Kokia yra darbo paieškos formulė? Naudinga formulė

Fizikoje sąvoka „darbas“ turi kitokį apibrėžimą nei vartojama kasdienybė. Visų pirma, terminas „darbas“ vartojamas, kai fizinės jėgos sukelia objekto judėjimą. Apskritai, jei galinga jėga priverčia objektą pajudėti labai toli, tada padaroma daug darbo. O jei jėga maža arba objektas labai toli nejuda, tuomet dirbama tik nedaug. Jėga gali būti apskaičiuojama pagal formulę: Darbas = F × D × kosinusas (θ), kur F = jėga (niutonais), D = poslinkis (metrais) ir θ = kampas tarp jėgos vektoriaus ir judėjimo krypties.

Žingsniai

1 dalis

1. Raskite jėgos vektoriaus kryptį ir judėjimo kryptį. Norėdami pradėti, pirmiausia svarbu nustatyti, kuria kryptimi juda objektas, taip pat kur veikia jėga. Nepamirškite, kad objektai ne visada juda pagal jiems taikomą jėgą – pavyzdžiui, jei traukiate nedidelį vežimėlį už rankenos, taikysite įstrižainę jėgą (jei esate aukštesnis už vežimėlį), kad judėtumėte į priekį. . Tačiau šiame skyriuje nagrinėsime situacijas, kuriose objekto jėga (pastangos) ir judėjimas turėti ta pati kryptis. Norėdami gauti informacijos apie tai, kaip susirasti darbą, kai šie elementai Ne turi tą pačią kryptį, skaitykite toliau.

   • Kad šis procesas būtų lengvai suprantamas, panagrinėkime problemos pavyzdį. Tarkime, žaislinį vežimą tiesiai į priekį traukia priešais važiuojantis traukinys. Šiuo atveju jėgos vektorius ir traukinio judėjimo kryptis nurodo tą patį kelią - pirmyn. Tolesniuose žingsniuose šią informaciją panaudosime, kad padėtume surasti objekto atliekamus darbus.

2. Raskite objekto poslinkį. Pirmąjį kintamąjį D arba poslinkį, kurio mums reikia darbo formulei, paprastai rasti lengva. Poslinkis yra tiesiog atstumas, kurį jėga paskatino objektą pajudėti iš pradinės padėties. IN edukacines užduotisši informacija paprastai pateikiama (žinoma) arba gali būti numanoma (rasta) iš kitos problemos informacijos. IN tikras gyvenimas Viskas, ką jums reikia padaryti, norint rasti poslinkį, yra išmatuoti atstumą, kurį juda objektai.

   • Atkreipkite dėmesį, kad atstumo vienetai formulėje turi būti metrais, norint apskaičiuoti darbą.
   • Žaislinio traukinio pavyzdyje, tarkime, randame darbą, kurį atliko traukinys važiuojant bėgiu. Jei jis prasideda tam tikrame taške ir sustoja maždaug 2 metrų atstumu palei trasą, tada galime naudoti 2 metrai mūsų „D“ vertei formulėje.

3. Raskite objektą veikiančią jėgą. Tada suraskite jėgos kiekį, naudojamą objektui perkelti. Tai yra jėgos „jėgos“ matas – kuo didesnis jos dydis, tuo labiau jis stumia objektą ir tuo greičiau įsibėgėja. Jei jėgos dydis nenurodytas, jį galima išvesti iš poslinkio masės ir pagreičio (darant prielaidą, kad jai neveikia kitos prieštaringos jėgos), naudojant formulę F = M × A.

   • Atkreipkite dėmesį, kad jėgos vienetai turi būti niutonais, norint apskaičiuoti darbo formulę.
   • Mūsų pavyzdyje tarkime, kad mes nežinome jėgos dydžio. Tačiau manykime, kad mes žinome kad žaislinio traukinio masė yra 0,5 kg ir kad jėga verčia jį įsibėgėti 0,7 metro per sekundę greičiu 2 . Šiuo atveju reikšmę galime rasti padauginę iš M × A = 0,5 × 0,7 = 0,35 Niutonas.

