Déterminez la quantité de travail. Travail mécanique

1. Travail mécanique\(A \) - grandeur physique, égal au produit le vecteur de force agissant sur le corps et le vecteur de son déplacement :\(A=\vec(F)\vec(S) \) . Emploi - quantité scalaire, caractérisé par une valeur numérique et une unité.

Une unité de travail est considérée comme 1 joule (1 J). C'est le travail effectué par une force de 1 N sur une trajectoire de 1 m.

\[ [\,A\,]=[\,F\,][\,S\,]; [\,A\,]=1Н\cdot1m=1J\]

2. Si la force agissant sur le corps fait un certain angle \(\alpha \) avec le déplacement, alors la projection de la force \(F \) sur l'axe X est égale à \(F_x \) (Fig. 42).

Puisque \(F_x=F\cdot\cos\alpha \) , alors \(A=FS\cos\alpha \) .

Ainsi, le travail d'une force constante est égal au produit des grandeurs des vecteurs force et déplacement et du cosinus de l'angle entre ces vecteurs.

3. Si force \(F\) = 0 ou déplacement \(S \) = 0, alors le travail mécanique est nul \(A \) = 0. Le travail est nul si le vecteur force est perpendiculaire au déplacement vecteur, t .e. \(\cos90^\circ \) = 0. Ainsi, le travail de la force transmise au corps est égal à zéro accélération centripète avec lui Mouvement uniforme le long d'un cercle, puisque cette force est perpendiculaire à la direction de mouvement du corps en tout point de la trajectoire.

4. Le travail effectué par une force peut être positif ou négatif. Le travail est positif \(A \) > 0, si l'angle est 90° > \(\alpha \) ≥ 0° ; si l'angle 180° > \(\alpha \) ≥ 90°, alors le travail est négatif \(A \) < 0.

Si l'angle \(\alpha \) = 0°, alors \(\cos\alpha \) = 1, \(A=FS \) . Si l'angle \(\alpha \) = 180°, alors \(\cos\alpha \) = -1, \(A=-FS \) .

5. En chute libre d'une hauteur \(h\) un corps de masse \(m\) se déplace de la position 1 à la position 2 (Fig. 43). Dans ce cas, la force de gravité agit de manière égale à :

\[ A=F_тh=mg(h_1-h_2)=mgh \]

Lorsqu’un corps se déplace verticalement vers le bas, la force et le déplacement sont dirigés dans une direction et la force de gravité effectue un travail positif.

Si un corps s'élève vers le haut, alors la force de gravité est dirigée vers le bas, et s'il se déplace vers le haut, alors la force de gravité est dirigée vers le bas. travail négatif, c'est à dire.

\[ A=-F_тh=-mg(h_1-h_2)=-mgh \]

6. Le travail peut être présenté graphiquement. La figure montre un graphique de la dépendance de la gravité sur la hauteur d'un corps par rapport à la surface de la Terre (Fig. 44). Graphiquement, le travail effectué par gravité est égal à l'aire de la figure (rectangle), limité par le calendrier, axes de coordonnées et perpendiculaire à l'axe des abscisses
au point \(h\) .

Le graphique de la force élastique en fonction de l'allongement du ressort est une ligne droite passant par l'origine des coordonnées (Fig. 45). Par analogie avec le travail de la gravité, le travail de la force élastique est égal à l'aire du triangle délimitée par le graphique, les axes de coordonnées et la perpendiculaire à l'abscisse au point \(x\) .
\(A=Fx/2=kx\cdot x/2 \) .

7. Le travail effectué par la gravité ne dépend pas de la forme de la trajectoire le long de laquelle le corps se déplace ; cela dépend des positions initiale et finale du corps. Laissez le corps se déplacer d'abord du point A au point B le long de la trajectoire AB (Fig. 46). Le travail de la gravité dans ce cas

\[ A_(AB)=mgh\]

Supposons maintenant que le corps se déplace du point A au point B, d'abord le long du plan incliné AC, puis le long de la base du plan incliné BC. Le travail effectué par la gravité lors du déplacement le long de l'avion est nul. Le travail de la gravité lors du déplacement le long de l'AC est égal au produit de la projection de la gravité sur le plan incliné \(mg\sin\alpha \) et la longueur du plan incliné, c'est-à-dire \(A_(AC)=mg\sin\alpha\cdot l \). Produit \(l\cdot\sin\alpha=h \) . Alors \(A_(AC)=mgh \) . Le travail effectué par la gravité lors du déplacement d'un corps le long de deux trajectoires différentes ne dépend pas de la forme de la trajectoire, mais dépend des positions initiale et finale du corps.

Le travail de la force élastique ne dépend pas non plus de la forme de la trajectoire.

Supposons qu’un corps se déplace du point A au point B le long de la trajectoire ACB, puis du point B au point A le long de la trajectoire BA. Lors du déplacement le long de la trajectoire ACB, la gravité effectue un travail positif ; lors du déplacement le long de la trajectoire BA, le travail de la gravité est négatif, égal en ampleur au travail lors du déplacement le long de la trajectoire ACB. Par conséquent, le travail effectué par la gravité le long d’un chemin fermé est nul. Il en va de même pour le travail de la force élastique.

Les forces dont le travail ne dépend pas de la forme de la trajectoire et est égal à zéro le long d'une trajectoire fermée sont dites conservatrices. À forces conservatrices inclure la gravité et la force élastique.

8. Les forces dont le travail dépend de la forme du chemin sont dites non conservatrices. La force de frottement n’est pas conservatrice. Si un corps se déplace du point A au point B (Fig. 47) d'abord le long d'une ligne droite puis le long d'une ligne brisée ACB, alors dans le premier cas le travail de la force de frottement \(A_(AB)=-Fl_( AB) \) , et dans le second \(A_(ABC)=A_(AC)+A_(CB) , \(A_(ABC)=-Fl_(AC)-Fl_(CB) \) .

Par conséquent, le travail \(A_(AB) \) n’est pas égal au travail \(A_(ABC) \) .

9. La puissance est une grandeur physique égale au rapport du travail à la durée pendant laquelle il est effectué. La puissance caractérise la vitesse à laquelle le travail est effectué.

La puissance est désignée par la lettre \(N\) .

Unité de puissance : \([N]=[A]/[t] \) . \([N] \) = 1 J/1 s = 1 J/s. Cette unité s'appelle le watt (W). Un watt est la puissance à laquelle 1 J de travail est effectué en 1 s.

10. La puissance développée par le moteur est égale à : \(N = A/t \) , \(A=F\cdot S \) , d'où \(N=FS/t \) . Le rapport du mouvement au temps est la vitesse du mouvement : \(S/t = v\) . Où \(N = Fv \) .

