Shembuj kur puna është 0. Levë

Në tonë përvojë e përditshme Fjala "punë" shfaqet shumë shpesh. Por duhet bërë dallimi midis punës fiziologjike dhe punës nga pikëpamja e shkencës së fizikës. Kur kthehesh në shtëpi nga klasa, thua: "Oh, jam shumë i lodhur!" Kjo është punë fiziologjike. Ose, për shembull, puna e një ekipi në përrallë popullore"Rrepë".

Figura 1. Punë në kuptimin e përditshëm të fjalës

Këtu do të flasim për punën nga pikëpamja e fizikës.

Punë mekanike ndodh kur një trup lëviz nën ndikimin e një force. Puna tregohet shkronja latine A. Një përkufizim më i rreptë i punës tingëllon kështu.

Puna e një force është një sasi fizike e barabartë me produktin e madhësisë së forcës dhe distancën e përshkuar nga trupi në drejtim të forcës.

Figura 2. Puna është një sasi fizike

Formula është e vlefshme kur një forcë konstante vepron në trup.

NË sistemit ndërkombëtar Njësitë e punës SI maten në xhaul.

Kjo do të thotë se nëse nën ndikimin e një force prej 1 njutoni një trup lëviz 1 metër, atëherë kjo forcë e bën 1 xhaul punë.

Njësia e punës mban emrin e shkencëtarit anglez James Prescott Joule.

Fig 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

Nga formula për llogaritjen e punës del se janë tre raste të mundshme kur puna është e barabartë me zero.

Rasti i parë është kur një forcë vepron mbi një trup, por trupi nuk lëviz. Për shembull, një shtëpi i nënshtrohet një force të madhe graviteti. Por ajo nuk bën asnjë punë sepse shtëpia është e palëvizshme.

Rasti i dytë është kur trupi lëviz me inerci, pra nuk vepron mbi të asnjë forcë. Për shembull, anije kozmike lëviz në hapësirën ndërgalaktike.

Rasti i tretë është kur një forcë vepron në trup, pingul me drejtimin lëvizjet e trupit. Në këtë rast, megjithëse trupi lëviz dhe mbi të vepron një forcë, nuk ka lëvizje të trupit në drejtim të forcës.

Figura 4. Tre raste kur puna është zero

Duhet thënë gjithashtu se puna e bërë nga një forcë mund të jetë negative. Kjo do të ndodhë nëse trupi lëviz kundër drejtimit të forcës. Për shembull, kur një vinç ngre një ngarkesë mbi tokë duke përdorur një kabllo, puna e bërë nga graviteti është negative (dhe puna e bërë nga forca elastike e kabllit e drejtuar lart, përkundrazi, është pozitive).

Supozoni, kur ekzekutoni punë ndërtimore gropa duhet të mbushet me rërë. Do të duheshin disa minuta që një ekskavator ta bënte këtë, por një punëtor me lopatë do të duhej të punonte për disa orë. Por edhe ekskavatori edhe punëtori do të kishin përfunduar të njëjtën punë.

Fig 5. E njëjta punë mund të kryhet në kohë të ndryshme

Për të karakterizuar shpejtësinë e punës së bërë në fizikë, përdoret një sasi e quajtur fuqi.

Fuqia është një sasi fizike e barabartë me raportin e punës me kohën e kryerjes.

Fuqia tregohet me një shkronjë latine N.

Njësia e fuqisë SI është vat.

Një vat është fuqia me të cilën kryhet një xhaul i punës në një sekondë.

Njësia e fuqisë ka marrë emrin e shkencëtarit anglez, shpikësit të motorit me avull, James Watt.

Fig 6. James Watt (1736 - 1819)

Le të kombinojmë formulën për llogaritjen e punës me formulën për llogaritjen e fuqisë.

Le të kujtojmë tani se raporti i rrugës së përshkuar nga trupi është S, në kohën e lëvizjes t paraqet shpejtësinë e lëvizjes së trupit v.

