Nustatykite darbo kiekį. Mechaninis darbas

1. Mechaninis darbas\ (A \) - fizinis dydis, lygus produktui kūną veikiančios jėgos vektorius ir jo poslinkio vektorius:\(A=\vec(F)\vec(S) \) . Darbas - skaliarinis dydis, apibūdinamas skaitine reikšme ir vienetu.

Darbo vienetas laikomas 1 džauliu (1 J). Tai darbas, kurį atlieka 1 N jėga 1 m keliu.

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

2. Jei kūną veikianti jėga sudaro tam tikrą kampą \(\alpha \) su poslinkiu, tai jėgos \(F \) projekcija į X ašį yra lygi \(F_x \) (42 pav.).

Kadangi \(F_x=F\cdot\cos\alpha \) , tada \(A=FS\cos\alpha \) .

Taigi pastovios jėgos darbas yra lygus jėgos ir poslinkio vektorių dydžių sandaugai ir kampo tarp šių vektorių kosinusui.

3. Jei jėga \(F \) = 0 arba poslinkis \ (S \) = 0, tada mechaninis darbas yra lygus nuliui \(A \) = 0. Darbas yra lygus nuliui, jei jėgos vektorius yra statmenas poslinkiui vektorius, t.e. \(\cos90^\circ \) = 0. Taigi, kūną skleidžiančios jėgos darbas yra lygus nuliui įcentrinis pagreitis su juo vienodas judesys išilgai apskritimo, nes ši jėga yra statmena kūno judėjimo krypčiai bet kuriame trajektorijos taške.

4. Jėgos atliktas darbas gali būti teigiamas arba neigiamas. Darbas teigiamas \(A \) > 0, jei kampas yra 90° > \(\alpha \) ≥ 0°; jei kampas 180° > \(\alpha \) ≥ 90°, tada darbas yra neigiamas \(A \) < 0.

Jei kampas \(\alpha \) = 0°, tada \(\cos\alpha \) = 1, \(A=FS \) . Jei kampas \(\alpha \) = 180°, tada \(\cos\alpha \) = -1, \(A=-FS \) .

5. Laisvai krintant iš \(h\) aukščio kūnas, kurio masė \(m\) juda iš 1 padėties į 2 padėtį (43 pav.). Šiuo atveju gravitacijos jėga veikia lygiai:

\[ A=F_тh=mg(h_1-h_2)=mgh \]

Kai kūnas juda vertikaliai žemyn, jėga ir poslinkis nukreipiami viena kryptimi, o gravitacijos jėga daro teigiamą darbą.

Jei kūnas kyla aukštyn, gravitacijos jėga nukreipta žemyn, o jei juda aukštyn, tada gravitacijos jėga nukreipta neigiamas darbas, t.y.

\[ A=-F_тh=-mg(h_1-h_2)=-mgh \]

6. Darbą galima pateikti grafiškai. Paveiksle pavaizduotas gravitacijos priklausomybės nuo kūno aukščio Žemės paviršiaus atžvilgiu grafikas (44 pav.). Grafiškai gravitacijos atliktas darbas yra lygus figūros (stačiakampio) plotui, apribotas pagal tvarkaraštį, koordinačių ašys ir statmenai abscisių ašiai
taške \(h\) .

Tamprumo jėgos ir spyruoklės pailgėjimo grafikas yra tiesė, einanti per koordinačių pradžią (45 pav.). Analogiškai gravitacijos darbui, tamprumo jėgos darbas yra lygus trikampio plotui, kurį riboja grafikas, koordinačių ašys ir statmena abscisei taške \(x\).
\(A=Fx/2=kx\cdot x/2 \) .

7. Gravitacijos atliekamas darbas nepriklauso nuo trajektorijos, kuria juda kūnas, formos; tai priklauso nuo pradinės ir galutinės kūno padėties. Tegul kūnas pirmiausia juda iš taško A į tašką B pagal trajektoriją AB (46 pav.). Gravitacijos darbas šiuo atveju

\[ A_(AB)=mgh \]

Dabar kūnas judės iš taško A į tašką B, pirmiausia išilgai pasvirosios plokštumos AC, tada išilgai pasvirosios plokštumos BC pagrindo. Gravitacijos darbas judant išilgai orlaivio yra lygus nuliui. Sunkio darbas judant išilgai kintamos srovės yra lygus gravitacijos projekcijos į pasvirusią plokštumą \(mg\sin\alpha \) ir pasvirosios plokštumos ilgio sandaugai, t.y. ,\(A_(AC)=mg\sin\alpha\cdot l \)

. Produktas \(l\cdot\sin\alpha=h \) . Tada \(A_(AC)=mgh \) . Darbas, atliekamas gravitacijos judant kūną dviem skirtingomis trajektorijomis, nepriklauso nuo trajektorijos formos, o priklauso nuo pradinės ir galutinės kūno padėties.

Tamprumo jėgos darbas taip pat nepriklauso nuo trajektorijos formos.

Tarkime, kad kūnas juda iš taško A į tašką B pagal trajektoriją ACB, o tada iš taško B į tašką A pagal trajektoriją BA. Judant ACB trajektorija gravitacija atlieka teigiamą darbą judant BA trajektorija, gravitacijos darbas yra neigiamas, savo dydžiu lygus darbui judant ACB trajektorija. Todėl gravitacijos atliktas darbas uždarame kelyje yra lygus nuliui. Tas pats pasakytina ir apie tamprumo jėgos darbą. Jėgos, kurių darbas nepriklauso nuo trajektorijos formos ir uždaroje trajektorijoje yra lygus nuliui, vadinamos konservatyviosiomis. KAM konservatyvios jėgos

8. apima gravitaciją ir elastinę jėgą.

Jėgos, kurių darbas priklauso nuo tako formos, vadinamos nekonservatyviosiomis. Trinties jėga nėra konservatyvi. Jei kūnas juda iš taško A į tašką B (47 pav.) pirmiausia tiesia linija, o po to išilgai trūkinės linijos ACB, tai pirmuoju atveju trinties jėgos darbas \(A_(AB)=-Fl_( AB) \) , o antroje \(A_(ABC)=A_(AC)+A_(CB) , \(A_(ABC)=-Fl_(AC)-Fl_(CB) \) .

9. Galia yra fizinis dydis, lygus darbo ir laiko, per kurį jis atliekamas, santykiui. Galia apibūdina darbo atlikimo greitį.

Galia žymima raide \(N\).

Galios vienetas: \([N]=[A]/[t] \) . ([N] \) = 1 J/1 s = 1 J/s. Šis vienetas vadinamas vatais (W). Vienas vatas yra galia, kuria per 1 s atliekamas 1 J darbas.

10. Variklio išvystyta galia yra lygi: \(N = A/t \) , \(A = F\cdot S \) , iš kur \(N = FS/t \) . Judėjimo ir laiko santykis yra judėjimo greitis: \(S/t = v \) . Kur \(N = Fv \) .

Iš gautos formulės aišku, kad kada nuolatinė jėga pasipriešinimas, judėjimo greitis yra tiesiogiai proporcingas variklio galiai.