De la formule résultante, il est clair que lorsque force constante résistance, la vitesse de déplacement est directement proportionnelle à la puissance du moteur.

La transformation se produit dans diverses machines et mécanismes énergie mécanique. Grâce à l'énergie, le travail se fait lors de sa transformation. En même temps, s'engager travail utile seule une partie de l’énergie est consommée. Une partie de l’énergie est dépensée pour lutter contre les forces de friction. Ainsi, toute machine est caractérisée par une valeur indiquant quelle partie de l’énergie qui lui est transférée est utilisée utilement. Cette quantité est appelée facteur d'efficacité (efficacité).

Le facteur d'efficacité est la quantité égal au rapport travail utile \((A_п) \) à tout le travail terminé \((A_с) \) : \(\eta=A_п/A_с \) . L'efficacité est exprimée en pourcentage.

Partie 1

1. Le travail est déterminé par la formule

1) \(A=Fv \)
2) \(A=N/t\)
3) \(A=mv\)
4) \(A=FS \)

2. La charge est uniformément soulevée verticalement vers le haut par une corde qui y est attachée. Le travail de la gravité dans ce cas

1) égal à zéro
2) positif
3) négatif
4) plus de travail de force élastique

3. La caisse est tirée par une corde qui y est attachée, faisant un angle de 60° avec l'horizontale, en appliquant une force de 30 N. Quel est le travail effectué par cette force si le module de déplacement est de 10 m ?

1) 300 J
2) 150 J
3) 3 J
4) 1,5 J

4. Satellite artificiel La Terre, dont la masse est égale à \(m\) , se déplace uniformément sur une orbite circulaire de rayon \(R\) . Le travail effectué par la gravité dans le temps est égale à la période la circulation est égale à

1) \(mgR \)
2) \(\pi mgR \)
3) \(2\pi mgR \)
4) \(0 \)

5. Une voiture pesant 1,2 tonne parcourt 800 m sur une route horizontale. Quelle quantité de travail a été effectuée par la force de frottement si le coefficient de frottement est de 0,1 ?

1) -960 kJ
2) -96 kJ
3) 960 kJ
4) 96 kJ

6. Un ressort d'une raideur de 200 N/m est étiré de 5 cm. Quel travail la force élastique fera-t-elle lorsque le ressort reviendra à l'équilibre ?

1) 0,25 J
2) 5 J
3) 250 J
4) 500 J

7. Des balles de même masse roulent sur un toboggan le long de trois goulottes différentes, comme le montre la figure. Dans quel cas le travail effectué par la gravité sera-t-il le plus important ?

1) 1
2) 2
3) 3
4) le travail est le même dans tous les cas

8. Le travail sur un chemin fermé est nul

A. Forces de friction
B. Forces élastiques

La bonne réponse est

1) A et B
2) seulement A
3) seulement B
4) ni A ni B

9. L'unité SI de puissance est

1)J
2) W
3) J s
4) Nm

10. Quel est le travail utile si le travail effectué est de 1000 J et le rendement du moteur est de 40 % ?

1) 40 000 J
2) 1000 J
3) 400 J
4) 25 J

11. Etablir une correspondance entre le travail de force (dans la colonne de gauche du tableau) et le signe du travail (dans la colonne de droite du tableau). Dans votre réponse, notez les nombres sélectionnés sous les lettres correspondantes.

TRAVAIL DE FORCE
A. Travail de la force élastique lors de l'étirement d'un ressort
B. Travail de la force de frottement
B. Travail de la gravité lors de la chute d'un corps

SIGNE DE TRAVAIL
1) positif
2) négatif
3) égal à zéro

12. Parmi les affirmations ci-dessous, choisissez-en deux correctes et écrivez leurs numéros dans le tableau.

1) Le travail de la gravité ne dépend pas de la forme de la trajectoire.
2) Le travail s'effectue lors de tout mouvement du corps.
3) Le travail effectué par la force de frottement de glissement est toujours négatif.
4) Le travail effectué par la force élastique le long d'un contour fermé n'est pas nul.
5) Le travail de la force de frottement ne dépend pas de la forme de la trajectoire.

Partie 2

13. Un treuil lève uniformément une charge de 300 kg à une hauteur de 3 m en 10 s. Quelle est la puissance du treuil ?

Réponses

Tout corps qui fait un mouvement peut être caractérisé par le travail. En d’autres termes, il caractérise l’action des forces.

Le travail est défini comme :
Le produit du module de force et du chemin parcouru par le corps, multiplié par le cosinus de l'angle entre la direction de la force et celle du mouvement.

Le travail se mesure en Joules :
1 [J] = = [kg*m2/s2]

Par exemple, le corps A, sous l'influence d'une force de 5 N, a parcouru 10 m. Déterminez le travail effectué par le corps.

Puisque la direction du mouvement et l’action de la force coïncident, l’angle entre le vecteur force et le vecteur déplacement sera égal à 0°. La formule sera simplifiée car le cosinus d'un angle de 0° est égal à 1.

En substituant les paramètres initiaux dans la formule, on trouve :
A = 15 J.

Prenons un autre exemple : un corps pesant 2 kg, se déplaçant avec une accélération de 6 m/s2, a parcouru 10 m. Déterminez le travail effectué par le corps s'il se déplaçait vers le haut le long d'un plan incliné selon un angle de 60°.

Pour commencer, calculons la force nécessaire à appliquer pour transmettre une accélération de 6 m/s2 au corps.

F = 2 kg * 6 m/s2 = 12 H.
Sous l'influence d'une force de 12N, le corps s'est déplacé de 10 m. Le travail peut être calculé à l'aide de la formule déjà connue :

Où a est égal à 30°. En remplaçant les données initiales dans la formule, nous obtenons :
A = 103,2 J.

Pouvoir

De nombreuses machines et mécanismes effectuent le même travail à des moments différents. Pour les comparer, la notion de pouvoir est introduite.
La puissance est une quantité qui montre la quantité de travail effectué par unité de temps.

La puissance se mesure en watts, d'après l'ingénieur écossais James Watt.
1 [Watt] = 1 [J/s].

Par exemple, une grande grue a soulevé une charge pesant 10 tonnes à une hauteur de 30 m en 1 minute. Une petite grue a soulevé 2 tonnes de briques à la même hauteur en 1 minute. Comparez les capacités des grues.
Définissons le travail effectué par les grues. La charge s'élève de 30 m, tout en surmontant la force de gravité, donc la force dépensée pour soulever la charge sera égale à la force d'interaction entre la Terre et la charge (F = m * g). Et le travail est le produit des forces par la distance parcourue par les charges, c'est-à-dire par la hauteur.

Pour une grande grue A1 = 10 000 kg * 30 m * 10 m/s2 = 3 000 000 J, et pour une petite grue A2 = 2 000 kg * 30 m * 10 m/s2 = 600 000 J.
La puissance peut être calculée en divisant le travail par le temps. Les deux grues ont soulevé la charge en 1 minute (60 secondes).

