraftarmarna är lika med hjulets radie (Fig): ОА = ОВ = r... Ett sådant block ger ingen styrka. ( F 1 = F 2), men låter dig ändra riktningen för kraftens verkan. Flyttbart block är ett block. vars axel stiger och faller med lasten (fig.). Bilden visar motsvarande spak: O- spakens stödpunkt, OA- axelstyrka R och OV- axelstyrka F... Sedan axeln OV 2 gånger axeln OA sedan styrka F 2 gånger mindre styrka R:
F = P / 2 .
Således, det rörliga blocket ger en ökning i styrka med 2 gånger .
Detta kan bevisas med begreppet ett kraftmoment. När blocket är i jämvikt, kraftmomenten F och Rär lika med varandra. Men en axel av styrka F 2 gånger axelstyrkan R, vilket innebär att själva kraften F 2 gånger mindre styrka R.
Vanligtvis, i praktiken, används en kombination av ett fast block med ett rörligt (Fig.). Det fasta blocket är endast för bekvämlighet. Det ger ingen styrka, utan ändrar riktningen på kraftens verkan. Till exempel låter den dig lyfta en last medan du står på marken. Detta är användbart för många människor eller arbetare. Det ger dock dubbelt så hög styrka som normalt!
Jämställdhet i arbetet vid användning av enkla mekanismer. Mekanikens "gyllene regel".
De enkla mekanismer som vi har övervägt används vid arbete i de fall då det är nödvändigt att balansera en annan kraft genom inverkan av en kraft.
Naturligtvis uppstår frågan: genom att ge en vinst i styrka eller väg, ger inte enkla mekanismer för vinst i arbete? Svaret på denna fråga kan erhållas av erfarenhet.
Genom att balansera på spaken två krafter med olika modul F 1 och F 2 (fig.), sätter vi spaken i rörelse. I det här fallet visar det sig att för samma tid punkten för applicering av en mindre kraft F 2 räcker långt s 2, och punkten för tillämpning av större kraft F 1 - mindre stig s 1. Efter att ha mätt dessa banor och kraftmoduler, finner vi att banorna som korsas av krafternas appliceringspunkter på spaken är omvänt proportionella mot krafterna:
s 1 / s 2 = F 2 / F 1.
På så sätt agerar vi på spakens långa arm vinner vi i styrka, men samtidigt förlorar vi lika mycket på vägen.
Produkt av kraft F på väg s det finns arbete. Våra experiment visar att det arbete som utförs av krafterna som appliceras på spaken är lika med varandra:
F 1 s 1 = F 2 s 2, dvs. A 1 = A 2.
Så, vid användning av spaken blir det ingen vinst i arbetet.
Genom att använda hävstång kan vi vinna antingen i styrka eller i distans. Genom att agera med våld på en kort hävarm vinner vi i avstånd, men tappar i styrka lika mycket.
Det finns en legend att Arkimedes, förtjust över upptäckten av hävstångsregeln, utbrast: "Ge mig fotfäste och jag kommer att vända jorden!"
Naturligtvis kunde Archimedes inte klara av en sådan uppgift, även om han fick ett stödpunkt (som borde ha varit utanför jorden) och en spak av den längd som krävs.
För att lyfta marken bara 1 cm måste spakens långa arm beskriva en enorm båge. Det skulle ta miljontals år att flytta den långa änden av armen längs denna väg, till exempel med en hastighet av 1 m/s!
Ett stationärt block ger ingen vinst i arbete, vilket är lätt att verifiera av erfarenhet (se fig.). Vägar som korsas av krafternas appliceringspunkter F och F, är desamma, och krafterna är desamma, vilket betyder att arbetet är detsamma.
Man kan mäta och jämföra med varandra arbetet som utförs med den rörliga enheten. För att lyfta lasten till en höjd h med hjälp av ett rörligt block är det nödvändigt att flytta änden av repet som dynamometern är fäst vid, som erfarenheten visar (Fig.), till en höjd av 2h.
Således, får en vinst i styrka 2 gånger, de förlorar 2 gånger på vägen, därför ger det rörliga blocket ingen vinst i arbete.
Århundraden gammal praxis har visat det ingen av mekanismerna ger prestandavinst. De använder olika mekanismer för att vinna i styrka eller på vägen, beroende på arbetsförhållandena.
Redan forntida vetenskapsmän kände till regeln som var tillämplig på alla mekanismer: hur många gånger vi vinner i styrka, hur många gånger vi förlorar i distans. Denna regel har kallats mekanikens "gyllene regel".