Kështu, fuqia është e barabartë me produktin vlerë numerike forca në shpejtësinë e lëvizjes së trupit në drejtim të forcës.

Kjo formulë është e përshtatshme për t'u përdorur kur zgjidhen probleme në të cilat një forcë vepron mbi një trup që lëviz me një shpejtësi të njohur.

Bibliografi

1. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Përmbledhje problemash të fizikës për klasat 7-9 institucionet arsimore. - botimi i 17-të. - M.: Arsimi, 2004.
2. Peryshkin A.V. Fizika. klasa e 7-të - Botimi i 14-të, stereotip. - M.: Bustard, 2010.
3. Peryshkin A.V. Koleksion problemesh në fizikë, klasat 7-9: Botimi i 5-të, stereotip. - M: Shtëpia Botuese “Provimi”, 2010.

1. Portali i Internetit Physics.ru ().
2. Portali i Internetit Festival.1september.ru ().
3. Portali i Internetit Fizportal.ru ().
4. Portali i Internetit Elkin52.narod.ru ().

Detyre shtepie

1. Në cilat raste puna është e barabartë me zero?
2. Si kryhet puna përgjatë rrugës së përshkuar në drejtim të forcës? Në drejtim të kundërt?
3. Sa punë bën forca e fërkimit që vepron në tullë kur ajo lëviz 0,4 m? Forca e fërkimit është 5 N.

Punë mekanike. Njësitë e punës.

NË jeta e përditshme Me konceptin "punë" nënkuptojmë gjithçka.

Në fizikë, koncepti Punë disi ndryshe. Është një sasi fizike e caktuar, që do të thotë se mund të matet. Në fizikë studiohet kryesisht punë mekanike .

Le të shohim shembuj të punës mekanike.

Treni lëviz nën forcën tërheqëse të një lokomotivë elektrike dhe kryhet punë mekanike. Kur gjuhet një armë, forca e presionit të gazrave pluhur funksionon - ajo lëviz plumbin përgjatë tytës dhe shpejtësia e plumbit rritet.

Nga këta shembuj është e qartë se puna mekanike kryhet kur një trup lëviz nën ndikimin e forcës. Puna mekanike kryhet edhe në rastin kur një forcë që vepron mbi një trup (për shembull, forca e fërkimit) zvogëlon shpejtësinë e lëvizjes së tij.

Duke dashur të lëvizim kabinetin, e shtypim fort, por nëse nuk lëviz, atëherë nuk kryejmë punë mekanike. Mund të imagjinohet një rast kur një trup lëviz pa pjesëmarrjen e forcave (nga inercia në këtë rast, gjithashtu nuk kryhet punë mekanike);

Kështu që, Puna mekanike bëhet vetëm kur një trup vepron dhe ai lëviz .

Nuk është e vështirë të kuptohet se sa më e madhe forca të veprojë në trup dhe aq më shumë rrugë më të gjatë të cilën trupi e kalon nën ndikimin e kësaj force, aq më shumë punohet.

Puna mekanike është drejtpërdrejt proporcionale me forcën e aplikuar dhe drejtpërdrejt proporcionale me distancën e përshkuar .

Prandaj, ne ramë dakord të matim punën mekanike me produktin e forcës dhe rrugën e përshkuar përgjatë këtij drejtimi të kësaj force:

punë = forcë × rrugë

Ku A- Punë, F- forca dhe s- distanca e përshkuar.

Njësi pune merret si puna e kryer nga një forcë 1N në një shteg prej 1 m.

Njësia e punës - xhaul (J ) emërtuar sipas shkencëtarit anglez Joule. Kështu,

1 J = 1N m.

Përdoret gjithashtu kiloxhaulë (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Formula A = Fs i zbatueshëm kur forca F konstante dhe përkon me drejtimin e lëvizjes së trupit.