D'ici:
N1 = 3 000 000 J/60 s = 50 000 W = 50 kW.
N2 = 600 000 J/60 s = 10 000 W = 10 kW.
D'après les données ci-dessus, il ressort clairement que la première grue est 5 fois plus puissante que la seconde.

Qu'est-ce que ça veut dire?

En physique, le « travail mécanique » est le travail d'une certaine force (gravité, élasticité, friction, etc.) sur un corps, à la suite de laquelle le corps se déplace.

Souvent, le mot « mécanique » n’est tout simplement pas écrit.
On peut parfois rencontrer l’expression « le corps a fait un travail », qui signifie en principe « la force agissant sur le corps a fait un travail ».

Je pense - je travaille.

J'y vais - je travaille aussi.

Où sont les travaux mécaniques ici ?

Si un corps se déplace sous l’influence d’une force, un travail mécanique est alors effectué.

On dit que le corps fonctionne.
Ou plus précisément, ce sera ainsi : le travail se fait par la force agissant sur le corps.

Le travail caractérise le résultat d'une force.

Les forces agissant sur une personne effectuent un travail mécanique sur elle et, sous l'action de ces forces, la personne se déplace.

Le travail est une grandeur physique égale au produit de la force agissant sur un corps et du trajet effectué par le corps sous l'influence d'une force dans la direction de cette force.

A - travaux mécaniques,
F - force,
S - distance parcourue.

Le travail a été fait, si 2 conditions sont réunies simultanément : une force agit sur le corps et il
se déplace dans le sens de la force.

Aucun travail n'est effectué(c'est-à-dire égal à 0), si :
1. La force agit, mais le corps ne bouge pas.

Par exemple : nous exerçons une force sur une pierre, mais nous ne pouvons pas la déplacer.

2. Le corps bouge et la force est nulle, ou toutes les forces sont compensées (c'est-à-dire que la résultante de ces forces est nulle).
Par exemple : lors d'un déplacement par inertie, aucun travail n'est effectué.
3. La direction de la force et la direction du mouvement du corps sont mutuellement perpendiculaires.

Par exemple : lorsqu’un train se déplace horizontalement, la gravité ne joue aucun rôle.

Le travail peut être positif et négatif

1. Si la direction de la force et la direction du mouvement du corps coïncident, un travail positif est effectué.

Par exemple : la force de gravité, agissant sur une goutte d’eau qui tombe, fait un travail positif.

2. Si la direction de la force et du mouvement du corps est opposée, un travail négatif est effectué.

Par exemple : la force de gravité agissant sur une montée ballon, fait un travail négatif.

Si plusieurs forces agissent sur un corps, alors le travail total effectué par toutes les forces est égal au travail effectué par la force résultante.

Unités de travail

En l'honneur du scientifique anglais D. Joule, l'unité de travail a été nommée 1 Joule.

DANS système international unités (SI):
[A] = J = Nm
1J = 1N 1m

Le travail mécanique est égal à 1 J si, sous l'influence d'une force de 1 N, un corps se déplace de 1 m dans la direction de cette force.

En volant de pouce les mains de l'homme sur l'index
le moustique fonctionne - 0,000 000 000 000 000 000 000 000 001 J.

Le cœur humain effectue environ 1 J de travail par contraction, ce qui correspond au travail effectué pour soulever une charge de 10 kg à une hauteur de 1 cm.

AU TRAVAIL, LES AMIS !

Travail mécanique. Unités de travail.

DANS vie courante Par le concept de « travail », nous entendons tout.

En physique, le concept Emploi quelque peu différent. Il s’agit d’une grandeur physique définie, ce qui signifie qu’elle peut être mesurée. En physique, on l'étudie principalement travail mécanique .

Regardons des exemples de travaux mécaniques.

Le train se déplace sous la force de traction d'une locomotive électrique et des travaux mécaniques sont effectués. Lorsqu'une arme à feu est tirée, la force de pression des gaz en poudre fonctionne : elle déplace la balle le long du canon et la vitesse de la balle augmente.

Ces exemples montrent clairement que le travail mécanique est effectué lorsqu'un corps se déplace sous l'influence d'une force. Le travail mécanique est également effectué dans le cas où une force agissant sur un corps (par exemple, une force de frottement) réduit la vitesse de son mouvement.

Voulant déplacer le meuble, on appuie fort dessus, mais s'il ne bouge pas, alors on n'effectue pas de travaux mécaniques. On peut imaginer un cas où un corps se déplace sans la participation de forces (par inertie) ;

Donc, le travail mécanique n'est effectué que lorsqu'une force agit sur un corps et qu'il se déplace .

Il n'est pas difficile de comprendre que plus la force agit sur le corps et plus chemin plus long que le corps traverse sous l'influence de cette force, plus le travail est effectué.

Le travail mécanique est directement proportionnel à la force appliquée et directement proportionnel à la distance parcourue .

Par conséquent, nous avons convenu de mesurer le travail mécanique par le produit de la force et du chemin parcouru dans cette direction par cette force :

travail = force × chemin

Où UN- Emploi, F- force et s- distance parcourue.

Une unité de travail est considérée comme le travail effectué par une force de 1N sur un trajet de 1 m.

Unité de travail - joule (J. ) du nom du scientifique anglais Joule. Ainsi,

1 J = 1N·m.

Également utilisé kilojoules (kJ) .

1 kJ = 1 000 J.

Formule A = Fs applicable lorsque la force F constante et coïncide avec la direction du mouvement du corps.

Si la direction de la force coïncide avec la direction du mouvement du corps, alors pouvoir donné fait un travail positif.

Si le corps bouge dans la direction direction opposée Si vous appliquez une force, par exemple la force de frottement de glissement, cette force effectue un travail négatif.

Si la direction de la force agissant sur le corps est perpendiculaire à la direction du mouvement, alors cette force ne fait aucun travail, le travail est nul :

À l'avenir, en parlant de travail mécanique, nous l'appellerons brièvement en un mot : travail.

Exemple. Calculez le travail effectué lors du levage d'une dalle de granit d'un volume de 0,5 m3 jusqu'à une hauteur de 20 m. La densité du granit est de 2500 kg/m3.

Donné:

ρ = 2 500 kg/m 3

Solution:

où F est la force qui doit être appliquée pour soulever uniformément la dalle. Cette force est égale en module à la force Fstrand agissant sur la dalle, soit F = Fstrand. Et la force de gravité peut être déterminée par la masse de la dalle : Fpoids = gm. Calculons la masse de la dalle, connaissant son volume et la densité du granit : m = ρV ; s = h, c'est-à-dire le chemin égal à la hauteur augmenter.