4. Padauginkite jėgą x atstumą. Kai žinote objektą veikiančios jėgos dydį ir atstumą, kuriuo jis buvo perkeltas, visa kita bus lengva. Tiesiog padauginkite šias dvi reikšmes viena iš kitos, kad gautumėte darbo vertę.

   • Atėjo laikas išspręsti mūsų pavyzdinę problemą. Kai jėgos vertė yra 0,35 niutono ir poslinkio vertė 2 metrai, mūsų atsakymas yra klausimas paprastas dauginimas: 0,35 × 2 = 0,7 džaulio.
   • Galbūt pastebėjote, kad įžangoje pateiktoje formulėje yra papildoma formulės dalis: kosinusas (θ). Kaip aptarta aukščiau, šiame pavyzdyje jėga ir judėjimo kryptis taikomos ta pačia kryptimi. Tai reiškia, kad kampas tarp jų yra 0 o. Kadangi kosinusas(0) = 1, jo įtraukti nereikia – tiesiog padauginame iš 1.

5. Išreikškite savo atsakymą džauliais. Fizikoje darbo vertės (ir keletas kitų dydžių) beveik visada pateikiamos vienetu, vadinamu Džauliu. Vienas džaulis apibrėžiamas kaip 1 niutonas vienam metrui taikomos jėgos arba, kitaip tariant, 1 niutonas × metras. Tai logiška – kadangi atstumą dauginate iš jėgos, prasminga, kad gautas atsakymas turės matavimo vienetą, lygų jūsų jėgos dydžio vienetui, padaugintam iš atstumo.

   2 dalis

   Darbo skaičiavimas naudojant kampinę jėgą

   1. Raskite jėgą ir poslinkį kaip įprasta. Aukščiau nagrinėjome problemą, kai objektas juda ta pačia kryptimi, kaip ir jam taikoma jėga. Realybėje taip būna ne visada. Tais atvejais, kai objekto jėga ir judėjimas yra dviem skirtingomis kryptimis, norint gauti tikslų rezultatą, į lygtį taip pat turi būti įtrauktas skirtumas tarp dviejų krypčių. Pirmiausia suraskite objekto jėgos ir poslinkio dydį, kaip tai darytumėte įprastai.

      • Pažvelkime į kitą problemos pavyzdį. Tarkime, kad šiuo atveju žaislinį traukinį traukiame į priekį, kaip aprašyta aukščiau pateiktoje problemos pavyzdyje, tačiau šį kartą iš tikrųjų traukiame aukštyn įstrižainiu kampu. Į tai atsižvelgsime kitame žingsnyje, bet kol kas laikysimės pagrindinių dalykų: traukinio judėjimo ir jį veikiančios jėgos. Mūsų tikslams, tarkime, jėga turi didumą 10 Niutonas ir kad jis vairavo tą patį 2 metrai pirmyn kaip ir anksčiau.

   2. Raskite kampą tarp jėgos vektoriaus ir poslinkio. Skirtingai nuo aukščiau pateiktų pavyzdžių, kai jėga yra kita nei objekto judėjimo kryptis, reikia rasti skirtumą tarp dviejų krypčių pagal kampą tarp jų. Jei ši informacija jums nepateikta, gali tekti patiems išmatuoti kampą arba padaryti išvadą iš kitos problemos informacijos.

      • Mūsų pavyzdinėje užduotyje tarkime, kad veikiama jėga yra maždaug 60 o didesnė horizontali plokštuma. Jei traukinys vis dar juda tiesiai (ty horizontaliai), tada kampas tarp jėgos vektoriaus ir traukinio judėjimo bus 60 o.

   3. Padauginkite jėgą × atstumą × kosinusą (θ). Kai žinote objekto poslinkį, jį veikiančios jėgos dydį ir kampą tarp jėgos vektoriaus ir jo judėjimo, sprendimas yra beveik toks pat paprastas, kaip neatsižvelgiant į kampą. Tiesiog paimkite kampo kosinusą (tam jums gali prireikti mokslinio skaičiuotuvo) ir padauginkite jį iš jėgos ir poslinkio, kad rastumėte atsakymą į savo problemą džauliais.