Nëse drejtimi i forcës përkon me drejtimin e lëvizjes së trupit, atëherë fuqi të dhënë bën punë pozitive.

Nëse lëvizja e trupit ndodh në drejtim të kundërt me drejtimin e forcës së aplikuar, për shembull, forca e fërkimit rrëshqitës, atëherë kjo forcë bën punë negative.

Nëse drejtimi i forcës që vepron në trup është pingul me drejtimin e lëvizjes, atëherë kjo forcë nuk funksionon, puna është zero:

Në të ardhmen, duke folur për punën mekanike, do ta quajmë shkurtimisht me një fjalë - punë.

Shembull. Llogaritni punën e bërë gjatë ngritjes së një pllake graniti me një vëllim prej 0,5 m3 në një lartësi prej 20 m. Dendësia e granitit është 2500 kg/m3.

E dhënë:

ρ = 2500 kg/m3

Zgjidhje:

ku F është forca që duhet të zbatohet për të ngritur në mënyrë uniforme pllakën lart. Kjo forcë është e barabartë në modul me forcën Fstrand që vepron në pllakë, d.m.th. F = Fstrand. Dhe forca e gravitetit mund të përcaktohet nga masa e pllakës: Fweight = gm. Le të llogarisim masën e pllakës, duke ditur vëllimin e saj dhe dendësinë e granitit: m = ρV; s = h, pra shteg e barabartë me lartësinë ngrihen.

Pra, 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.

Përgjigju: A =245 kJ.

Levat.Fuqia.Energjia

Motorë të ndryshëm kërkojnë kohë të ndryshme për të përfunduar të njëjtën punë. Për shembull, një vinç në një kantier ndërtimi ngre qindra tulla në katin e fundit të një ndërtese në pak minuta. Nëse këto tulla do të zhvendoseshin nga një punëtor, atij do t'i duheshin disa orë për ta bërë këtë. Një shembull tjetër. Një kalë mund të lërojë një hektar tokë në 10-12 orë, ndërsa një traktor me një parmendë me shumë pjesë ( parmendë- pjesë e parmendës që pret shtresën e dheut nga poshtë dhe e transferon në hale; shumë parmendë - shumë parmendë), kjo punë do të përfundojë për 40-50 minuta.

Është e qartë se një vinç bën të njëjtën punë më shpejt se një punëtor dhe një traktor bën të njëjtën punë më shpejt se një kalë. Shpejtësia e punës karakterizohet nga një sasi e veçantë e quajtur fuqi.

Fuqia është e barabartë me raportin e punës me kohën gjatë së cilës është kryer.

Për të llogaritur fuqinë, duhet të ndani punën me kohën gjatë së cilës është kryer kjo punë. fuqi = punë/kohë.

Ku N- fuqi, A- Punë, t- koha e kryerjes së punës.

Fuqia është një sasi konstante kur e njëjta punë bëhet çdo sekondë në raste të tjera raporti A/t përcakton fuqinë mesatare:

N mesatare = A/t . Njësia e fuqisë merret si fuqia me të cilën J e punës kryhet në 1 s.

Kjo njësi quhet vat ( W) për nder të një tjetër shkencëtari anglez, Watt.

1 vat = 1 xhaul/1 sekondë, ose 1 W = 1 J/s.

Watt (xhaul për sekondë) - W (1 J/s).

Njësitë më të mëdha të energjisë përdoren gjerësisht në teknologji - kilovat (kW), megavat (MW) .

1 MW = 1,000,000 W

1 kW = 1000 W

1 mW = 0,001 W

1 W = 0,000001 MW

1 W = 0,001 kW

1 W = 1000 mW

Shembull. Gjeni fuqinë e rrjedhës së ujit që rrjedh nëpër digë nëse lartësia e rënies së ujit është 25 m dhe shpejtësia e rrjedhjes së tij është 120 m3 në minutë.