Mekanismens effektivitet.
När vi övervägde spakens struktur och verkan tog vi inte hänsyn till friktionen eller spakens vikt. under dessa ideala förhållanden, det arbete som utförs av den applicerade kraften (vi kommer att kalla detta arbete komplett) är lika med användbar arbete med att lyfta laster eller övervinna motstånd.
I praktiken är ett komplett arbete utfört av en mekanism alltid något mer användbart arbete.
En del av arbetet utförs mot friktionskraften i mekanismen och på rörelsen av dess enskilda delar. Så med hjälp av ett rörligt block är det nödvändigt att ytterligare utföra arbete för att lyfta själva blocket, repet och för att bestämma friktionskraften i blockets axel.
Vilken mekanism vi än har tagit, är det användbara arbete som utförs med dess hjälp alltid bara en del av hela arbetet. Därför, som betecknar användbart arbete med bokstaven Ap, komplett (förbrukat) arbete med bokstaven Az, kan vi skriva:
AP< Аз или Ап / Аз < 1.
Förhållandet mellan nyttigt arbete och totalt arbete kallas mekanismens effektivitet.
Effektivitet förkortas effektivitet.
Effektivitet = Ap / Az.
Effektivitet uttrycks vanligtvis som en procentsats och betecknas med den grekiska bokstaven η, den läses som "detta":
η = Ap/Az · 100%.
Exempel: En vikt på 100 kg är upphängd på spakens korta arm. För att lyfta den applicerades en kraft på 250 N på den långa armen. Lasten lyftes till en höjd av h1 = 0,08 m, medan anbringningspunkten för drivkraften sjönk till en höjd av h2 = 0,4 m. Hitta spakens effektivitet.
Låt oss skriva ner tillståndet för problemet och lösa det.
Given :
Lösning :
η = Ap/Az · 100%.
Fullt (förbrukat) arbete Az = Fh2.
Användbart arbete An = Ph1
P = 9,8 100 kg ≈ 1000 N.
Ap = 1000 N 0,08 = 80 J.
Az = 250 N · 0,4 m = 100 J.
η = 80 J / 100 J 100% = 80%.
Svar : n = 80 %.
Men den "gyllene regeln" är uppfylld även i detta fall. En del av det användbara arbetet - 20% av det - spenderas på att övervinna friktion i spakens axel och luftmotstånd, såväl som på själva spakens rörelse.
Effektiviteten för alla mekanismer är alltid mindre än 100 %. Genom att designa mekanismer strävar människor efter att öka sin effektivitet. För detta reduceras friktionen i mekanismernas axlar och deras vikt.
Energi.
I fabriker och fabriker drivs verktygsmaskiner och maskiner av elmotorer, som förbrukar elektrisk energi (därav namnet).
|
Den komprimerade fjädern (fig), rätning, gör jobbet, höj lasten till en höjd eller få vagnen att röra sig. En stationär last som höjs över marken utför inget arbete, men om denna last faller kan den utföra arbete (till exempel kan den slå ner en påle i marken). Varje rörlig kropp har också förmågan att utföra arbete. Således flyttar en stålkula A (ris) som har rullat ner från ett lutande plan och träffar ett träblock B en viss sträcka. Samtidigt pågår ett arbete. Om en kropp eller flera samverkande kroppar (ett system av kroppar) kan utföra arbete, sägs det att de har energi. Energi - en fysisk storhet som visar vilken typ av arbete en kropp (eller flera kroppar) kan utföra. Energi uttrycks i SI i samma enheter som arbete, dvs joule. Ju mer arbete kroppen kan göra, desto mer energi har den. När arbetet är klart förändras kropparnas energi. Perfekt arbete är lika med en förändring i energi. Potentiell och kinetisk energi.Potential (från lat. potens - tillfälle) energi kallas energi, som bestäms av den inbördes positionen av interagerande kroppar och delar av samma kropp. Potentiell energi, till exempel, ägs av en kropp som höjs i förhållande till jordens yta, eftersom energin beror på den relativa positionen mellan den och jorden. och deras ömsesidiga attraktion. Om vi betraktar den potentiella energin för en kropp som ligger på jorden lika med noll, så kommer den potentiella energin för en kropp som höjs till en viss höjd att bestämmas av det arbete som gravitationen kommer att utföra när kroppen faller till jorden. Låt oss utse kroppens potentiella energi E n sedan E = A, och arbetet är, som vi vet, lika med produkten av kraften vid vägen, alltså A = Fh, var F- gravitation. Detta betyder att den potentiella energin En är lika med: E = Fh, eller E = gmh, var g- tyngdacceleration, m- kroppsmassa, h- den höjd till vilken kroppen lyfts. Vattnet i floderna, som hålls av