Transformacija vyksta įvairiose mašinose ir mechanizmuose mechaninė energija. Dėl energijos jos virsmo metu dirbama. Tuo pačiu įsipareigoti naudingo darbo sunaudojama tik dalis energijos. Dalis energijos išleidžiama dirbant prieš trinties jėgas. Taigi bet kuriai mašinai būdinga reikšmė, nurodanti, kokia dalis jai perduotos energijos panaudojama naudingai. Šis kiekis vadinamas efektyvumo koeficientas (efektyvumas).

Naudingumo koeficientas yra kiekis lygus santykiui naudingas darbas \((A_п) \) prie visų atliktų darbų \((A_с) \) : \(\eta=A_п/A_с \) . Efektyvumas išreiškiamas procentais.

1 dalis

1. Darbas nustatomas pagal formulę

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

2. Krovinys tolygiai pakeliamas vertikaliai aukštyn prie jo pririšta virve. Gravitacijos darbas šiuo atveju

1) lygus nuliui
2) teigiamas
3) neigiamas
4) didesnis tamprumo jėgos darbas

3. Dėžė traukiama prie jos pririšta virve, darant 60° kampą su horizontale, taikant 30 N jėgą. Kokį darbą atlieka ši jėga, jei poslinkio modulis yra 10 m?

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

4. Dirbtinis palydovasŽemė, kurios masė lygi \(m\) , tolygiai juda apskrita orbita, kurios spindulys yra \(R\). Gravitacijos laike atliktas darbas yra lygus laikotarpiui tiražas yra lygus

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

5. 1,2 tonos sveriantis automobilis horizontaliu keliu nuvažiuoja 800 m. Kiek darbo nuveikė trinties jėga, jei trinties koeficientas yra 0,1?

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

6. 200 N/m standumo spyruoklė ištempiama 5 cm. Kiek dirbs tamprumo jėga, kai spyruoklė grįš į pusiausvyrą?

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

7. Tos pačios masės rutuliukai rieda čiuožykla išilgai trijų skirtingų latakų, kaip parodyta paveikslėlyje. Kuriuo atveju gravitacijos atliktas darbas bus didžiausias?

1) 1
2) 2
3) 3
4) darbas visais atvejais vienodas

8. Darbas uždaru keliu yra lygus nuliui

A. Trinties jėgos
B. Tamprumo jėgos

Teisingas atsakymas yra

1) ir A, ir B
2) tik A
3) tik B
4) nei A, nei B

9. SI galios vienetas yra

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

10. Kuo naudingas darbas, jei atliktas darbas yra 1000 J, o variklio efektyvumas 40%?

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

11. Nustatykite jėgos veikimo (kairiajame lentelės stulpelyje) ir darbo ženklo (dešiniajame lentelės stulpelyje) atitiktį. Atsakyme po atitinkamomis raidėmis užrašykite pasirinktus skaičius.

JĖGOS DARBAS
A. Tamprumo jėgos darbas tempiant spyruoklę
B. Trinties jėgos darbas
B. Gravitacijos darbas kūnui krentant

DARBO ŽENKLAS
1) teigiamas
2) neigiamas
3) lygus nuliui

12. Iš žemiau pateiktų teiginių pasirinkite du teisingus ir įrašykite jų skaičius lentelėje.

1) Gravitacijos darbas nepriklauso nuo trajektorijos formos.
2) Darbas atliekamas bet kokio kūno judėjimo metu.
3) Darbas, kurį atlieka slydimo trinties jėga, visada yra neigiamas.
4) Tamprios jėgos atliktas darbas uždarame kontūre nėra lygus nuliui.
5) Trinties jėgos darbas nepriklauso nuo trajektorijos formos.

2 dalis

13. Gervė per 10 s tolygiai pakelia 300 kg sveriantį krovinį į 3 m aukštį. Kokia gervės galia?

Atsakymai

Kiekvienas kūnas, darantis judesį, gali būti apibūdintas darbu. Kitaip tariant, jis apibūdina jėgų veikimą.

Darbas apibrėžiamas taip:
Jėgos modulio ir kūno nuvažiuoto kelio sandauga, padauginta iš kampo tarp jėgos krypties ir judėjimo kosinuso.

Darbas matuojamas džauliais:
1 [J] = = [kg* m2/s2]

Pavyzdžiui, kūnas A, veikiamas 5 N jėgos, nukeliavo 10 m. Nustatykite kūno atliktą darbą.

Kadangi judėjimo kryptis ir jėgos veikimas sutampa, kampas tarp jėgos vektoriaus ir poslinkio vektoriaus bus lygus 0°. Formulė bus supaprastinta, nes 0° kampo kosinusas yra lygus 1.

Pakeitę pradinius parametrus į formulę, randame:
A = 15 J.

Panagrinėkime kitą pavyzdį: 2 kg sveriantis kūnas, judantis 6 m/s2 pagreičiu, nuvažiavo 10 m. Nustatykite kūno atliktą darbą, jei jis pajudėjo aukštyn pasvirusia plokštuma 60° kampu.

Pirmiausia apskaičiuokime, kiek jėgos reikia, kad kūnas būtų pagreitintas 6 m/s2.

F = 2 kg * 6 m/s2 = 12 H.
Veikiant 12N jėgai, kūnas pajudėjo 10 m. Darbą galima apskaičiuoti pagal jau žinomą formulę:

Kur a yra lygus 30°. Pakeitę pradinius duomenis į formulę, gauname:
A = 103,2 J.

Galia

Daugelis mašinų ir mechanizmų atlieka tą patį darbą skirtingu laikotarpiu. Norint juos palyginti, įvedama galios sąvoka.
Galia – tai dydis, parodantis per laiko vienetą atlikto darbo kiekį.

Galia matuojama vatais škotų inžinieriaus Jameso Watto garbei.
1 [vatas] = 1 [J/s].

Pavyzdžiui, didelis kranas 10 tonų sveriantį krovinį į 30 m aukštį pakėlė per 1 minutę. Mažas kranas per 1 minutę į tą patį aukštį pakėlė 2 tonas plytų. Palyginkite krano galias.
Apibrėžkime kranų atliekamus darbus. Krovinys pakyla 30m, įveikdamas gravitacijos jėgą, todėl jėga, eikvojama keliant krovinį, bus lygi Žemės ir apkrovos sąveikos jėgai (F = m * g). O darbas yra jėgų sandauga pagal krovinių nuvažiuotą atstumą, tai yra pagal aukštį.

Dideliam kranui A1 = 10 000 kg * 30 m * 10 m/s2 = 3 000 000 J, o mažam kranui A2 = 2 000 kg * 30 m * 10 m/s2 = 600 000 J.
Galią galima apskaičiuoti padalijus darbą iš laiko. Abu kranai krovinį pakėlė per 1 minutę (60 sekundžių).

Iš čia:
N1 = 3 000 000 J / 60 s = 50 000 W = 50 kW.
N2 = 600 000 J / 60 s = 10 000 W = 10 kW.
Iš aukščiau pateiktų duomenų aiškiai matyti, kad pirmasis kranas yra 5 kartus galingesnis už antrąjį.