Donc, m = 2 500 kg/m3 · 0,5 m3 = 1 250 kg.

F = 9,8 N/kg · 1 250 kg ≈ 12 250 N.

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

Répondre: A = 245 kJ.

Leviers.Puissance.Énergie

Pour effectuer le même travail, différents moteurs nécessitent temps différent. Par exemple, une grue sur un chantier de construction soulève des centaines de briques jusqu'au dernier étage d'un immeuble en quelques minutes. Si ces briques étaient déplacées par un ouvrier, il lui faudrait plusieurs heures pour le faire. Un autre exemple. Un cheval peut labourer un hectare de terre en 10 à 12 heures, tandis qu'un tracteur équipé d'une charrue à socs multiples ( soc de charrue- une partie de la charrue qui coupe la couche de terre par le bas et la transfère vers la décharge ; multi-socs - plusieurs socs), ce travail sera réalisé en 40 à 50 minutes.

Il est clair qu'une grue fait le même travail plus vite qu'un ouvrier, et qu'un tracteur fait le même travail plus vite qu'un cheval. La vitesse de travail est caractérisée par une quantité spéciale appelée puissance.

La puissance est égale au rapport du travail au temps pendant lequel il a été effectué.

Pour calculer la puissance, vous devez diviser le travail par le temps pendant lequel ce travail a été effectué. puissance = travail/temps.

Où N- pouvoir, UN- Emploi, t- le temps de réalisation des travaux.

La puissance est une quantité constante lorsque le même travail est effectué chaque seconde, dans d'autres cas le rapport ; À détermine la puissance moyenne :

N moyenne = À . L'unité de puissance est considérée comme la puissance à laquelle J de travail est effectué en 1 s.

Cette unité s'appelle le watt ( W) en l'honneur d'un autre scientifique anglais, Watt.

1 watt = 1 joule/1 seconde, ou 1 W = 1 J/s.

Watt (joule par seconde) - W (1 J/s).

Les unités de puissance plus grandes sont largement utilisées en technologie - kilowatt (kW), mégawatt (MW) .

1 MW = 1 000 000 W

1 kW = 1 000 W

1 mW = 0,001 W

1 W = 0,000001 MW

1 W = 0,001 kW

1 W = 1 000 mW

Exemple. Trouvez la puissance du débit d'eau qui traverse le barrage si la hauteur de la chute d'eau est de 25 m et son débit est de 120 m3 par minute.

Donné:

ρ = 1 000 kg/m3

Solution:

Masse d'eau qui tombe : m = ρV,

m = 1 000 kg/m3 120 m3 = 120 000 kg (12 104 kg).

La gravité agissant sur l'eau :

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

Travail effectué par débit par minute :

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

Puissance d'écoulement : N = A/t,

N = 30 000 000 J/60 s = 500 000 W = 0,5 MW.

Répondre: N = 0,5 MW.

Différents moteurs ont des puissances allant du centième et dixième de kilowatt (moteur d'un rasoir électrique, machine à coudre) à des centaines de milliers de kilowatts (turbines à eau et à vapeur).

Tableau 5.

Puissance de certains moteurs, kW.

Chaque moteur possède une plaque (passeport moteur), qui indique certaines informations sur le moteur, notamment sa puissance.

Le pouvoir humain à conditions normales le travail en moyenne est de 70 à 80 W. En sautant ou en montant les escaliers, une personne peut développer une puissance allant jusqu'à 730 W, et en dans certains cas et même plus grand.

De la formule N = A/t il résulte que

Pour calculer le travail, il faut multiplier la puissance par le temps pendant lequel ce travail a été effectué.

Exemple. Le moteur du ventilateur de la pièce a une puissance de 35 watts. Combien de travail fait-il en 10 minutes ?

Écrivons les conditions du problème et résolvons-le.

Donné:

Solution:

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

Répondre UN= 21 kJ.

Mécanismes simples.

Depuis des temps immémoriaux, l’homme a utilisé divers appareils pour effectuer des travaux mécaniques.

Tout le monde sait qu'un objet lourd (une pierre, une armoire, une machine-outil), qui ne peut pas être déplacé à la main, peut être déplacé à l'aide d'un bâton suffisamment long - un levier.

Sur ce moment on pense qu'avec l'aide de leviers il y a trois mille ans lors de la construction des pyramides de L'Egypte ancienne déplacé et élevé de lourdes dalles de pierre à de grandes hauteurs.

Dans de nombreux cas, au lieu de soulever une lourde charge jusqu'à une certaine hauteur, elle peut être roulée ou tirée à la même hauteur le long d'un plan incliné ou soulevée à l'aide de blocs.

Les appareils utilisés pour convertir la force sont appelés mécanismes .

Les mécanismes simples comprennent : les leviers et leurs variétés - bloc, portail; plan incliné et ses variétés - coin, vis. Dans la plupart des cas, des mécanismes simples sont utilisés pour gagner en force, c'est-à-dire pour augmenter plusieurs fois la force agissant sur le corps.

Des mécanismes simples se retrouvent aussi bien dans les ménages que dans toutes les machines industrielles et industrielles complexes qui coupent, tordent et estampent de grandes feuilles d'acier ou tirent les fils les plus fins à partir desquels les tissus sont ensuite fabriqués. Les mêmes mécanismes peuvent être trouvés dans les machines automatiques complexes modernes, les machines à imprimer et à compter.

Bras de levier. Equilibre des forces sur le levier.

Considérons le mécanisme le plus simple et le plus courant : le levier.

Le levier est solide, qui peut tourner autour d'un support fixe.

Les images montrent comment un ouvrier utilise un pied-de-biche comme levier pour soulever une charge. Dans le premier cas, le travailleur avec force F appuie sur l'extrémité du pied de biche B, dans le second - lève la fin B.

Le travailleur doit surmonter le poids de la charge P.- force dirigée verticalement vers le bas. Pour ce faire, il fait tourner le pied-de-biche autour d'un axe passant par le seul immobile le point de rupture est le point de son appui À PROPOS. Forcer F avec laquelle le travailleur agit sur le levier est moins de force P., ainsi le travailleur reçoit gagner en force. À l'aide d'un levier, vous pouvez soulever une charge si lourde que vous ne pouvez pas la soulever vous-même.

La figure montre un levier dont l'axe de rotation est À PROPOS(point d'appui) est situé entre les points d'application des forces UN Et DANS. Une autre image montre un schéma de ce levier. Les deux forces F 1 et F 2 agissant sur le levier sont dirigés dans une seule direction.

La distance la plus courte entre le point d'appui et la ligne droite le long de laquelle la force agit sur le levier est appelée le bras de force.

Pour trouver le bras de la force, vous devez abaisser la perpendiculaire du point d’appui à la ligne d’action de la force.