dammar, har enorm potentiell energi. När vattnet faller ner fungerar det och driver kraftfulla turbiner i kraftverk. Den potentiella energin hos en pålhammare (Fig.) Används i konstruktionen för att utföra arbeten på att driva pålar. Genom att öppna en dörr med en fjäder arbetar man med att sträcka (eller trycka ihop) fjädern. På grund av den förvärvade energin utför fjädern, sammandragning (eller rätning), arbete, stänger dörren. Energin från komprimerade och ovridna fjädrar används till exempel i armbandsur, olika upprullningsleksaker m.m. Varje elastisk deformerad kropp har potentiell energi. Den potentiella energin hos komprimerad gas används i driften av värmemotorer, i hammare, som används i stor utsträckning inom gruvindustrin, vid vägbyggen, schaktning av hård jord, etc. Den energi som kroppen besitter på grund av sin rörelse kallas kinetisk (från grekiskan. kinema - rörelse) energi. Kroppens kinetiska energi indikeras med bokstaven E Till. Rörande vatten, driver turbinerna i vattenkraftverk i rotation, förbrukar dess kinetiska energi och utför arbete. Luft i rörelse - vind har också kinetisk energi. Vad beror kinetisk energi på? Låt oss vända oss till erfarenheten (se fig.). Om du rullar bollen A från olika höjder, så kan du se att ju mer bollen rullar ner från den större höjden, desto högre hastighet och ju längre den flyttar ribban, det vill säga att den gör mycket arbete. Det betyder att en kropps kinetiska energi beror på dess hastighet. På grund av hastigheten har en flygande kula hög kinetisk energi. En kropps kinetiska energi beror också på dess massa. Vi kommer att upprepa vårt experiment, men vi kommer att rulla en annan boll från ett lutande plan - en större massa. Bar B kommer att flyttas längre, vilket innebär att mer arbete kommer att göras. Det betyder att den andra kulans kinetiska energi är större än den första. Ju större massa en kropp har och den hastighet med vilken den rör sig, desto större är dess kinetiska energi. För att bestämma kroppens kinetiska energi tillämpas formeln: Ek = mv ^ 2/2, var m- kroppsmassa, v- kroppens rörelsehastighet. Kroppens kinetiska energi används inom tekniken. Vattnet som hålls kvar av dammen har, som redan nämnts, hög potentiell energi. När det faller från en damm rör sig vattnet och har samma höga kinetiska energi. Den driver en turbin ansluten till en elektrisk strömgenerator. Elektrisk energi genereras på grund av vattnets kinetiska energi. Energin från rörligt vatten är av stor betydelse i samhällsekonomin. Denna energi används av kraftfulla vattenkraftverk. Energin från fallande vatten är en miljövänlig energikälla, till skillnad från bränsleenergi. Alla kroppar i naturen, i förhållande till det villkorade nollvärdet, har antingen potentiell eller kinetisk energi, och ibland båda tillsammans. Till exempel har ett flygande plan både kinetisk och potentiell energi i förhållande till jorden. Vi bekantade oss med två typer av mekanisk energi. Andra typer av energi (elektrisk, intern, etc.) kommer att beaktas i andra delar av fysikkursen. Omvandling av en typ av mekanisk energi till en annan. Fenomenet med omvandling av en typ av mekanisk energi till en annan är mycket bekvämt att observera på enheten som visas i figuren. Genom att linda tråden på axeln höjs enhetens skiva. Skivan som höjs uppåt har viss potentiell energi. Om du släpper den kommer den att börja rotera medan den faller. När den faller minskar skivans potentiella energi, men samtidigt ökar dess kinetiska energi. I slutet av fallet har skivan en sådan reserv av kinetisk energi att den kan stiga igen till nästan samma höjd. (En del av energin går åt för att arbeta mot friktionskraft, så skivan når inte sin ursprungliga höjd.) Efter att ha rest sig faller skivan igen och reser sig sedan igen. I detta experiment, när skivan rör sig ner, förvandlas dess potentiella energi till kinetisk, och när den rör sig uppåt, förvandlas den kinetiska energin till potential. Omvandlingen av energi från en typ till en annan sker också när två elastiska kroppar träffar till exempel en gummikula i golvet eller en stålkula på en stålplåt. Lyfter du en stålkula (ris) över en stålplåt och släpper den från händerna så faller den. När bollen faller, minskar dess potentiella