      • Išspręskime savo problemos pavyzdį. Naudodami skaičiuotuvą nustatome, kad 60 o kosinusas yra lygus 1/2. Įtraukę tai į formulę, problemą galime išspręsti taip: 10 niutonų × 2 metrų × 1/2 = 10 džaulių.

   3 dalis

   Darbo vertės naudojimas

   1. Pakeiskite formulę, kad rastumėte atstumą, jėgą arba kampą. Aukščiau pateikta darbo formulė nėra Tiesiog naudinga ieškant darbo – taip pat naudinga ieškant bet kokių kintamųjų lygtyje, kai jau žinote darbo vertę. Tokiais atvejais tiesiog išskirkite ieškomą kintamąjį ir išspręskite lygtį pagal pagrindines algebros taisykles.

      • Pavyzdžiui, tarkime, kad žinome, kad mūsų traukinys traukiamas 20 niutonų jėga įstrižainės kampu virš 5 metrų bėgių kelio, kad atliktų 86,6 džaulių darbo. Tačiau mes nežinome jėgos vektoriaus kampo. Norėdami rasti kampą, tiesiog išskiriame šį kintamąjį ir išsprendžiame lygtį taip: 86,6 = 20 × 5 × kosinusas (θ) 86,6/100 = kosinusas (θ) Arccos (0,866) = θ = 30 val

   2. Padalinkite iš laiko, praleisto judant, kad rastumėte galią. Fizikoje darbas yra glaudžiai susijęs su kitu matavimo tipu, vadinamu galia. Galia yra tiesiog būdas apibrėžti greitį, kuriuo tam tikroje sistemoje atliekamas darbas ilgą laiką. Taigi, norint rasti galią, tereikia padalyti objekto perkėlimui panaudotą darbą iš laiko, kurio reikia perkelti. Galios matavimai išreiškiami W vienetais (kas yra lygus džauliui/sekundei).

      • Pavyzdžiui, jei pavyzdyje pateikta problema aukščiau pateiktame žingsnyje, tarkime, kad traukiniui pajudėti 5 metrus prireikė 12 sekundžių. Tokiu atveju tereikia padalyti atliktą darbą 5 metrus (86,6 J) iš 12 sekundžių, kad rastumėte atsakymą, kaip apskaičiuoti galią: 86,6/12 = " 7,22 W.

   3. Norėdami rasti, naudokite formulę TME i + W nc = TME f mechaninė energija sistemoje. Darbas taip pat gali būti naudojamas sistemoje esančios energijos kiekiui nustatyti. Aukščiau pateiktoje formulėje TME i = pradinė bendroji mechaninė energija TME sistemoje f = galutinis bendra mechaninė energija sistemoje ir W nc = darbas, atliktas ryšių sistemose dėl nekonservatyvių jėgų. . Šioje formulėje, jei jėga veikia judėjimo kryptimi, tada ji yra teigiama, o jei ji spaudžia (prieš) – neigiama. Atkreipkite dėmesį, kad abu energijos kintamuosius galima rasti naudojant formulę (½)mv 2, kur m = masė ir V = tūris.