E dhënë:

ρ = 1000 kg/m3

Zgjidhje:

Masa e ujit në rënie: m = ρV,

m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120.000 kg (12 104 kg).

Forca e gravitetit që vepron në ujë:

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

Puna e kryer sipas rrjedhës në minutë:

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

Fuqia e rrjedhës: N = A/t,

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

Përgjigju: N = 0,5 MW.

Motorë të ndryshëm kanë fuqi që variojnë nga të qindtat dhe të dhjetat e kilovatit (motori i një rroje elektrike, makinë qepëse) deri në qindra mijëra kilovat (turbina me ujë dhe avull).

Tabela 5.

Fuqia e disa motorëve, kW.

Çdo motor ka një pllakë (pasaportë motori), e cila tregon disa informacione rreth motorit, duke përfshirë fuqinë e tij.

Fuqia njerëzore në kushte normale puna është mesatarisht 70-80 W. Kur kërcen ose vrapon shkallët, një person mund të zhvillojë fuqi deri në 730 W dhe brenda në disa raste dhe akoma më e madhe.

Nga formula N = A/t del se

Për të llogaritur punën, është e nevojshme të shumëzoni fuqinë me kohën gjatë së cilës është kryer kjo punë.

Shembull. Motori i ventilatorit të dhomës ka një fuqi prej 35 vat. Sa punë bën ai në 10 minuta?

Le të shkruajmë kushtet e problemit dhe ta zgjidhim atë.

E dhënë:

Zgjidhje:

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

Përgjigju A= 21 kJ.

Mekanizma të thjeshtë.

Që nga kohra të lashta, njeriu ka përdorur pajisje të ndryshme për të kryer punë mekanike.

Të gjithë e dinë se një objekt i rëndë (një gur, një kabinet, një mjet makinerie), i cili nuk mund të lëvizet me dorë, mund të zhvendoset me ndihmën e një shkopi mjaft të gjatë - një levë.

Aktiv ky moment besohet se me ndihmën e levave tre mijë vjet më parë gjatë ndërtimit të piramidave në Egjipti i lashte lëvizi dhe ngriti në lartësi të mëdha pllaka guri të rënda.

Në shumë raste, në vend që të ngrihet një ngarkesë e rëndë në një lartësi të caktuar, ajo mund të rrotullohet ose tërhiqet në të njëjtën lartësi përgjatë një rrafshi të pjerrët ose të ngrihet duke përdorur blloqe.

Pajisjet që përdoren për të kthyer forcën quhen mekanizmat .

Mekanizmat e thjeshtë përfshijnë: levat dhe varietetet e tyre - bllok, portë; aeroplani i prirur dhe varietetet e tij - pykë, vidë. Në shumicën e rasteve, mekanizma të thjeshtë përdoren për të fituar forcë, domethënë për të rritur disa herë forcën që vepron në trup.

Mekanizma të thjeshtë gjenden si në amvisëri ashtu edhe në të gjitha makineritë komplekse industriale dhe industriale që presin, përdredhin dhe stampojnë fletë të mëdha çeliku ose nxjerrin fijet më të mira nga të cilat më pas bëhen pëlhura. Të njëjtat mekanizma mund të gjenden në makinat moderne komplekse automatike, makinat e printimit dhe numërimit.

Krahu i levës. Bilanci i forcave në levë.

Le të shqyrtojmë mekanizmin më të thjeshtë dhe më të zakonshëm - levën.

Leva është të ngurta, i cili mund të rrotullohet rreth një mbështetëse fikse.

Fotografitë tregojnë se si një punëtor përdor një levë si levë për të ngritur një ngarkesë. Në rastin e parë punëtori me forcë F shtyp fundin e levës B, në të dytën - ngre fundin B.