energi, och den kinetiska energin ökar, eftersom hastigheten på bollens rörelse ökar. När bollen träffar plattan kommer både bollen och plattan att komprimeras. Den kinetiska energin som bollen hade kommer att omvandlas till den potentiella energin för den komprimerade plattan och den komprimerade bollen. Sedan, på grund av verkan av elastiska krafter, kommer plattan och bollen att ta sin ursprungliga form. Bollen kommer att studsa från plattan, och deras potentiella energi kommer återigen att förvandlas till bollens kinetiska energi: bollen kommer att studsa uppåt med en hastighet nästan lika med den hastighet som den hade när den träffade plattan. När bollen stiger uppåt, minskar bollens hastighet, och därmed dess kinetiska energi, och den potentiella energin ökar. studsar från plattan stiger bollen till nästan samma höjd som den började falla. På toppen av stigningen kommer all dess kinetiska energi återigen att förvandlas till potential. Naturfenomen åtföljs vanligtvis av omvandlingen av en typ av energi till en annan. Energi kan och överföras från en kropp till en annan. Så, till exempel, när du skjuter från en båge, omvandlas den potentiella energin hos en sträckt bågsträng till den kinetiska energin för en flygande pil. |
För att kunna karakterisera rörelsens energiegenskaper introducerades begreppet mekaniskt arbete. Och det är till henne i dess olika manifestationer som artikeln ägnas. För att förstå är ämnet både enkelt och ganska komplext. Författaren försökte uppriktigt göra det mer begripligt och begripligt, och man kan bara hoppas att målet har uppnåtts.
Vad kallas mekaniskt arbete?
vad kallas så? Om någon form av kraft verkar på kroppen, och som ett resultat av denna kropps verkan, rör den sig, då kallas detta för mekaniskt arbete. När man närmar sig ur vetenskapsfilosofins synvinkel kan flera ytterligare aspekter urskiljas här, men artikeln kommer att täcka ämnet ur fysikens synvinkel. Mekaniskt arbete är inte svårt om du tänker noga på orden som skrivs här. Men ordet "mekanisk" skrivs vanligtvis inte, och allt är förkortat till ordet "arbete". Men alla jobb är inte mekaniska. Här sitter en man och funderar. Fungerar det? Mentalt ja! Men är det mekaniskt arbete? Nej. Och om en person går? Om kroppen rör sig under inverkan av kraft, är detta mekaniskt arbete. Det är enkelt. Med andra ord, kraften som verkar på kroppen fungerar (mekaniskt). Och en sak till: det är arbete som kan karakterisera resultatet av en viss krafts verkan. Så om en person går, utför vissa krafter (friktion, gravitation, etc.) mekaniskt arbete på personen, och som ett resultat av deras handling ändrar personen punkten för sin plats, med andra ord, rör sig.
Arbete som en fysisk storhet är lika med kraften som verkar på kroppen, multiplicerad med den väg som kroppen gjorde under påverkan av denna kraft och i den riktning som den indikerar. Vi kan säga att mekaniskt arbete utfördes om två villkor uppfylldes samtidigt: kraften verkade på kroppen och den rörde sig i riktning mot dess verkan. Men det ägde inte rum eller sker inte om kraften verkade och kroppen inte ändrade sin placering i koordinatsystemet. Här är några små exempel när mekaniskt arbete inte utförs:
- Så en person kan luta sig mot ett stort stenblock för att flytta det, men det finns inte tillräckligt med styrka. Kraften verkar på stenen, men den rör sig inte, och arbetet sker inte.
- Kroppen rör sig i koordinatsystemet, och kraften är lika med noll, eller så kompenseras de alla. Detta kan observeras under rörelse genom tröghet.
- När riktningen i vilken kroppen rör sig är vinkelrät mot kraftens verkan. När tåget rör sig längs en horisontell linje, gör inte tyngdkraften sitt arbete.
Beroende på vissa förutsättningar är mekaniskt arbete negativt och positivt. Så om riktningarna för både krafterna och kroppens rörelser är desamma, uppstår positivt arbete. Ett exempel på positivt arbete är gravitationens inverkan på en fallande vattendroppe. Men om kraften och rörelseriktningen är motsatta, uppstår negativt mekaniskt arbete. Ett exempel på en sådan variant är en ballong som reser sig och tyngdkraften, som gör negativt arbete. När kroppen ger efter för påverkan av flera krafter kallas sådant arbete "den resulterande kraftens arbete".