      • Pavyzdžiui, dviem etapais pateiktoje pavyzdinėje užduotyje tarkime, kad traukinio bendra mechaninė energija iš pradžių buvo 100 J. Kadangi problemos jėga traukia traukinį ta kryptimi, kuria jis jau važiavo, tai teigiama. Šiuo atveju galutinė traukinio energija yra TME i + W nc = 100 + 86,6 = 186,6 J.
      • Atkreipkite dėmesį, kad nekonservatyvios jėgos yra jėgos, kurių galia paveikti objekto pagreitį priklauso nuo objekto nuvažiuojamo kelio. Trintis yra geras pavyzdys- objektas, stumiamas trumpu, tiesiu keliu, trumpai pajus trinties poveikį, o objektas, stumiamas ilgą laiką, vingiuotas keliasį tą pačią galutinę vietą patirs daugiau trinties apskritai.
   • Jei pavyksta išspręsti problemą, šypsokis ir džiaukis savimi!
   • Praktikuokite spręsdami kiek įmanoma daugiau užduotis, tai užtikrina visišką supratimą.
   • Tęskite pratimus ir bandykite dar kartą, jei nepavyks iš pirmo karto.
   • Išstudijuokite šiuos dalykus, susijusius su darbu:
     • Jėgos atliktas darbas gali būti teigiamas arba neigiamas. (Šia prasme terminai „teigiamas arba neigiamas“ turi matematinę, bet įprastą reikšmę).
     • Atliktas darbas yra neigiamas, kai jėga veikia priešinga poslinkiui kryptimi.
     • Atliktas darbas yra teigiamas, kai jėga nukreipta poslinkio kryptimi.

Prieš atskleidžiant temą „Kaip matuojamas darbas“, būtina padaryti nedidelį nukrypimą. Viskas šiame pasaulyje paklūsta fizikos dėsniams. Kiekvienas procesas ar reiškinys gali būti paaiškintas remiantis tam tikrais fizikos dėsniais. Kiekvienam išmatuotam kiekiui yra vienetas, kuriuo jis paprastai matuojamas. Matavimo vienetai yra pastovūs ir turi tą pačią reikšmę visame pasaulyje.

To priežastis yra tokia. Devyniolika šešiasdešimties metų vienuoliktoje Generalinėje svorių ir matų konferencijoje buvo priimta visame pasaulyje pripažinta matavimų sistema. Ši sistema buvo pavadinta Le Système International d’Unités, SI (SI System International). Ši sistema tapo visame pasaulyje priimtų matavimo vienetų ir jų santykių nustatymo pagrindu.

Fiziniai terminai ir terminija

Fizikoje jėgos darbo matavimo vienetas vadinamas J (Joule), pagerbiant anglų fiziką Jamesą Joule'ą, kuris labai prisidėjo plėtojant fizikos termodinamikos šaką. Vienas džaulis lygus darbui padaryta vieno N (niutono) jėga, kai jos taikymas pasislenka vienu M (metru) jėgos kryptimi. Vienas N (niutonas) lygus jėgai, kurio masė yra vienas kg (kilogramas), pagreičiu vienas m/s2 (metras per sekundę) jėgos kryptimi.

FYI. Fizikoje viskas yra tarpusavyje susiję, atliekant bet kokį darbą, reikia atlikti papildomus veiksmus. Kaip pavyzdį galime paimti buitinį ventiliatorių. Kai ventiliatorius prijungtas, ventiliatoriaus mentės pradeda suktis. Besisukančios mentės veikia oro srautą, suteikdamos jam kryptingą judėjimą. Tai yra darbo rezultatas. Bet darbui atlikti būtina kitų išorinių jėgų įtaka, be kurių veiksmas neįmanomas. Tai apima elektros srovę, galią, įtampą ir daugelį kitų susijusių verčių.

Elektros srovė savo šerdyje yra tvarkingas elektronų judėjimas laidininke per laiko vienetą. Elektros srovė pagrįsta teigiamai arba neigiamai įkrautomis dalelėmis. Jie vadinami elektros krūviais. Žymi raidėmis C, q, Kl (Coulomb), pavadinta prancūzų mokslininko ir išradėjo Charleso Kulono vardu. SI sistemoje tai yra įkrautų elektronų skaičiaus matavimo vienetas. 1 C yra lygus pratekančių įkrautų dalelių tūriui skerspjūvis laidininkas per laiko vienetą. Laiko vienetas yra viena sekundė. Formulė elektros krūvis pateiktas paveikslėlyje žemiau.