La longueur de cette perpendiculaire sera le bras de cette force. La figure montre que OA- la force des épaules F 1; OB- la force des épaules F 2. Les forces agissant sur le levier peuvent le faire tourner autour de son axe dans deux sens : dans le sens horaire ou antihoraire. Oui, la force F 1 fait tourner le levier dans le sens des aiguilles d'une montre et la force F 2 le fait tourner dans le sens antihoraire.

La condition dans laquelle le levier est en équilibre sous l'influence des forces qui lui sont appliquées peut être établie expérimentalement. Il ne faut pas oublier que le résultat de l'action d'une force ne dépend pas seulement de sa valeur numérique(module), mais aussi sur le point où il est appliqué sur le corps, ou comment il est dirigé.

Différents poids sont suspendus au levier (voir figure) des deux côtés du point d'appui afin que le levier reste à chaque fois en équilibre. Les forces agissant sur le levier sont égales aux poids de ces charges. Pour chaque cas, les modules de force et leurs épaules sont mesurés. D'après l'expérience illustrée à la figure 154, il est clair que la force 2 Néquilibre la force 4 N. Dans ce cas, comme le montre la figure, l'épaule de moindre force est 2 fois plus grande que l'épaule de plus grande force.

Sur la base de telles expériences, la condition (règle) de l'équilibre du levier a été établie.

Un levier est en équilibre lorsque les forces agissant sur lui sont inversement proportionnelles aux bras de ces forces.

Cette règle peut s'écrire sous la forme d'une formule :

F 1/F 2 = je 2/ je 1 ,

Où F 1Et F 2 - les forces agissant sur le levier, je 1Et je 2 , - les épaules de ces forces (voir figure).

La règle de l'équilibre du levier a été établie par Archimède vers 287 - 212. avant JC e. (mais dans le dernier paragraphe il était dit que les leviers étaient utilisés par les Egyptiens ? Ou ici rôle important joue sur le mot "installé" ?)

De cette règle, il s'ensuit qu'une force plus petite peut être utilisée pour équilibrer une force plus importante à l'aide d'un levier. Laissez un bras du levier être 3 fois plus grand que l'autre (voir figure). Ensuite, en appliquant une force de par exemple 400 N au point B, vous pouvez soulever une pierre pesant 1 200 N. Pour soulever une charge encore plus lourde, il faut augmenter la longueur du bras de levier sur lequel agit l'ouvrier.

Exemple. A l'aide d'un levier, un ouvrier soulève une dalle pesant 240 kg (voir fig. 149). Quelle force applique-t-il au plus grand bras de levier de 2,4 m si le plus petit bras mesure 0,6 m ?

Écrivons les conditions du problème et résolvons-le.

Donné:

Solution:

D'après la règle de l'équilibre du levier, F1/F2 = l2/l1, d'où F1 = F2 l2/l1, où F2 = P est le poids de la pierre. Poids de la pierre asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Alors, F1 = 2 400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Répondre: F1 = 600 N.

Dans notre exemple, l'ouvrier surmonte une force de 2400 N, en appliquant une force de 600 N sur le levier. Mais dans ce cas, le bras sur lequel agit l'ouvrier est 4 fois plus long que celui sur lequel agit le poids de la pierre. ( je 1 : je 2 = 2,4 m : 0,6 m = 4).

En appliquant la règle de l’effet de levier, une force plus petite peut équilibrer une force plus grande. Dans ce cas, l'épaule de moindre force doit être plus longue que l'épaule une plus grande force.

Moment de pouvoir.

Vous connaissez déjà la règle de l’équilibre du levier :

F 1 / F 2 = je 2 / je 1 ,

En utilisant la propriété de proportion (le produit de ses membres extrêmes est égal au produit de ses membres intermédiaires), on l'écrit sous cette forme :

F 1je 1 = F 2 je 2 .

Du côté gauche de l’égalité se trouve le produit de la force F 1 sur son épaule je 1, et à droite - le produit de la force F 2 sur son épaule je 2 .

Le produit du module de la force faisant tourner le corps et son épaule s'appelle moment de force; il est désigné par la lettre M. Cela signifie

Un levier est en équilibre sous l’action de deux forces si le moment de la force qui le fait tourner dans le sens des aiguilles d’une montre est égal au moment de la force qui le fait tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

Cette règle s'appelle règle des moments , peut s'écrire sous la forme d'une formule :

M1 = M2

En effet, dans l'expérience que nous avons considérée (§ 56), les forces agissant étaient égales à 2 N et 4 N, leurs épaulements s'élevaient respectivement à 4 et 2 pressions du levier, c'est-à-dire que les moments de ces forces sont les mêmes lorsque le levier est en équilibre .

Le moment de force, comme toute grandeur physique, peut être mesuré. L'unité de moment de force est considérée comme un moment de force de 1 N, dont le bras mesure exactement 1 m.

Cette unité est appelée newton-mètre (SUBST m).

Le moment de force caractérise l'action d'une force, et montre qu'il dépend à la fois du module de la force et de son levier. En effet, on sait déjà, par exemple, que l'action d'une force sur une porte dépend à la fois de l'ampleur de la force et de l'endroit où la force est appliquée. Plus il est facile de tourner la porte, plus la force agissant sur elle est appliquée loin de l'axe de rotation. Il est préférable de dévisser l'écrou avec une clé longue plutôt qu'avec une clé courte. Plus il est facile de soulever un seau du puits, plus la poignée du portail est longue, etc.

Des leviers dans la technologie, le quotidien et la nature.

La règle de l'effet de levier (ou règle des moments) sous-tend l'action de divers types d'outils et d'appareils utilisés dans la technologie et dans la vie quotidienne où un gain de force ou de déplacement est requis.

On a un gain de force lorsqu'on travaille avec des ciseaux. Ciseaux - c'est un levier(fig), dont l'axe de rotation passe par une vis reliant les deux moitiés des ciseaux. Force agissante F 1 est la force musculaire de la main de la personne qui saisit les ciseaux. Contre-force F 2 est la force de résistance du matériau coupé avec des ciseaux. Selon le but des ciseaux, leur conception varie. Les ciseaux de bureau, conçus pour couper du papier, ont de longues lames et des poignées presque de la même longueur. Aucune découpe de papier requise grande force, et avec une lame longue, il est plus pratique de couper en ligne droite. Les cisailles pour couper la tôle (fig.) ont des manches beaucoup plus longs que les lames, car la force de résistance du métal est importante et l'épaule sert à l'équilibrer. force agissante doit être augmenté de manière significative. Plus plus de différence entre la longueur des poignées et la distance de la partie coupante et de l'axe de rotation en pinces coupantes(Fig.), conçu pour couper du fil.