Funktioner för praktisk tillämpning (kinetisk energi)
Vi går från teori till praktisk del. Separat bör vi prata om mekaniskt arbete och dess användning i fysiken. Som många säkert kom ihåg är all kroppens energi uppdelad i kinetisk och potential. När ett föremål är i jämvikt och inte rör sig någonstans, är dess potentiella energi lika med den totala energin, och den kinetiska energin är lika med noll. När rörelsen börjar börjar potentiell energi att minska, rörelseenergin börjar växa, men totalt är de lika med objektets totala energi. För en materialpunkt definieras kinetisk energi som arbetet av kraften som accelererade punkten från noll till värdet av H, och i formelform är kroppens kinetik lika med ½ * M * H, där M är massa. För att ta reda på den kinetiska energin hos ett föremål som består av många partiklar är det nödvändigt att hitta summan av all kinetisk energi hos partiklarna, och detta kommer att vara kroppens kinetiska energi.
Funktioner för praktisk tillämpning (potentiell energi)
I det fall när alla krafter som verkar på kroppen är konservativa och den potentiella energin är lika med den totala, är arbetet inte gjort. Detta postulat är känt som lagen om bevarande av mekanisk energi. Mekanisk energi i ett slutet system är konstant över tiden. Bevarandelagen används flitigt för att lösa problem från klassisk mekanik.
Funktioner för praktisk tillämpning (termodynamik)
Inom termodynamik beräknas det arbete som en gas gör under expansionen från integralen av att multiplicera trycket med volymen. Detta tillvägagångssätt är tillämpligt inte bara i de fall där det finns en exakt funktion av volym, utan också för alla processer som kan visas i tryck-/volymplanet. Dessutom gäller kunskap om mekaniskt arbete inte bara för gaser, utan för allt som kan utöva tryck.
Funktioner för praktisk tillämpning i praktiken (teoretisk mekanik)
I teoretisk mekanik övervägs alla egenskaper och formler som beskrivs ovan mer i detalj, i synnerhet är dessa projektioner. Den ger också sin definition för olika formler för mekaniskt arbete (ett exempel på definitionen för Rimmer-integralen): gränsen till vilken summan av alla krafter av elementärt arbete tenderar, när finheten hos skiljeväggen tenderar till noll, kallas kraftens arbete längs kurvan. Förmodligen svårt? Men ingenting, det är allt med teoretisk mekanik. Och allt mekaniskt arbete, fysik och andra svårigheter är över. Vidare kommer det bara att finnas exempel och en slutsats.
Mekaniska arbetsenheter
Joule används för att mäta arbete i SI, och CGS använder erg:
- 1 J = 1 kgm² / s² = 1 Nm
- 1 erg = 1 gcm² / s² = 1 dyn cm
- 1 erg = 10 −7 J
Exempel på mekaniskt arbete
För att slutligen ta itu med ett sådant koncept som mekaniskt arbete, bör du studera flera separata exempel som gör att du kan överväga det från många, men inte alla sidor:
- När en person lyfter en sten med händerna, sker mekaniskt arbete med hjälp av händernas muskelstyrka;
- När ett tåg färdas på rälsen, dras det av traktorns dragkraft (ellok, diesellokomotiv, etc.);
- Om du tar en pistol och skjuter från den, tack vare tryckkraften som skapas av pulvergaserna, kommer jobbet att göras: kulan flyttas längs pistolens pipa samtidigt med ökningen av själva kulans hastighet;
- Mekaniskt arbete är också närvarande när friktionskraften verkar på kroppen, vilket tvingar den att minska hastigheten på dess rörelse;
- Ovanstående exempel med bollar, när de stiger i motsatt riktning relativt tyngdriktningen, är också ett exempel på mekaniskt arbete, men förutom tyngdkraften verkar även Arkimedeskraften när allt som är lättare än luft stiger uppåt.
Vad är makt?
Till sist skulle jag vilja beröra ämnet makt. Kraftarbetet, som utförs i en tidsenhet, kallas makt. Faktum är att kraft är en sådan fysisk storhet som är en återspegling av förhållandet mellan arbete och en viss tidsperiod under vilken detta arbete utfördes: M = P / B, där M är makt, P är arbete, B är tid. SI-enheten för effekt är 1 W. En watt är lika med effekten som utför arbete på en joule på en sekund: 1 W = 1J / 1s.