Ką tai reiškia?

Fizikoje „mechaninis darbas“ yra tam tikros jėgos (gravitacijos, elastingumo, trinties ir kt.) veikiamas kūnas, dėl kurio kūnas juda.

Dažnai žodis „mechaninis“ tiesiog neparašytas.
Kartais galite susidurti su posakiu „kūnas atliko darbą“, kuris iš esmės reiškia „kūną veikianti jėga padarė darbą“.

Galvoju – dirbu.

Aš einu – aš irgi dirbu.

Kur čia mechaninis darbas?

Jei kūnas juda veikiamas jėgos, tada atliekamas mechaninis darbas.

Jie sako, kad kūnas veikia.
O tiksliau bus taip: darbą atlieka kūną veikianti jėga.

Darbas apibūdina jėgos rezultatą.

Jėgos, veikiančios žmogų, atlieka jį mechaninį darbą, ir dėl šių jėgų veikimo žmogus juda.

Darbas – tai fizikinis dydis, lygus kūną veikiančios jėgos ir kelio, kurį kūnas, veikiamas jėgos, šios jėgos kryptimi nueina kelio sandaugai.

A - mechaninis darbas,
F - stiprumas,
S – nuvažiuotas atstumas.

Darbas atliktas, jei vienu metu tenkinamos 2 sąlygos: kūną veikia jėga ir ji
juda jėgos kryptimi.

Jokie darbai neatlikti(t. y. lygus 0), jei:
1. Jėga veikia, bet kūnas nejuda.

Pavyzdžiui: mes veikiame jėgą į akmenį, bet negalime jo pajudinti.

2. Kūnas juda, o jėga lygi nuliui arba visos jėgos yra kompensuojamos (t. y. šių jėgų rezultatas lygus 0).
Pvz.: judant pagal inerciją, darbas neatliekamas.
3. Jėgos kryptis ir kūno judėjimo kryptis yra viena kitai statmenos.

Pavyzdžiui: kai traukinys juda horizontaliai, gravitacija neveikia.

Darbas gali būti teigiamas ir neigiamas

1. Jei jėgos kryptis ir kūno judėjimo kryptis sutampa, atliekamas teigiamas darbas.

Pavyzdžiui: gravitacijos jėga, veikdama žemyn krintantį vandens lašą, daro teigiamą darbą.

2. Jei jėgos ir kūno judėjimo kryptis priešinga, atliekamas neigiamas darbas.

Pavyzdžiui: gravitacijos jėga, veikianti kylant balionas, daro neigiamą darbą.

Jei kūną veikia kelios jėgos, tai bendras visų jėgų atliktas darbas yra lygus susidariusios jėgos darbui.

Darbo vienetai

Anglų mokslininko D. Joule garbei darbo vienetas pavadintas 1 Džauliu.

IN tarptautinė sistema vienetai (SI):
[A] = J = N m
1J = 1N 1m

Mechaninis darbas lygus 1 J, jei, veikiamas 1 N jėgos, kūnas pasislenka 1 m šios jėgos kryptimi.

Skrendant iš nykščiužmogaus rankos ant rodyklės
uodas veikia – 0.000 000 000 000 000 000 000 000 001 J.

Žmogaus širdis per susitraukimą atlieka maždaug 1 J darbo, o tai atitinka darbą, atliekamą keliant 10 kg sveriantį krovinį į 1 cm aukštį.

IKI DIRBTI, DRAUGAI!

Mechaninis darbas. Darbo vienetai.

IN kasdienybė Sąvoka „darbas“ turime omenyje viską.

Fizikoje sąvoka Darbas kiek kitaip. Tai yra tam tikras fizinis dydis, o tai reiškia, kad jį galima išmatuoti. Fizikoje ji pirmiausia tiriama mechaninis darbas .

Pažvelkime į mechaninio darbo pavyzdžius.

Traukinys juda veikiamas elektrinio lokomotyvo traukos jėga, atliekami mechaniniai darbai. Šaudant iš pistoleto, parako dujų slėgio jėga veikia – ji judina kulką išilgai vamzdžio, o kulkos greitis didėja.

Iš šių pavyzdžių aišku, kad mechaninis darbas atliekamas, kai kūnas juda veikiamas jėgos. Mechaninis darbas atliekamas ir tuo atveju, kai kūną veikianti jėga (pavyzdžiui, trinties jėga) sumažina jo judėjimo greitį.

Norintys perkelti spintelę stipriai ją spaudžiame, bet jei nejuda, tai mechaninių darbų neatliekame. Galima įsivaizduoti atvejį, kai kūnas juda nedalyvaujant jėgoms (inercija), tokiu atveju taip pat neatliekamas mechaninis darbas.

Taigi, mechaninis darbas atliekamas tik tada, kai kūną veikia jėga ir jis juda .

Nesunku suprasti, kad kuo didesnė jėga veikia kūną ir tuo daugiau ilgesnis kelias kurią kūnas praeina veikiamas šios jėgos, tuo daugiau darbo atliekama.

Mechaninis darbas yra tiesiogiai proporcingas taikomai jėgai ir tiesiogiai proporcingas nuvažiuotam atstumui .

Todėl sutarėme išmatuoti mechaninį darbą jėgos sandauga ir keliu, nueinančiu šia šios jėgos kryptimi:

darbas = jėga × kelias

Kur A- Darbas, F- jėgos ir s- nuvažiuotas atstumas.

Darbo vienetu laikomas darbas, atliktas 1 N jėga 1 m atstumu.

Darbo vienetas - džaulis (J ) pavadintas anglų mokslininko Joule vardu. Taigi,

1 J = 1 N m.

Taip pat naudotas kilodžaulių (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Formulė A = Fs taikoma, kai jėga F pastovus ir sutampa su kūno judėjimo kryptimi.

Jeigu jėgos kryptis sutampa su kūno judėjimo kryptimi, tai suteikta galia daro teigiamą darbą.

Jeigu kūnas juda ta kryptimi priešinga kryptimi taikoma jėga, pavyzdžiui, slydimo trinties jėga, tada ši jėga atlieka neigiamą darbą.

Jei kūną veikiančios jėgos kryptis yra statmena judėjimo krypčiai, tai ši jėga neatlieka jokio darbo, darbas lygus nuliui:

Ateityje, kalbėdami apie mechaninį darbą, trumpai pavadinsime vienu žodžiu – darbas.

Pavyzdys. Apskaičiuokite atliktus darbus keliant 0,5 m3 tūrio granito plokštę į 20 m aukštį Granito tankis 2500 kg/m3.

Duota:

ρ = 2500 kg/m 3

Sprendimas:

čia F yra jėga, kurią reikia taikyti norint tolygiai pakelti plokštę aukštyn. Šios jėgos modulis yra lygi jėgai Fstrand, veikiančiai plokštę, ty F = Fstrand. O gravitacijos jėgą galima nustatyti pagal plokštės masę: Fmasis = gm. Apskaičiuokime plokštės masę, žinodami jos tūrį ir granito tankį: m = ρV; s = h, t.y. kelias lygus ūgiui kilti.

Taigi, 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.