Elektros srovės stiprumas žymimas raide A (amperais). Amperas yra fizikos vienetas, apibūdinantis jėgos, kuri sunaudojama krūviams perkelti išilgai laidininko, darbo matavimą. Jo esmė, elektros srovė- tai tvarkingas elektronų judėjimas veikiamame laidininke elektro magnetinis laukas. Laidininkas yra medžiaga arba išlydyta druska (elektrolitas), kuri mažai atspari elektronams. Elektros srovės stiprumui įtakos turi du fizikiniai dydžiai: įtampa ir varža. Jie bus aptarti toliau. Srovės stiprumas visada yra tiesiogiai proporcingas įtampai ir atvirkščiai proporcingas varžai.

Kaip minėta aukščiau, elektros srovė yra tvarkingas elektronų judėjimas laidininke. Tačiau yra vienas niuansas: norint judėti, jiems reikia tam tikro poveikio. Šis efektas sukuriamas sukuriant potencialų skirtumą. Elektros krūvis gali būti teigiamas arba neigiamas. Teigiami mokesčiai visada siekti neigiami krūviai. Tai būtina sistemos pusiausvyrai užtikrinti. Skirtumas tarp teigiamo ir neigiamo krūvio dalelių skaičiaus vadinamas elektros įtampa.

Galia – tai energijos kiekis, sunaudojamas vienam J (džauliui) darbui atlikti per vienos sekundės laikotarpį. Matavimo vienetas fizikoje žymimas W (vatas), SI sistemoje W (vatas). Kadangi atsižvelgiama į elektros energiją, čia tai yra sunaudotos vertės vertė elektros energija per tam tikrą laikotarpį atlikti konkretų veiksmą.

Beveik visi nedvejodami atsakys: antrajame. Ir jie bus neteisūs. Priešingai yra tiesa. Fizikoje aprašomas mechaninis darbas su šiais apibrėžimais: Mechaninis darbas atliekamas, kai kūną veikia jėga ir jis juda. Mechaninis darbas yra tiesiogiai proporcingas taikomai jėgai ir nuvažiuotam atstumui.

Mechaninio darbo formulė

Mechaninis darbas nustatomas pagal formulę:

kur A yra darbas, F yra jėga, s yra nuvažiuotas atstumas.

POTENCIALUS (potenciali funkcija), sąvoka, apibūdinanti plačią fizinių jėgų laukų (elektrinių, gravitacinių ir kt.) ir apskritai laukų klasę. fiziniai dydžiai, pavaizduotas vektoriais (skysčio greičio laukas ir kt.). IN bendras atvejis potencialą vektorinis laukas a( x,y,z) yra tokia skaliarinė funkcija u(x,y,z), kad a=grad

35. Laidininkai elektriniame lauke. Elektrinė talpa.Laidininkai elektriniame lauke. Laidininkai yra medžiagos, pasižyminčios tuo, kad juose yra daug laisvųjų krūvininkų, kurie gali judėti veikiami elektrinio lauko. Laidininkai yra metalai, elektrolitai ir anglis. Metaluose laisvųjų krūvių nešėjai yra išorinių atomų apvalkalų elektronai, kurie sąveikaujant atomams visiškai praranda ryšius su „savo“ atomais ir tampa viso laidininko nuosavybe. Laisvieji elektronai dalyvauja šiluminiame judėjime kaip dujų molekulės ir gali judėti per metalą bet kuria kryptimi. Elektrinė talpa- laidininko charakteristika, jo gebėjimo kaupti elektros krūvį matas. Teoriškai elektros grandinės talpa yra abipusė dviejų laidininkų talpa; elektros grandinės talpinio elemento parametras, pateiktas dviejų gnybtų tinklo pavidalu. Tokia talpa apibrėžiama kaip elektros krūvio dydžio ir potencialų skirtumo tarp šių laidininkų santykis

36. Lygiagretainio kondensatoriaus talpa.

Talpa plokščias kondensatorius.

Tai. Plokščiojo kondensatoriaus talpa priklauso tik nuo jo dydžio, formos ir dielektrinės konstantos. Norint sukurti didelės talpos kondensatorių, būtina padidinti plokščių plotą ir sumažinti dielektrinio sluoksnio storį.