Leviers divers types disponible sur de nombreuses voitures. La poignée d'une machine à coudre, les pédales ou le frein à main d'un vélo, les pédales d'une voiture et d'un tracteur et les touches d'un piano sont autant d'exemples de leviers utilisés dans ces machines et outils.

Des exemples d'utilisation de leviers sont les poignées d'étaux et d'établis, le levier d'une perceuse, etc.

L'action des balances à levier est basée sur le principe du levier (Fig.). Les échelles de formation illustrées à la figure 48 (p. 42) font office de levier à bras égal . DANS échelles décimales L'épaule à laquelle est suspendue la tasse avec les poids est 10 fois plus longue que l'épaule portant la charge. Cela facilite grandement le pesage de grosses charges. Lorsque vous pesez une charge sur une échelle décimale, vous devez multiplier la masse des poids par 10.

Le dispositif des balances pour peser les wagons de marchandises repose également sur la règle du levier.

Des leviers se retrouvent également dans Différents composants corps d'animaux et d'humains. Ce sont par exemple les bras, les jambes, les mâchoires. De nombreux leviers peuvent être trouvés dans le corps des insectes (en lisant un livre sur les insectes et la structure de leur corps), des oiseaux et dans la structure des plantes.

Application de la loi d'équilibre d'un levier à un bloc.

Bloc C'est une roue avec une rainure, montée dans un support. Une corde, un câble ou une chaîne passe à travers la rainure du bloc.

Bloc fixe C'est ce qu'on appelle un bloc dont l'axe est fixe et ne monte ni ne descend lors du levage de charges (Fig.).

Un bloc fixe peut être considéré comme un levier à bras égaux, dans lequel les bras de forces sont égaux au rayon de la roue (Fig) : OA = OB = r. Un tel bloc n'apporte pas de gain de solidité. ( F 1 = F 2), mais permet de changer la direction de la force. Bloc mobile - c'est un bloc. dont l'axe monte et descend avec la charge (Fig.). La figure montre le levier correspondant : À PROPOS- point d'appui du levier, OA- la force des épaules R. Et OB- la force des épaules F. Depuis l'épaule OB 2 fois l'épaule OA, alors la force F 2 fois moins de force R.:

F = P/2 .

Ainsi, le bloc mobile offre une résistance multipliée par 2 .

Cela peut être prouvé en utilisant le concept de moment de force. Lorsque le bloc est en équilibre, les moments de forces F Et R.égaux les uns aux autres. Mais l'épaule de force F 2 fois l'effet de levier R., et donc le pouvoir lui-même F 2 fois moins de force R..

Habituellement, dans la pratique, une combinaison d'un bloc fixe et d'un bloc mobile est utilisée (Fig.). Le bloc fixe est utilisé uniquement pour des raisons de commodité. Cela ne donne pas de gain de force, mais cela change la direction de la force. Il permet par exemple de soulever une charge en position debout au sol. Cela s’avère utile pour de nombreuses personnes ou travailleurs. Cela donne cependant un gain de force 2 fois supérieur à d’habitude !

Égalité de travail lors de l'utilisation de mécanismes simples. "Règle d'or" de la mécanique.

Les mécanismes simples que nous avons envisagés sont utilisés lors de l'exécution de travaux dans les cas où il est nécessaire d'équilibrer une autre force par l'action d'une force.

Naturellement, la question se pose : tout en donnant un gain de puissance ou de trajectoire, des mécanismes simples ne donnent-ils pas un gain de travail ? La réponse à cette question peut être obtenue par expérience.

En équilibrant deux forces de magnitude différente sur un levier F 1 et F 2 (fig.), mettre le levier en mouvement. Il s'avère qu'en même temps le point d'application de la plus petite force F 2 va plus loin s 2, et le point d'application de la plus grande force F 1 - chemin plus court s 1. Après avoir mesuré ces chemins et modules de forces, on constate que les chemins parcourus par les points d'application des forces sur le levier sont inversement proportionnels aux forces :

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

Ainsi, en agissant sur le bras long du levier, on gagne en force, mais en même temps on en perd d'autant en cours de route.

Produit de force F en chemin s il y a du travail. Nos expériences montrent que le travail effectué par les forces appliquées au levier est égal entre eux :

F 1 s 1 = F 2 s 2, c'est-à-dire UN 1 = UN 2.

Donc, En utilisant l’effet de levier, vous ne pourrez pas gagner au travail.

En utilisant l’effet de levier, nous pouvons gagner soit en puissance, soit en distance. En appliquant une force sur le bras court du levier, on gagne en distance, mais on perd d'autant en force.

Il existe une légende selon laquelle Archimède, ravi de la découverte de la règle du levier, s'est exclamé : « Donnez-moi un point d'appui et je retournerai la Terre !

Bien sûr, Archimède ne pourrait pas faire face à une telle tâche même s'il avait reçu un point d'appui (qui aurait dû être à l'extérieur de la Terre) et un levier de la longueur requise.

Pour soulever la terre de seulement 1 cm, il faudrait que le long bras du levier décrit un arc d'une longueur énorme. Il faudrait des millions d'années pour déplacer l'extrémité longue du levier sur cette trajectoire, par exemple à une vitesse de 1 m/s !

Un bloc stationnaire ne donne aucun gain de travail, ce qui est facile à vérifier expérimentalement (voir figure). Façons, points passables application de forces F Et F, sont les mêmes, les forces sont les mêmes, ce qui signifie que le travail est le même.

Vous pouvez mesurer et comparer le travail effectué à l'aide d'un bloc mobile. Pour soulever une charge à une hauteur h à l'aide d'un bloc mobile, il est nécessaire de déplacer l'extrémité de la corde à laquelle est attaché le dynamomètre, comme le montre l'expérience (Fig.), à une hauteur de 2h.

Ainsi, obtenant un gain de force de 2 fois, ils perdent 2 fois en chemin, par conséquent, le bloc mobile ne donne pas de gain de travail.

Une pratique vieille de plusieurs siècles a montré que Aucun des mécanismes ne permet de gagner en performances. Ils utilisent divers mécanismes afin de gagner en force ou en déplacement, selon les conditions de travail.

Déjà les scientifiques anciens connaissaient une règle applicable à tous les mécanismes : peu importe combien de fois nous gagnons en force, nous perdons autant de fois en distance. Cette règle a été appelée la « règle d’or » de la mécanique.

Efficacité du mécanisme.

Lors de l'examen de la conception et de l'action du levier, nous n'avons pas pris en compte la friction, ni le poids du levier. dans ces conditions idéales travail effectué par la force appliquée (nous appellerons ce travail complet), est égal à utile travailler à soulever des charges ou à surmonter toute résistance.

En pratique, le travail total effectué par un mécanisme est toujours légèrement supérieur au travail utile.