Atsakymas: A =245 kJ.

Svirtys.Jėga.Energija

Norint atlikti tą patį darbą, reikalingi skirtingi varikliai skirtingi laikai. Pavyzdžiui, kranas statybvietėje per kelias minutes pakelia šimtus plytų į viršutinį pastato aukštą. Jei šias plytas perkeltų darbuotojas, jam tai padaryti prireiktų kelių valandų. Kitas pavyzdys. Arklys hektarą žemės gali suarti per 10-12 valandų, o traktorius su daugiadaliu plūgu ( plūgas- plūgo dalis, kuri nupjauna žemės sluoksnį iš apačios ir perkelia jį į sąvartyną; daugiafunkcis plūgas - daug plūgų), šis darbas bus atliktas per 40-50 minučių.

Aišku, kad kranas tą patį darbą atlieka greičiau nei darbininkas, o traktorius – greičiau už arklį. Darbo greitis apibūdinamas specialiu dydžiu, vadinamu galia.

Galia yra lygi darbo ir laiko, per kurį jis buvo atliktas, santykiui.

Norėdami apskaičiuoti galią, turite padalyti darbą iš laiko, per kurį šis darbas atliekamas. galia = darbas/laikas.

Kur N- galia, A- Darbas, t- atliktų darbų laikas.

Galia yra pastovus dydis, kai tas pats darbas atliekamas kas sekundę, kitais atvejais santykis A/t nustato vidutinę galią:

N vid. = A/t . Galios vienetu laikoma galia, kuria J darbas atliekamas per 1 s.

Šis vienetas vadinamas vatais ( W) kito anglų mokslininko Watto garbei.

1 vatas = 1 džaulis/1 sekundė, arba 1 W = 1 J/s.

Vatai (džaulis per sekundę) – W (1 J/s).

Didesni galios vienetai plačiai naudojami technologijoje - kilovatas (kW), megavatų (MW) .

1 MW = 1 000 000 W

1 kW = 1000 W

1 mW = 0,001 W

1 W = 0,000001 MW

1 W = 0,001 kW

1 W = 1000 mW

Pavyzdys. Raskite vandens srauto, tekančio per užtvanką, galią, jei vandens kritimo aukštis yra 25 m, o debitas 120 m3 per minutę.

Duota:

ρ = 1000 kg/m3

Sprendimas:

Kritančio vandens masė: m = ρV,

m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120 000 kg (12 104 kg).

Vandenį veikianti gravitacijos jėga:

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

Darbas pagal srautą per minutę:

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

Srauto galia: N = A/t,

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

Atsakymas: N = 0,5 MW.

Įvairių variklių galia svyruoja nuo šimtųjų ir dešimtųjų kilovatų (elektrinio skustuvo variklis, siuvimo mašina) iki šimtų tūkstančių kilovatų (vandens ir garo turbinos).

5 lentelė.

Kai kurių variklių galia, kW.

Kiekvienas variklis turi lentelę (variklio pasą), kurioje nurodoma tam tikra informacija apie variklį, įskaitant jo galią.

Žmogaus galia ties normaliomis sąlygomis vidutinis darbas yra 70-80 vatų. Šokinėdamas ar bėgiodamas laiptais žmogus gali išvystyti iki 730 W galią ir į kai kuriais atvejais ir dar didesnis.

Iš formulės N = A/t išplaukia, kad

Norint apskaičiuoti darbą, reikia padauginti galią iš laiko, per kurį šis darbas buvo atliktas.

Pavyzdys. Kambario ventiliatoriaus variklio galia yra 35 vatai. Kiek darbo jis padaro per 10 minučių?

Užrašykime problemos sąlygas ir ją išspręskime.

Duota:

Sprendimas:

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

Atsakymas A= 21 kJ.

Paprasti mechanizmai.

Nuo neatmenamų laikų žmogus mechaniniams darbams atlikti naudojo įvairius prietaisus.

Visiems žinoma, kad sunkus daiktas (akmuo, spinta, staklės), kurio negalima pajudinti rankomis, gali būti pajudintas naudojant pakankamai ilgą lazdą – svirtį.

Įjungta šiuo metu manoma, kad svertų pagalba prieš tris tūkstančius metų statant piramides m Senovės Egiptas perkėlė ir į didelį aukštį iškėlė sunkias akmens plokštes.

Daugeliu atvejų, užuot pakėlus sunkų krovinį į tam tikrą aukštį, jį galima suvynioti arba patraukti į tą patį aukštį išilgai nuožulnios plokštumos arba pakelti naudojant blokus.

Jėgai konvertuoti naudojami prietaisai vadinami mechanizmai .

Paprasti mechanizmai apima: svirtis ir jų rūšis - blokas, vartai; pasvirusi plokštuma ir jos atmainos - pleištas, sraigtas. Dažniausiai naudojami paprasti mechanizmai jėgai įgyti, tai yra kelis kartus padidinti kūną veikiančią jėgą.

Paprasti mechanizmai randami tiek buityje, tiek visose sudėtingose pramoninėse ir pramoninėse mašinose, kurios pjauna, suka ir štampuoja didelius plieno lakštus arba traukia geriausius siūlus, iš kurių vėliau gaminami audiniai. Tuos pačius mechanizmus galima rasti šiuolaikinėse sudėtingose automatinėse mašinose, spausdinimo ir skaičiavimo mašinose.

Svirtis. Jėgų balansas ant svirties.

Panagrinėkime paprasčiausią ir labiausiai paplitusią mechanizmą – svirtį.

Svirtis yra kietas, kuris gali suktis aplink fiksuotą atramą.

Nuotraukose parodyta, kaip darbuotojas naudoja laužtuvą kaip svirtį kroviniui pakelti. Pirmuoju atveju darbuotojas su jėga F spaudžia laužtuvo galą B, antroje - pakelia galą B.

Darbuotojas turi įveikti krovinio svorį P- jėga nukreipta vertikaliai žemyn. Norėdami tai padaryti, jis pasuka laužtuvą aplink ašį, einančią per vienintelę nejudėdamas lūžio taškas yra jo atramos taškas APIE. Jėga F su kuria darbuotojas veikia svirtį, yra mažesnė jėga P, taigi darbuotojas gauna įgyti jėgų. Naudodami svirtį galite pakelti tokį sunkų krovinį, kad negalite jo pakelti savarankiškai.

Paveikslėlyje parodyta svirtis, kurios sukimosi ašis yra APIE(atramos taškas) yra tarp jėgų taikymo taškų A Ir IN. Kitame paveikslėlyje parodyta šios svirties schema. Abi jėgos F 1 ir F 2, veikiantys svirtį, yra nukreipti viena kryptimi.

Trumpiausias atstumas tarp atramos taško ir tiesės, išilgai kurios jėga veikia svirtį, vadinamas jėgos ranka.

Norėdami rasti jėgos ranką, turite nuleisti statmeną nuo atramos taško iki jėgos veikimo linijos.