37. Magnetinė srovių sąveika vakuume. Ampero dėsnis.Ampero dėsnis. 1820 m. Ampere'as (prancūzų mokslininkas (1775-1836)) eksperimentiškai nustatė dėsnį, pagal kurį galima apskaičiuoti jėga, veikianti laidininko elementą, kurio ilgis teka srovę.

kur yra magnetinės indukcijos vektorius, yra srovės kryptimi nubrėžto laidininko ilgio elemento vektorius.

Jėgos modulis , kur yra kampas tarp srovės krypties laidininke ir magnetinio lauko indukcijos krypties. Tiesiam laidininkui, kurio ilgis teka srovę vienodame lauke

Veikiančios jėgos kryptį galima nustatyti naudojant kairės rankos taisyklės:

Jei kairės rankos delnas yra taip, kad į delną patektų normalus (pagal srovės stiprumą) magnetinio lauko komponentas, o keturi ištiesti pirštai nukreipti išilgai srovės, tada nykštis parodys kryptį, kuria veikia ampero jėga. aktai.

38. Magnetinio lauko stipris. Bioto-Savarto-Laplaso dėsnisMagnetinio lauko stiprumas(standartinis pavadinimas N ) - vektorius fizinis kiekis, lygus vektoriaus skirtumui magnetinė indukcija B Ir įmagnetinimo vektorius J .

IN Tarptautinė vienetų sistema (SI): kur- magnetinė konstanta.

BSL įstatymas. Dėsnis, nustatantis atskiro srovės elemento magnetinį lauką

39. Bio-Savart-Laplace įstatymo taikymas. Nuolatinės srovės laukui

Apvaliam posūkiui.

Ir dėl solenoidų

40. Magnetinio lauko indukcija Magnetiniam laukui būdingas vektorinis dydis, vadinamas magnetinio lauko indukcija (vektorinis dydis, kuris yra magnetiniam laukui tam tikrame erdvės taške būdinga jėga). MI. (B) tai nėra jėga, veikianti laidininkus, tai yra dydis, kuris randamas per tam tikrą jėgą pagal tokią formulę: B=F / (I*l) (žodžiu: MI vektorinis modulis. (B) lygus santykiui jėgos modulis F, kuriuo magnetinis laukas veikia srovę nešantį laidininką, esantį statmenai magnetinėms linijoms, srovės stipriui I laidininke ir laidininko l ilgiui. Magnetinė indukcija priklauso tik nuo magnetinio lauko. Šiuo atžvilgiu indukcija gali būti laikoma kiekybine magnetinio lauko charakteristika. Jis nustato, kokia jėga (Lorenco jėga) magnetinis laukas veikia greičiu judantį krūvį. MI matuojamas teslomis (1 tesla). Šiuo atveju 1 T=1 N/(A*m). MI turi kryptį. Grafiškai jį galima nubraižyti linijų pavidalu. Vienodame magnetiniame lauke MI linijos yra lygiagrečios, o MI vektorius visuose taškuose bus nukreiptas vienodai. Jei magnetinis laukas yra netolygus, pavyzdžiui, laukas aplink srovę nešantį laidininką, magnetinės indukcijos vektorius pasikeis kiekviename erdvės taške aplink laidininką, o šio vektoriaus liestinės aplink laidininką sukurs koncentrinius apskritimus. .

41. Dalelės judėjimas magnetiniame lauke. Lorenco jėga. a) - Jei dalelė įskrenda į vienodo magnetinio lauko sritį, o vektorius V yra statmenas vektoriui B, tada ji juda apskritimu, kurio spindulys yra R=mV/qB, nes Lorenco jėga Fl=mV^2 /R atlieka įcentrinės jėgos vaidmenį. Apsisukimo periodas lygus T=2piR/V=2pim/qB ir nepriklauso nuo dalelių greičio (tai galioja tik V<<скорости света) - Если угол между векторами V и B не равен 0 и 90 градусов, то частица в однородном магнитном поле движется по винтовой линии. - Если вектор V параллелен B, то частица движется по прямой линии (Fл=0). б) Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца.