Une partie du travail est effectuée contre la force de friction dans le mécanisme et en le déplaçant pièces détachées. Ainsi, lorsque vous utilisez un bloc mobile, vous devez en plus effectuer des travaux pour soulever le bloc lui-même, la corde et déterminer la force de frottement dans l'axe du bloc.

Quel que soit le mécanisme choisi, le travail utile accompli avec son aide ne constitue toujours qu'une partie du travail total. Cela signifie, désignant le travail utile par la lettre Ap, le travail total (dépensé) par la lettre Az, on peut écrire :

En haut< Аз или Ап / Аз < 1.

Le rapport entre le travail utile et travail à plein temps appelé l’efficacité du mécanisme.

Le facteur d'efficacité est abrégé en efficacité.

Efficacité = Ap / Az.

L'efficacité est généralement exprimée en pourcentage et est notée lettre grecqueη, il se lit comme « ce » :

η = Ap/Az · 100 %.

Exemple: Une charge pesant 100 kg est suspendue au bras court d'un levier. Pour la soulever, une force de 250 N est appliquée sur le bras long. La charge est élevée à une hauteur h1 = 0,08 m, et le point d'application. force motrice tombé à une hauteur h2 = 0,4 m Trouvez l’efficacité du levier.

Écrivons les conditions du problème et résolvons-le.

Donné :

Solution :

η = Ap/Az · 100 %.

Travail total (dépensé) Az = Fh2.

Travail utile Ap = Рh1

P = 9,8 100 kg ≈ 1000 N.

Ap = 1 000 N · 0,08 = 80 J.

Az = 250 N · 0,4 m = 100 J.

η = 80 J/100 J 100 % = 80 %.

Répondre : η = 80%.

Mais " règle d'or"est également effectué dans ce cas. Une partie du travail utile - 20 % de celui-ci - est consacrée à surmonter les frottements dans l'axe du levier et la résistance de l'air, ainsi qu'au mouvement du levier lui-même.

L'efficacité de tout mécanisme est toujours inférieure à 100 %. Lors de la conception de mécanismes, les gens s’efforcent d’augmenter leur efficacité. Pour y parvenir, les frottements dans les axes des mécanismes et leur poids sont réduits.

Énergie.

Dans les usines et les usines, les machines et les machines sont entraînées par des moteurs électriques, qui consomment énergie électrique(d'où le nom).

Un ressort comprimé (Fig.), une fois redressé, fonctionne, élève une charge à une hauteur ou fait déplacer un chariot.

Une charge stationnaire élevée au-dessus du sol ne fait pas de travail, mais si cette charge tombe, elle peut faire du travail (par exemple, elle peut enfoncer un pieu dans le sol).

Tout corps en mouvement a la capacité d’effectuer un travail. Ainsi, une bille d'acier A (fig) descendant d'un plan incliné, heurtant un bloc de bois B, le déplace d'une certaine distance. En même temps, le travail est fait.

Si un corps ou plusieurs corps en interaction (un système de corps) peuvent effectuer un travail, on dit qu’ils ont de l’énergie.

Énergie - une grandeur physique montrant la quantité de travail qu'un corps (ou plusieurs corps) peut effectuer. L'énergie est exprimée dans le système SI dans les mêmes unités que le travail, c'est-à-dire en joules.

Comment bon travail qu'un corps peut accomplir, plus il possède d'énergie.

Lorsque le travail est terminé, l’énergie des corps change. Travail parfaitégal au changement d’énergie.

Énergie potentielle et cinétique.

Potentiel (de lat. puissance - possibilité) l'énergie est l'énergie qui est déterminée par la position relative des corps en interaction et des parties d'un même corps.

L'énergie potentielle, par exemple, est possédée par un corps élevé par rapport à la surface de la Terre, car l'énergie dépend de position mutuelle lui et la Terre. et eux attraction mutuelle. Si l’on considère l’énergie potentielle d’un corps posé sur Terre, égal à zéro, alors l'énergie potentielle d'un corps élevé à une certaine hauteur sera déterminée par le travail effectué par la gravité lorsque le corps tombe sur Terre. Désignons l'énergie potentielle du corps E n, parce que E = UNE, et le travail, comme nous le savons, est égal au produit de la force et du chemin, alors

A = Fh,

Où F- la gravité.

Cela signifie que l’énergie potentielle En est égale à :

E = Fh, ou E = gmh,

Où g- accélération chute libre, m- masse corporelle, h- la hauteur à laquelle le corps est élevé.

L’eau des rivières retenues par les barrages possède une énergie potentielle énorme. En tombant, l'eau fonctionne, entraînant les puissantes turbines des centrales électriques.

L'énergie potentielle d'un marteau à coprah (Fig.) est utilisée dans la construction pour effectuer les travaux de battage de pieux.

Lors de l’ouverture d’une porte avec un ressort, un travail est effectué pour étirer (ou comprimer) le ressort. Grâce à l'énergie acquise, le ressort, en se contractant (ou en se redressant), travaille en fermant la porte.

L'énergie des ressorts comprimés et non tordus est utilisée, par exemple, dans les montres, divers jouets à remonter, etc.

Tout corps élastique déformé possède une énergie potentielle. L'énergie potentielle du gaz comprimé est utilisée dans le fonctionnement des moteurs thermiques, des marteaux-piqueurs, largement utilisés dans l'industrie minière, dans la construction de routes, dans l'excavation de sols durs, etc.

L'énergie qu'un corps possède suite à son mouvement est appelée cinétique (du grec. cinéma - mouvement) énergie.

L'énergie cinétique d'un corps est désignée par la lettre EÀ.

L'eau en mouvement, qui entraîne les turbines des centrales hydroélectriques, consomme son énergie cinétique et fait le travail. L'air en mouvement, le vent, possède également de l'énergie cinétique.

De quoi dépend l’énergie cinétique ? Passons à l'expérience (voir figure). Si vous faites rouler la balle A à différentes hauteurs, vous remarquerez que la plus grande hauteur La balle roule vers le bas, plus sa vitesse est grande et plus elle déplace le bloc, c'est-à-dire qu'elle fait plus de travail. Cela signifie que l’énergie cinétique d’un corps dépend de sa vitesse.

En raison de sa vitesse, une balle volante possède une énergie cinétique élevée.

L'énergie cinétique d'un corps dépend également de sa masse. Refaisons notre expérience, mais nous ferons rouler une autre boule de plus grande masse depuis le plan incliné. La barre B avancera plus loin, c'est-à-dire que davantage de travail sera effectué. Cela signifie que l’énergie cinétique de la deuxième balle est supérieure à celle de la première.

Comment plus de masse corps et la vitesse à laquelle il se déplace, plus son énergie cinétique est grande.

Afin de déterminer l'énergie cinétique d'un corps, la formule est utilisée :

Ek = mv^2 /2,

Où m- masse corporelle, v- la vitesse des mouvements du corps.