Šio statmens ilgis bus šios jėgos ranka. Paveikslas tai rodo OA- pečių jėga F 1; OB- pečių jėga F 2. Jėgos, veikiančios svirtį, gali sukti ją aplink savo ašį dviem kryptimis: pagal laikrodžio rodyklę arba prieš laikrodžio rodyklę. Taip, stiprybės F 1 pasuka svirtį pagal laikrodžio rodyklę ir jėga F 2 sukasi prieš laikrodžio rodyklę.

Sąlyga, kuriai esant svirtis yra pusiausvyroje, veikiant jai veikiančioms jėgoms, gali būti nustatyta eksperimentiškai. Reikia atsiminti, kad jėgos veikimo rezultatas priklauso ne tik nuo jos skaitinė reikšmė(modulis), bet ir apie tašką, kuriame jis taikomas kūnui, arba kaip jis nukreipiamas.

Įvairūs svoriai pakabinami ant svirties (žr. pav.) abiejose atramos taško pusėse, kad kiekvieną kartą svirtis išliktų pusiausvyroje. Jėgos, veikiančios svirtį, lygios šių apkrovų svoriams. Kiekvienu atveju išmatuojami jėgos moduliai ir jų pečiai. Iš patirties, parodytos 154 paveiksle, aišku, kad jėga 2 N subalansuoja jėgą 4 N. Šiuo atveju, kaip matyti iš paveikslo, mažesnio stiprumo petys yra 2 kartus didesnis nei didesnės jėgos petys.

Remiantis tokiais eksperimentais, buvo nustatyta svirties pusiausvyros sąlyga (taisyklė).

Svirtis yra pusiausvyroje, kai ją veikiančios jėgos yra atvirkščiai proporcingos šių jėgų svirtims.

Šią taisyklę galima parašyti kaip formulę:

F 1/F 2 = l 2/ l 1 ,

Kur F 1Ir F 2 - svirtį veikiančios jėgos, l 1Ir l 2 , - šių jėgų pečiai (žr. pav.).

Svirties pusiausvyros taisyklę nustatė Archimedas apie 287–212 m. pr. Kr e. (bet paskutinėje pastraipoje buvo pasakyta, kad svertus naudojo egiptiečiai? Arba čia svarbus vaidmuo vaidina žodį „įdiegta“?)

Iš šios taisyklės išplaukia, kad naudojant svirtį galima subalansuoti didesnę jėgą. Tegul viena svirties svirtis yra 3 kartus didesnė už kitą (žr. pav.). Tada taške B panaudojus, pavyzdžiui, 400 N jėgą, galima pakelti 1200 N sveriantį akmenį. Norint pakelti dar sunkesnį krovinį, reikia padidinti svirties svirties, kuria veikia darbuotojas, ilgį.

Pavyzdys. Naudodamas svirtį darbininkas pakelia 240 kg sveriančią plokštę (žr. 149 pav.). Kokią jėgą jis veikia didesnę 2,4 m svirties svirtį, jei mažesnė yra 0,6 m?

Užrašykime problemos sąlygas ir ją išspręskime.

Duota:

Sprendimas:

Pagal svirties pusiausvyros taisyklę F1/F2 = l2/l1, iš kur F1 = F2 l2/l1, kur F2 = P – akmens svoris. Akmens svoris asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Tada F1 = 2400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Atsakymas: F1 = 600 N.

Mūsų pavyzdyje darbuotojas įveikia 2400 N jėgą, taikydamas svirtį 600 N. Tačiau šiuo atveju ranka, kurią veikia darbuotojas, yra 4 kartus ilgesnė nei ta, kurią veikia akmens svoris. ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Taikant sverto taisyklę, mažesnė jėga gali subalansuoti didesnę jėgą. Šiuo atveju mažesnės jėgos petys turėtų būti ilgesnis už petį didesnė jėga.

Galios akimirka.

Jūs jau žinote svirties pusiausvyros taisyklę:

F 1 / F 2 = l 2 / l 1 ,

Naudodami proporcijos savybę (jos kraštinių narių sandauga yra lygi vidurinių narių sandaugai), rašome ją tokia forma:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Kairėje lygybės pusėje yra jėgos sandauga F 1 ant jos peties l 1, o dešinėje - jėgos sandauga F 2 ant jos peties l 2 .

Jėgos, sukančios kūną ir jo petį, modulio sandauga vadinama jėgos momentas; jis žymimas raide M. Tai reiškia

Svirtis yra pusiausvyroje, veikiant dviem jėgoms, jei jėgos, sukančios ją pagal laikrodžio rodyklę, momentas yra lygus jėgos, sukančios ją prieš laikrodžio rodyklę, momentui.

Ši taisyklė vadinama akimirkų taisyklė , galima parašyti kaip formulę:

M1 = M2

Iš tiesų mūsų nagrinėjamame eksperimente (§ 56) veikiančios jėgos buvo lygios 2 N ir 4 N, jų pečiai atitinkamai sudarė 4 ir 2 svirties slėgius, t. y. šių jėgų momentai yra vienodi, kai svirtis yra pusiausvyroje. .

Jėgos momentą, kaip ir bet kurį fizikinį dydį, galima išmatuoti. Jėgos momento vienetu laikomas 1 N jėgos momentas, kurio petys lygiai 1 m.

Šis vienetas vadinamas niutonmetras (N m).

Jėgos momentas apibūdina jėgos veikimą ir parodo, kad jis vienu metu priklauso ir nuo jėgos modulio, ir nuo jos sverto. Iš tiesų, mes jau žinome, pavyzdžiui, kad jėgos poveikis durims priklauso ir nuo jėgos dydžio, ir nuo to, kur ji veikia. Kuo lengviau pasukti duris, tuo toliau nuo sukimosi ašies veikia jas veikianti jėga. Veržlę geriau atsukti ilgu veržliarakčiu nei trumpuoju. Kuo lengviau iš šulinio pakelti kibirą, tuo ilgesnė vartų rankena ir pan.

Svertai technikoje, kasdienybėje ir gamtoje.

Sverto taisyklė (arba momentų taisyklė) yra įvairių įrankių ir prietaisų, naudojamų technikoje ir kasdieniame gyvenime, kai reikia įgyti jėgų ar keliauti, veikimo pagrindas.

Dirbdami su žirklėmis įgyjame jėgų. Žirklės - tai yra svirtis(pav.), kurios sukimosi ašis vyksta per varžtą, jungiantį abi žirklių puses. Veikianti jėga F 1 yra žmogaus, laikančio žirkles, rankos raumenų jėga. Atsparumas F 2 yra žirklėmis pjaunamos medžiagos pasipriešinimo jėga. Priklausomai nuo žirklių paskirties, skiriasi jų konstrukcija. Biuro žirklės, skirtos popieriui pjauti, turi ilgus peiliukus ir beveik vienodo ilgio rankenas. Nereikia karpyti popieriaus didelė jėga, o su ilgu peiliu patogiau pjauti tiesia linija. Lakštinio metalo pjovimo žirklės (pav.) turi daug ilgesnes rankenas nei ašmenys, nes metalo pasipriešinimo jėga yra didelė ir jai subalansuoti naudojamas petys veikianti jėga turi būti gerokai padidintas. Daugiau daugiau skirtumo tarp rankenų ilgio ir atstumo nuo pjovimo dalies bei sukimosi ašies vielos pjaustytuvai(Pav.), skirta pjauti vielai.