Punëtori duhet të kapërcejë peshën e ngarkesës P- forca e drejtuar vertikalisht poshtë. Për ta bërë këtë, ai e kthen levë rreth një aksi që kalon përmes të vetmit i palëvizshëm pika e thyerjes është pika e mbështetjes së saj RRETH. Forca F me të cilin punëtori vepron në levë është më pak forcë P, kështu punëtori merr fitim në forcë. Duke përdorur një levë, mund të ngrini një ngarkesë aq të rëndë sa nuk mund ta ngrini vetë.

Figura tregon një levë, boshti i rrotullimit të së cilës është RRETH(pika kryesore) ndodhet midis pikave të zbatimit të forcave A Dhe NË. Një foto tjetër tregon një diagram të kësaj levë. Të dyja forcat F 1 dhe F 2 që veprojnë në levë drejtohen në një drejtim.

Distanca më e shkurtër ndërmjet pikës kryesore dhe vijës së drejtë përgjatë së cilës forca vepron në levë quhet krahu i forcës.

Gjatësia e kësaj pingule do të jetë krahu i kësaj force. Figura tregon se OA- forca e shpatullave F 1; OB- forca e shpatullave F 2. Forcat që veprojnë në levë mund ta rrotullojnë atë rreth boshtit të saj në dy drejtime: në drejtim të akrepave të orës ose në të kundërt. Po, forca F 1 rrotullon levën në drejtim të akrepave të orës dhe forca F 2 e rrotullon në të kundërt të akrepave të orës.

Gjendja në të cilën leva është në ekuilibër nën ndikimin e forcave të aplikuara në të mund të përcaktohet eksperimentalisht. Duhet mbajtur mend se rezultati i veprimit të një force varet jo vetëm nga ajo vlerë numerike(moduli), por edhe në pikën në të cilën aplikohet në trup, ose si drejtohet.

Pesha të ndryshme janë të varura nga leva (shih figurën) në të dy anët e pikës mbështetëse në mënyrë që çdo herë leva të mbetet në ekuilibër. Forcat që veprojnë në levë janë të barabarta me peshat e këtyre ngarkesave. Për secilin rast maten modulet e forcës dhe shpatullat e tyre. Nga përvoja e treguar në figurën 154, është e qartë se forca 2 N balancon forcën 4 N. Në këtë rast, siç shihet nga figura, shpatulla me forcë më të vogël është 2 herë më e madhe se shpatulla me forcë më të madhe.

Në bazë të eksperimenteve të tilla u vendos gjendja (rregulli) i ekuilibrit të levës.

Një levë është në ekuilibër kur forcat që veprojnë mbi të janë në përpjesëtim të zhdrejtë me krahët e këtyre forcave.

Ky rregull mund të shkruhet si formulë:

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

Ku F 1Dhe F 2 - forcat që veprojnë në levë, l 1Dhe l 2 , - supet e këtyre forcave (shih figurën).

Rregulli i ekuilibrit të levës u vendos nga Arkimedi rreth viteve 287 - 212. para Krishtit e. (por në paragrafin e fundit thuhej se levat përdoreshin nga Egjiptianët? Apo këtu rol i rendesishem luan me fjalën "instaluar"?)

Nga ky rregull rrjedh se një forcë më e vogël mund të përdoret për të balancuar një forcë më të madhe duke përdorur një levë. Le të jetë një krah i levës 3 herë më i madh se tjetri (shih figurën). Më pas, duke aplikuar një forcë, për shembull, 400 N në pikën B, mund të ngrini një gur me peshë 1200 N. Për të ngritur një ngarkesë edhe më të rëndë, duhet të rrisni gjatësinë e krahut të levës mbi të cilën vepron punëtori.

Shembull. Duke përdorur një levë, një punëtor ngre një pllakë që peshon 240 kg (shih Fig. 149). Çfarë force ushtron ai në krahun më të madh të levës prej 2,4 m nëse krahu më i vogël është 0,6 m?

Le të shkruajmë kushtet e problemit dhe ta zgjidhim atë.