L'énergie cinétique des corps est utilisée en technologie. L’eau retenue par le barrage possède, comme déjà mentionné, un grand potentiel énergétique. Lorsque l’eau tombe d’un barrage, elle se déplace et possède la même énergie cinétique élevée. Il entraîne une turbine reliée à un générateur courant électrique. Grâce à l’énergie cinétique de l’eau, de l’énergie électrique est générée.

L'énergie de l'eau en mouvement a grande importance V économie nationale. Cette énergie est utilisée grâce à de puissantes centrales hydroélectriques.

L’énergie des chutes d’eau est une source d’énergie respectueuse de l’environnement, contrairement à l’énergie combustible.

Tous les corps dans la nature, par rapport à la valeur zéro conventionnelle, possèdent soit de l'énergie potentielle, soit de l'énergie cinétique, et parfois les deux à la fois. Par exemple, un avion en vol possède à la fois une énergie cinétique et potentielle par rapport à la Terre.

Nous avons fait connaissance avec deux types d'énergie mécanique. D'autres types d'énergie (électrique, interne, etc.) seront abordés dans d'autres sections du cours de physique.

Conversion d'un type d'énergie mécanique en un autre.

Le phénomène de transformation d'un type d'énergie mécanique en un autre est très pratique à observer sur l'appareil représenté sur la figure. En enroulant le fil sur l'axe, le disque de l'appareil est soulevé. Un disque élevé vers le haut possède une certaine énergie potentielle. Si vous le lâchez, il tournera et commencera à tomber. En tombant, l’énergie potentielle du disque diminue, mais en même temps son énergie cinétique augmente. A la fin de la chute, le disque dispose d'une telle réserve d'énergie cinétique qu'il peut remonter presque jusqu'à sa hauteur précédente. (Une partie de l'énergie est dépensée contre la force de frottement, de sorte que le disque n'atteint pas sa hauteur d'origine.) Après s'être levé, le disque retombe puis remonte. Dans cette expérience, lorsque le disque descend, son énergie potentielle se transforme en énergie cinétique, et lorsqu’il monte, l’énergie cinétique se transforme en énergie potentielle.

La transformation de l'énergie d'un type à un autre se produit également lorsque deux objets entrent en collision. corps élastiques, par exemple, une balle en caoutchouc sur le sol ou une balle en acier sur une plaque d'acier.

Si vous soulevez une bille d'acier (riz) au-dessus d'une plaque d'acier et la relâchez de vos mains, elle tombera. À mesure que la balle tombe, son énergie potentielle diminue et son énergie cinétique augmente à mesure que la vitesse de la balle augmente. Lorsque la balle touche la plaque, la balle et la plaque seront comprimées. L'énergie cinétique de la balle se transformera en énergie potentielle de la plaque comprimée et de la balle comprimée. Puis par l'action forces élastiques la plaque et la balle reprendront leur forme originale. La balle rebondira sur la plaque, et leur énergie potentielle se transformera à nouveau en énergie cinétique de la balle : la balle rebondira à une vitesse de presque vitesse égale, qu'il possédait au moment de l'impact avec la dalle. À mesure que la balle monte, sa vitesse, et donc son énergie cinétique, diminue, tandis que l'énergie potentielle augmente. Après avoir rebondi sur la plaque, le ballon s'élève presque à la même hauteur à partir de laquelle il a commencé à tomber. Au sommet de la montée, toute son énergie cinétique se transformera à nouveau en potentiel.

Les phénomènes naturels s'accompagnent généralement de la transformation d'un type d'énergie en un autre.

L'énergie peut être transférée d'un corps à un autre. Ainsi, par exemple, lors du tir à l'arc, l'énergie potentielle d'une corde d'arc tirée est convertie en énergie cinétique d'une flèche volante.

Les caractéristiques énergétiques du mouvement sont introduites sur la base du concept de travail mécanique ou de travail de force.

Définition 1

Travail A terminé force constante F → est une grandeur physique égale au produit des modules de force et de déplacement multiplié par le cosinus de l'angle α , situé entre les vecteurs force F → et le déplacement s →.

Cette définition discuté dans la figure 1. 18 . 1 .

La formule de travail s'écrit,

A = F s cos α .

Le travail est une quantité scalaire. Cela permet d'être positif à (0° ≤ α< 90 °) , отрицательной при (90 ° < α ≤ 180 °) . Когда задается прямой угол α , тогда совершаемая сила равняется нулю. Единицы измерения работы по системе СИ - джоули (Д ж) .

Un joule est égal au travail effectué par une force de 1 N pour se déplacer de 1 m dans la direction de la force.

Image 1 . 18 . 1 . Travail de force F → : A = F s cos α = F s s

Lors de la projection F s → force F → sur la direction du mouvement s → la force ne reste pas constante, et le calcul du travail pour les petits mouvements Δ s i est résumé et réalisé selon la formule :

UNE = ∑ ∆ UNE je = ∑ F s je ∆ s je .

Cette somme le travail est calculé à partir de la limite (Δ s i → 0), après quoi il entre dans l'intégrale.

La représentation graphique de l'œuvre est déterminée à partir de la zone figure curviligne, situé sous le graphique F s (x) sur la figure 1. 18 . 2.

Image 1 . 18 . 2. Définition graphique du travail Δ A i = F s i Δ s i .

Un exemple de force qui dépend de la coordonnée est la force élastique d'un ressort, qui obéit à la loi de Hooke. Pour étirer un ressort, il faut appliquer une force F → dont le module est proportionnel à l'allongement du ressort. Cela peut être vu sur la figure 1. 18 . 3.

Image 1 . 18 . 3. Ressort étiré. Direction force externe F → coïncide avec la direction du mouvement s →. F s = k x, où k désigne la raideur du ressort.

F → y p = - F →

La dépendance du module de force externe sur les coordonnées x peut être tracée à l'aide d'une ligne droite.

Image 1 . 18 . 4 . Dépendance du module de force externe sur la coordonnée lorsque le ressort est étiré.

A partir de la figure ci-dessus, il est possible de trouver du travail sur force externe l'extrémité libre droite du ressort, en utilisant l'aire du triangle. La formule prendra la forme

Cette formule est applicable pour exprimer le travail effectué par une force externe lors de la compression d'un ressort. Les deux cas montrent que la force élastique F → y p est égale au travail de la force externe F → , mais de signe opposé.

Définition 2

Si plusieurs forces agissent sur un corps, alors la formule du travail total ressemblera à la somme de tout le travail effectué sur celui-ci. Lorsqu'un corps se déplace en translation, les points d'application des forces se déplacent de manière égale, c'est-à-dire travail général de toutes les forces sera égal au travail résultant des forces appliquées.