Svirtys įvairių tipų yra daugelyje automobilių. Siuvimo mašinos rankena, dviračio pedalai ar rankinis stabdys, automobilio ir traktoriaus pedalai, pianino klavišai – tai šiose mašinose ir įrankiuose naudojamų svirčių pavyzdžiai.

Svirčių naudojimo pavyzdžiai yra veržlių ir darbastalių rankenos, gręžimo staklių svirtis ir kt.

Svertinių svarstyklių veikimas pagrįstas svirties principu (pav.). 48 paveiksle (p. 42) parodytos mokymo skalės veikia kaip lygiarankė svirtis . IN dešimtainės skalės Petys, ant kurios pakabinamas puodelis su svarmenimis, yra 10 kartų ilgesnis nei petys, nešantis krovinį. Taip daug lengviau sverti didelius krovinius. Sverdami krovinį dešimtainėmis skalėmis, svarmenų masę turėtumėte padauginti iš 10.

Svarstyklių, skirtų automobilių krovininiams vagonams sverti, įtaisas taip pat pagrįstas sverto taisykle.

Svirtys taip pat yra skirtingos dalys gyvūnų ir žmonių kūnai. Tai, pavyzdžiui, rankos, kojos, žandikauliai. Daug svertų galima rasti vabzdžių kūne (skaitant knygą apie vabzdžius ir jų kūno sandarą), paukščių, augalų sandaroje.

Svirties pusiausvyros dėsnio taikymas blokui.

Blokuoti Tai ratas su grioveliu, sumontuotas laikiklyje. Per bloko griovelį pravedamas virvė, kabelis arba grandinė.

Fiksuotas blokas Tai blokas, kurio ašis yra fiksuota ir nekyla ir nenukrenta keliant krovinius (pav.).

Fiksuotas blokas gali būti laikomas vienodos rankos svirtimi, kurioje jėgų rankos yra lygios rato spinduliui (pav.): OA = OB = r. Toks blokas nesuteikia jėgos padidėjimo. ( F 1 = F 2), bet leidžia keisti jėgos kryptį. Kilnojamas blokas - tai blokas. kurio ašis kyla ir krinta kartu su apkrova (pav.). Paveikslėlyje parodyta atitinkama svirtis: APIE- svirties atramos taškas, OA- pečių jėga R Ir OB- pečių jėga F. Nuo peties OB 2 kartus per petį OA, tada stiprybė F 2 kartus mažesnė jėga R:

F = P/2 .

Taigi, kilnojamas blokas suteikia 2 kartus didesnį stiprumą .

Tai galima įrodyti naudojant jėgos momento sąvoką. Kai blokas yra pusiausvyroje, jėgų momentai F Ir R lygūs vienas kitam. Bet jėgos petys F 2 kartus didesnis svertas R, taigi ir pati galia F 2 kartus mažesnė jėga R.

Paprastai praktikoje naudojamas fiksuoto bloko ir kilnojamojo derinys (pav.). Fiksuotas blokas naudojamas tik patogumui. Jis nesuteikia jėgos padidėjimo, bet keičia jėgos kryptį. Pavyzdžiui, jis leidžia pakelti krovinį stovint ant žemės. Tai naudinga daugeliui žmonių ar darbuotojų. Tačiau tai suteikia jėgų 2 kartus daugiau nei įprastai!

Darbo lygybė naudojant paprastus mechanizmus. „Auksinė mechanikos taisyklė“.

Mūsų aptarti paprasti mechanizmai naudojami atliekant darbus tais atvejais, kai reikia subalansuoti kitą jėgą veikiant vienai jėgai.

Natūralu, kad kyla klausimas: ar paprasti mechanizmai neduoda naudos darbui, nors ir suteikia jėgų ar kelio? Atsakymą į šį klausimą galima gauti iš patirties.

Subalansuojant dvi skirtingo dydžio jėgas ant svirties F 1 ir F 2 (pav.), paleiskite svirtį. Pasirodo, kad tuo pačiu metu mažesnės jėgos taikymo taškas F 2 eina toliau s 2, ir didesnės jėgos taikymo tašką F 1 - trumpesnis kelias s 1. Išmatavę šiuos kelius ir jėgos modulius, nustatome, kad keliai, kuriuos kerta svirties jėgų taikymo taškai, yra atvirkščiai proporcingi jėgoms:

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

Taigi, veikdami ilgą svirties ranką, mes įgyjame jėgų, bet tuo pačiu metu prarandame tiek pat.

Jėgos produktas F pakeliui s yra darbo. Mūsų eksperimentai rodo, kad svirtį veikiančių jėgų darbas yra lygus viena kitai:

F 1 s 1 = F 2 s 2, t.y. A 1 = A 2.

Taigi, Naudodami svertą negalėsite laimėti darbe.

Naudodami svertą galime įgyti galią arba atstumą. Taikydami jėgą trumpajai svirties rankai, mes įgyjame atstumą, bet prarandame tiek pat jėgos.

Yra legenda, kad Archimedas, apsidžiaugęs atradęs sverto taisyklę, sušuko: „Duok man atramos tašką ir aš apversiu Žemę!

Žinoma, Archimedas negalėjo susidoroti su tokia užduotimi net jei jam būtų duotas atramos taškas (kuris turėjo būti už Žemės ribų) ir reikiamo ilgio svirtis.

Norint pakelti žemę vos 1 cm, ilgoji svirties rankena turėtų apibūdinti milžiniško ilgio lanką. Norint pajudinti ilgą svirties galą šiuo keliu, pavyzdžiui, 1 m/s greičiu, prireiktų milijonų metų!

Stacionarus blokas neduoda jokio darbo pelno, kurią nesunku patikrinti eksperimentiškai (žr. pav.). Būdai, įveikiami taškai jėgų taikymas F Ir F, yra vienodi, jėgos tos pačios, vadinasi, darbas yra tas pats.

Judančio bloko pagalba galite išmatuoti ir palyginti atliktus darbus. Norint pakelti krovinį į aukštį h, naudojant kilnojamąjį bloką, reikia pakelti lyno galą, prie kurio pritvirtintas dinamometras, kaip rodo patirtis (pav.), į 2h aukštį.

Taigi, 2 kartus padidinę jėgą, jie praranda 2 kartus kelyje, todėl kilnojamas blokas neduoda naudos.

Šimtmečių senumo praktika tai parodė Nė vienas iš mechanizmų nepadidina našumo. Priklausomai nuo darbo sąlygų, jie naudoja įvairius mechanizmus, siekdami laimėti jėgos ar kelionės metu.

Jau senovės mokslininkai žinojo taisyklę, taikomą visiems mechanizmams: nesvarbu, kiek kartų laimime jėga, tiek pat kartų pralaimime distancijoje. Ši taisyklė buvo vadinama „auksine mechanikos taisykle“.

Mechanizmo efektyvumas.