Magnetinė jėga nustatoma pagal ryšį: Fl = q · V · B · sina (q yra judančio krūvio dydis; V yra jo greičio modulis; B yra magnetinio lauko indukcijos vektoriaus modulis; alfa yra kampas tarp vektoriaus V ir vektoriaus B) Lorenco jėga yra statmena greičiui, todėl ji neveikia, nekeičia įkrovos greičio modulio ir jo kinetinės energijos. Tačiau greičio kryptis nuolat keičiasi. Lorenco jėga yra statmena vektoriams B ir v, o jos kryptis nustatoma taikant tą pačią kairės rankos taisyklę kaip ir Ampero jėgos kryptis: jei kairioji ranka yra taip, kad magnetinės indukcijos B komponentas būtų statmenas krūvio greitis, patenka į delną, o keturi pirštai yra nukreipti išilgai teigiamo krūvio judėjimo (prieš neigiamo judėjimą), tada 90 laipsnių sulenktas nykštys parodys Lorenco jėgos F l kryptį, veikiančią. mokestis.

Kasdieniame gyvenime dažnai susiduriame su tokia sąvoka kaip darbas. Ką šis žodis reiškia fizikoje ir kaip nustatyti tamprumo jėgos darbą? Atsakymus į šiuos klausimus sužinosite straipsnyje.

Mechaninis darbas

Darbas yra skaliarinis algebrinis dydis, apibūdinantis jėgos ir poslinkio ryšį. Jei šių dviejų kintamųjų kryptis sutampa, ji apskaičiuojama pagal šią formulę:

• F- jėgos vektoriaus modulis, kuris atlieka darbą;
• S- poslinkio vektoriaus modulis.

Jėga, kuri veikia kūną, ne visada veikia. Pavyzdžiui, gravitacijos atliktas darbas lygus nuliui, jei jo kryptis statmena kūno judėjimui.

Jei jėgos vektorius sudaro nulinį kampą su poslinkio vektoriumi, tada darbui nustatyti reikia naudoti kitą formulę:

A = FScosα

α - kampas tarp jėgos ir poslinkio vektorių.

Reiškia, mechaninis darbas yra jėgos projekcijos poslinkio kryptimi ir poslinkio modulio sandauga arba poslinkio projekcijos pagal jėgos kryptį ir šios jėgos modulio sandauga.

Mechaninio darbo ženklas

Priklausomai nuo jėgos krypties kūno judėjimo atžvilgiu, darbas A gali būti:

• teigiamas (0°≤ α<90°);
• neigiamas (90°<α≤180°);
• lygus nuliui (α=90°).

Jei A>0, tai kūno greitis didėja. Pavyzdys yra obuolys, nukritęs nuo medžio ant žemės. Pas A<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

SI (International System of Units) darbo vienetas yra Džaulis (1N*1m=J). Džaulis – jėgos, kurios reikšmė yra 1 Niutonas, atliktas darbas, kai kūnas juda 1 metrą jėgos kryptimi.

Tamprumo jėgos darbas

Jėgos darbą galima nustatyti ir grafiškai. Norėdami tai padaryti, apskaičiuokite kreivinės figūros plotą pagal grafiką F s (x).

Taigi iš tamprumo jėgos priklausomybės nuo spyruoklės pailgėjimo grafiko galima išvesti tamprumo jėgos darbo formulę.

Jis lygus:

A=kx 2/2

• k- standumas;
• x- absoliutus pailgėjimas.

Ko mes išmokome?

Mechaninis darbas atliekamas, kai kūną veikia jėga, dėl kurios kūnas juda. Priklausomai nuo kampo, kuris susidaro tarp jėgos ir poslinkio, darbas gali būti lygus nuliui arba turėti neigiamą arba teigiamą ženklą. Naudodamiesi tamprumo jėgos pavyzdžiu, sužinojote apie grafinį darbo nustatymo metodą.