Svarstydami svirties konstrukciją ir veikimą, neatsižvelgėme į trintį, taip pat į svirties svorį. šiuose idealios sąlygos taikytos jėgos atliktas darbas (vadinsime tai darbu pilnas), yra lygus naudinga dirbti pakeliant krovinius arba įveikiant bet kokį pasipriešinimą.

Praktiškai bendras mechanizmo atliktas darbas visada yra šiek tiek didesnis už naudingą darbą.

Dalis darbo atliekama prieš mechanizme esančią trinties jėgą ir jį judant atskiros dalys. Taigi, naudojant kilnojamąjį bloką, papildomai tenka atlikti darbus pakelti patį bloką, virvę ir nustatyti trinties jėgą bloko ašyje.

Kad ir kokį mechanizmą imtume, jo pagalba atliktas naudingas darbas visada sudaro tik dalį viso darbo. Tai reiškia, kad naudingą darbą žymėdami raide Ap, bendrą (išleistą) darbą – Az, galime rašyti:

Aukštyn< Аз или Ап / Аз < 1.

Naudingo darbo santykis su darbas visu etatu vadinamas mechanizmo efektyvumu.

Naudingumo koeficientas sutrumpintai vadinamas efektyvumu.

Efektyvumas = Ap / Az.

Efektyvumas paprastai išreiškiamas procentais ir žymimas Graikiškas laiškasη, jis skaitomas kaip „tai“:

η = Ap / Az · 100%.

Pavyzdys: 100 kg sveriantis krovinys pakabinamas ant trumposios svirties peties. Jai pakelti, ilgoji ranka veikiama 250 N jėga Krovinys pakeliamas iki aukščio h1 = 0,08 m, o taikymo taškas varomoji jėga nukrito iki aukščio h2 = 0,4 m Raskite svirties efektyvumą.

Užrašykime problemos sąlygas ir ją išspręskime.

Duota :

Sprendimas :

η = Ap / Az · 100%.

Bendras (išleistas) darbas Az = Fh2.

Naudingas darbas Ap = Рh1

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 %.

Atsakymas : η = 80%.

bet " auksine taisykle"atliekamas ir šiuo atveju. Dalis naudingo darbo – 20% - skiriama trinčiai svirties ašyje ir oro pasipriešinimui įveikti bei pačios svirties judėjimui.

Bet kurio mechanizmo efektyvumas visada yra mažesnis nei 100%. Kurdami mechanizmus žmonės siekia padidinti jų efektyvumą. Norint tai pasiekti, sumažinama trintis mechanizmų ašyse ir jų svoris.

Energija.

Gamyklose ir gamyklose mašinos ir mašinos yra varomos elektros varikliais, kurie sunaudoja elektros energija(iš čia ir pavadinimas).

Suspausta spyruoklė (pav.), ištiesinta, veikia, pakelia krovinį į aukštį arba priverčia judėti vežimėlį.

Virš žemės pakeltas stacionarus krovinys neatlieka darbo, bet jei šis krovinys nukrenta, gali dirbti (pavyzdžiui, gali įkalti krūvą į žemę).

Kiekvienas judantis kūnas turi galimybę atlikti darbą. Taigi iš pasvirusios plokštumos riedantis plieninis rutulys A (fig.), atsitrenkęs į medinį bloką B, pajudina jį tam tikru atstumu. Tuo pačiu metu ir dirbama.

Jei kūnas ar keli tarpusavyje sąveikaujantys kūnai (kūnų sistema) gali dirbti, sakoma, kad jie turi energijos.

Energija - fizinis dydis, rodantis, kiek darbo gali atlikti kūnas (ar keli kūnai). Energija SI sistemoje išreiškiama tais pačiais vienetais kaip ir darbas, t.y džaulių.

Kaip puikus darbas kūnas gali pasiekti, tuo daugiau energijos jis turi.

Kai dirbama, keičiasi kūnų energija. Tobulas darbas lygus energijos pokyčiui.

Potenciali ir kinetinė energija.

Potencialas (nuo lat. potencija - galimybė) energija yra energija, kurią lemia sąveikaujančių kūnų ir to paties kūno dalių santykinė padėtis.

Pavyzdžiui, potencialią energiją turi kūnas, pakilęs Žemės paviršiaus atžvilgiu, nes energija priklauso nuo abipusę poziciją jį ir Žemę. ir juos abipusė trauka. Jei atsižvelgsime į potencialią kūno, gulinčio Žemėje, energiją, lygus nuliui, tuomet į tam tikrą aukštį pakelto kūno potencialią energiją lems gravitacijos atliktas darbas kūnui nukritus į Žemę. Pažymime potencialią kūno energiją E n, nes E = A, o darbas, kaip žinome, yra lygus jėgos ir kelio sandaugai

A = Fh,

Kur F- gravitacija.

Tai reiškia, kad potenciali energija En yra lygi:

E = Fh arba E = gmh,

Kur g- pagreitis laisvasis kritimas, m- kūno svoris, h- aukštis, iki kurio pakeltas kūnas.

Vanduo upėse, kurias laiko užtvankos, turi didžiulę potencialią energiją. Kritęs vanduo veikia, varo galingas jėgainių turbinas.

Kopros plaktuko potencinė energija (pav.) naudojama statybose polių kalimo darbams atlikti.

Atidarant duris su spyruokle, dirbama spyruoklei ištempti (arba suspausti). Dėl įgytos energijos spyruoklė, susitraukdama (arba ištiesindama), veikia, uždarydama duris.

Suspaustų ir nesusuktų spyruoklių energija panaudojama, pavyzdžiui, laikrodžiuose, įvairiuose susukamuose žaisluose ir kt.

Bet koks elastingas deformuotas kūnas turi potencialią energiją. Suslėgtų dujų potenciali energija naudojama eksploatuojant šiluminius variklius, plaktukus, kurie plačiai naudojami kasybos pramonėje, tiesiant kelius, kasant kietą gruntą ir kt.

Energija, kurią kūnas turi dėl savo judėjimo, vadinama kinetine (iš graikų k. kinema - judėjimo) energija.

Kūno kinetinė energija žymima raide EĮ.

Judantis vanduo, varantis hidroelektrinių turbinas, jį sunaudoja kinetinė energija ir atlieka darbą. Judantis oras, vėjas, taip pat turi kinetinę energiją.

Nuo ko priklauso kinetinė energija? Pereikime prie patirties (žr. pav.). Jei ridensite rutulį A iš skirtingų aukščių, pastebėsite, kad didesnis aukštis Kamuolys rieda žemyn, tuo didesnis jo greitis ir kuo toliau jis judina bloką, t.y., jis atlieka daugiau darbo. Tai reiškia, kad kūno kinetinė energija priklauso nuo jo greičio.

Dėl savo greičio skrendanti kulka turi didelę kinetinę energiją.

Kūno kinetinė energija taip pat priklauso nuo jo masės. Pakartokime eksperimentą, bet iš pasvirusios plokštumos ridensime kitą didesnės masės rutulį. Baras B judės toliau, t.y. bus atlikta daugiau darbų. Tai reiškia, kad antrojo rutulio kinetinė energija yra didesnė nei pirmojo.

Kaip daugiau masės kūnas ir greitis, kuriuo jis juda, tuo didesnė jo kinetinė energija.