Mechaninis darbas. Darbo vienetai.

Kasdieniame gyvenime viską suprantame sąvoka „darbas“.

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 kuo ilgesnis kelias, kurį kūnas nueina veikiamas šios jėgos, tuo didesnis darbas.

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.

Jei jėgos kryptis sutampa su kūno judėjimo kryptimi, tai ši jėga atlieka teigiamą darbą.

Jei kūnas juda priešinga kryptimi, nei veikia jėgos, pavyzdžiui, slydimo trinties jėga, tai ši jėga atlieka neigiamą darbą.

Jei kūną veikiančios jėgos kryptis yra statmena judėjimo krypčiai, tai ši jėga 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 yra lygus kėlimo aukščiui.

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

Skirtingiems varikliams tam pačiam darbui atlikti reikia skirtingo laiko. 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 normaliomis darbo sąlygomis yra vidutiniškai 70-80 W. Šokinėdamas ar bėgiodamas laiptais žmogus gali išvystyti iki 730 W galią, o kai kuriais atvejais ir daugiau.

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.

Šiuo metu manoma, kad svertų pagalba prieš tris tūkstančius metų, statant piramides Senovės Egipte, sunkios akmens plokštės buvo perkeltos ir iškeltos į didelį aukštį.

Daugeliu atvejų, užuot pakėlus sunkų krovinį į tam tikrą aukštį, jį galima suvynioti arba patraukti į tą patį aukštį 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 standus korpusas, 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.

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 rezultatas priklauso ne tik nuo jos skaitinės vertės (modulio), bet ir nuo taško, kuriame ji veikia kūnui arba kaip ji nukreipta.

Įvairūs svoriai pakabinami ant svirties (žr. pav.) abiejose atramos taško pusėse, kad kiekvieną kartą svirtis išliktų pusiausvyroje. Jėgos, veikiančios svirtį, lygios šių apkrovų svoriams. Kiekvienu atveju išmatuojami 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? O gal čia svarbus žodis „įkurta“?)

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 nei didesnės jėgos petys.

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. Pjovimo popieriui nereikia daug jėgos, o ilgas peiliukas palengvina pjovimą tiesia linija. Lakštinio metalo pjovimo žirklės (pav.) turi daug ilgesnes rankenas nei ašmenys, kadangi metalo pasipriešinimo jėga yra didelė ir norint ją subalansuoti, tenka gerokai padidinti veikiančios jėgos svirtį. Skirtumas tarp rankenų ilgio ir atstumo nuo pjovimo dalies bei sukimosi ašies yra dar didesnis vielos pjaustytuvai(Pav.), skirta pjauti vielai.

Daugelis mašinų turi skirtingų tipų svirtis. 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.

Svertai taip pat randami įvairiose gyvūnų ir žmonių kūno vietose. 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.). Jėgų taikymo taškais nueiti keliai 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. tokiomis idealiomis sąlygomis darbas, atliktas pritaikytos jėgos (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 trinties jėgą mechanizme ir judant atskiras jo dalis. 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 ir bendro darbo santykis vadinamas mechanizmo efektyvumu.

Naudingumo koeficientas sutrumpintai vadinamas efektyvumu.

Efektyvumas = Ap / Az.

Efektyvumas paprastai išreiškiamas procentais ir žymimas graikiška raide η, skaitoma kaip „eta“:

η = Ap / Az · 100%.

Pavyzdys: 100 kg sveriantis krovinys pakabinamas ant trumposios svirties peties. Norėdami jį pakelti, ilgoji ranka pakeliama 250 N jėga svirties efektyvumas.

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%.

Tačiau „auksinė taisyklė“ galioja ir šiuo atveju. Dalis naudingo darbo – 20% jo – skiriama trinčiai svirties ašyje ir oro pasipriešinimui įveikti bei pačios svirties judėjimui.

Bet kurio mechanizmo efektyvumas visada yra mažesnis nei 100%. Kurdami mechanizmus žmonės 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 suvartoja elektros energiją (iš čia ir kilęs pavadinimas).