Norint nustatyti kūno kinetinę energiją, naudojama formulė:

Ek = mv^2 /2,

Kur m- kūno svoris, v- kūno judėjimo greitis.

Technologijoje naudojama kūnų kinetinė energija. Užtvankos sulaikytas vanduo, kaip jau minėta, turi didelę potencialią energiją. Kai vanduo nukrenta nuo užtvankos, jis juda ir turi tokią pat didelę kinetinę energiją. Jis varo turbiną, prijungtą prie generatoriaus elektros srovė. Dėl vandens kinetinės energijos susidaro elektros energija.

Judančio vandens energija turi puiki vertė V nacionalinė ekonomika. Ši energija naudojama naudojant galingas hidroelektrines.

Kritančio vandens energija yra aplinkai nekenksmingas energijos šaltinis, kitaip nei kuro energija.

Visi kūnai gamtoje, palyginti su įprastine nuline verte, turi potencialią arba kinetinę energiją, o kartais ir abu kartu. Pavyzdžiui, skraidantis lėktuvas Žemės atžvilgiu turi ir kinetinę, ir potencialią energiją.

Susipažinome su dviem mechaninės energijos rūšimis. Kitos energijos rūšys (elektrinė, vidinė ir kt.) bus aptariamos kituose fizikos kurso skyriuose.

Vienos rūšies mechaninės energijos pavertimas kita.

Vienos rūšies mechaninės energijos transformacijos į kitą reiškinį labai patogu stebėti paveikslėlyje parodytame įrenginyje. Apvyniojus sriegį ant ašies, prietaiso diskas pakeliamas. Į viršų pakeltas diskas turi tam tikrą potencialią energiją. Jei jį paleisite, jis suksis ir pradės kristi. Jam krintant disko potencinė energija mažėja, bet tuo pačiu didėja jo kinetinė energija. Kritimo pabaigoje diskas turi tokį kinetinės energijos rezervą, kad gali vėl pakilti į beveik buvusį aukštį. (Dalis energijos sunaudojama veikiant prieš trinties jėgą, todėl diskas nepasiekia pradinio aukščio.) Pakilęs į viršų, diskas vėl krenta ir vėl kyla. Šiame eksperimente, kai diskas juda žemyn, jo potencinė energija virsta kinetine energija, o kilus aukštyn kinetinė energija virsta potencialia energija.

Energija virsta iš vienos rūšies į kitą, kai susiduria du objektai. elastingi kūnai, pavyzdžiui, guminis rutulys ant grindų arba plieninis rutulys ant plieninės plokštės.

Jei pakelsite plieninį rutulį (ryžius) virš plieninės plokštės ir atleisite iš rankų, jis nukris. Kamuoliui krentant, jo potenciali energija mažėja, o kinetinė energija didėja, didėjant kamuoliuko greičiui. Kai kamuolys atsitrenks į lėkštę, ir rutulys, ir lėkštė bus suspausti. Kinetinė energija, kurią turėjo rutulys, virs suspaustos plokštės ir suspausto rutulio potencialia energija. Tada per veiksmą tamprumo jėgos lėkštė ir rutulys grįš į pradinę formą. Kamuolys atšoks nuo plokštelės, o jų potenciali energija vėl virs kinetine kamuoliuko energija: kamuolys atšoks į viršų beveik greičiu. vienodas greitis, kurį jis turėjo smūgio į plokštę momentu. Kai rutulys kyla aukštyn, rutulio greitis, taigi ir jo kinetinė energija, mažėja, o potenciali energija didėja. Atšokęs nuo plokštės, kamuolys pakyla į beveik tą patį aukštį, iš kurio pradėjo kristi. Viršutiniame pakilimo taške visa jo kinetinė energija vėl virs potencialu.

Gamtos reiškinius dažniausiai lydi vienos energijos rūšies transformacija į kitą.

Energija gali būti perduodama iš vieno kūno į kitą. Taigi, pavyzdžiui, šaudant iš lanko, potenciali ištrauktos lanko energija paverčiama skraidančios strėlės kinetine energija.

Energetinės judesio charakteristikos pristatomos remiantis mechaninio darbo arba jėgos darbo sąvoka.

1 apibrėžimas

Darbas A atliktas nuolatinė jėga F → yra fizikinis dydis, lygus jėgos ir poslinkio modulių sandaugai, padaugintam iš kampo kosinuso α , esantis tarp jėgos vektorių F → ir poslinkio s →.

Šis apibrėžimas aptarta 1 pav. 18. 1.

Darbo formulė parašyta taip,

A = F s cos α .

Darbas yra skaliarinis dydis. Tai leidžia būti teigiamam esant (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) .

Džaulis lygus darbui, kurį atlieka 1 N jėga judant 1 m jėgos kryptimi.

1 pav. 18. 1. Jėgos darbas F →: A = F s cos α = F s s

Projektuojant F s → jėgą F → į judėjimo kryptį s → jėga nelieka pastovi, o darbo apskaičiavimas mažiems judesiams Δ s i yra susumuojamas ir gaminamas pagal formulę:

A = ∑ ∆ A i = ∑ F s i ∆ s i .

Ši suma darbas skaičiuojamas nuo ribos (Δ s i → 0), po kurios patenka į integralą.

Kūrinio grafinis vaizdas nustatomas iš ploto vingiuota figūra, esantis po grafiku F s (x) 1 paveiksle. 18. 2.

1 pav. 18. 2. Grafinis darbo apibrėžimas Δ A i = F s i Δ s i .

Jėgos, kuri priklauso nuo koordinatės, pavyzdys yra spyruoklės tamprumo jėga, kuri paklūsta Huko dėsniui. Spyruoklei ištempti reikia taikyti jėgą F →, kurios modulis yra proporcingas spyruoklės pailgėjimui. Tai galima pamatyti 1 paveiksle. 18. 3.

1 pav. 18. 3. Ištempta spyruoklė. Kryptis išorinė jėga F → sutampa su judėjimo kryptimi s →. F s = k x , kur k reiškia spyruoklės standumą.

F → y p = - F →

Išorinės jėgos modulio priklausomybę nuo x koordinačių galima nubrėžti naudojant tiesę.

1 pav. 18. 4. Išorinės jėgos modulio priklausomybė nuo koordinatės, kai spyruoklė ištempta.

Iš aukščiau pateikto paveikslo galima rasti darbo išorinė jėga dešinysis laisvasis spyruoklės galas, naudojant trikampio plotą. Formulė įgaus formą

Ši formulė taikoma norint išreikšti išorinės jėgos atliekamą darbą suspaudžiant spyruoklę. Abu atvejai rodo, kad tamprumo jėga F → y p yra lygi išorinės jėgos F → darbui, bet su priešingu ženklu.

2 apibrėžimas

Jei kūną veikia kelios jėgos, tada viso darbo formulė atrodys kaip viso su juo atlikto darbo suma. Kai kūnas juda transliaciniu būdu, jėgų taikymo taškai juda vienodai, tai yra bendras darbas visų jėgų bus lygus taikomų jėgų rezultatiniam darbui.