E dhënë:

Zgjidhje:

Sipas rregullit të ekuilibrit të levës, F1/F2 = l2/l1, prej nga F1 = F2 l2/l1, ku F2 = P është pesha e gurit. Pesha e gurit asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Pastaj, F1 = 2400 N · 0.6/2.4 = 600 N.

Përgjigju: F1 = 600 N.

Në shembullin tonë, punëtori kapërcen një forcë prej 2400 N, duke aplikuar një forcë prej 600 N në levë, por në këtë rast, krahu mbi të cilin vepron punëtori është 4 herë më i gjatë se ai mbi të cilin vepron pesha e gurit. ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Duke zbatuar rregullin e levës, një forcë më e vogël mund të balancojë një forcë më të madhe. Në këtë rast, shpatulla me forcë më të vogël duhet të jetë më e gjatë se supi forcë më të madhe.

Momenti i fuqisë.

Ju tashmë e dini rregullin e ekuilibrit të levës:

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

Duke përdorur vetinë e proporcionit (produkti i anëtarëve të tij ekstremë është i barabartë me produktin e anëtarëve të tij të mesëm), ne e shkruajmë atë në këtë formë:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Në anën e majtë të barazisë është produkti i forcës F 1 mbi supin e saj l 1, dhe në të djathtë - produkti i forcës F 2 mbi supin e saj l 2 .

Prodhimi i modulit të forcës që rrotullon trupin dhe shpatullën e tij quhet momenti i forcës; shënohet me shkronjën M. Kjo do të thotë

Një levë është në ekuilibër nën veprimin e dy forcave nëse momenti i forcës që e rrotullon atë në drejtim të akrepave të orës është i barabartë me momentin e forcës që e rrotullon atë në drejtim të kundërt.

Ky rregull quhet rregulli i momenteve , mund të shkruhet si formulë:

M1 = M2

Në të vërtetë, në eksperimentin që shqyrtuam (§ 56), forcat vepruese ishin të barabarta me 2 N dhe 4 N, supet e tyre arritën përkatësisht në 4 dhe 2 presione të levës, d.m.th., momentet e këtyre forcave janë të njëjta kur leva është në ekuilibër. .

Momenti i forcës, si çdo sasi fizike, mund të matet. Njësia e momentit të forcës merret si një moment i forcës 1 N, krahu i të cilit është saktësisht 1 m.

Kjo njësi quhet Njuton metër (N m).

Momenti i forcës karakterizon veprimin e një force dhe tregon se ai varet njëkohësisht si nga moduli i forcës ashtu edhe nga leva e saj. Në të vërtetë, ne tashmë e dimë, për shembull, se veprimi i një force në një derë varet si nga madhësia e forcës ashtu edhe nga vendi ku zbatohet forca. Sa më e lehtë të jetë rrotullimi i derës, aq më larg nga boshti i rrotullimit zbatohet forca që vepron mbi të. Është më mirë të zhbllokoni arrën me një pikëllim të gjatë sesa me një të shkurtër. Sa më e lehtë të jetë ngritja e një kovë nga pusi, aq më e gjatë është doreza e portës, etj.

Leva në teknologji, përditshmëri dhe natyrë.

Rregulli i levës (ose rregulli i momenteve) qëndron në themel të veprimit të llojeve të ndryshme të mjeteve dhe pajisjeve të përdorura në teknologji dhe në jetën e përditshme ku kërkohet një fitim në forcë ose udhëtim.

Ne kemi një fitim në forcë kur punojmë me gërshërë. Gërshërë - kjo është një levë(fig), boshti i rrotullimit të të cilit ndodh përmes një vidhe që lidh të dy gjysmat e gërshërëve. Forca vepruese F 1 është forca muskulore e dorës së personit që kap gërshërët. Kundërforca F 2 është forca e rezistencës së materialit që pritet me gërshërë. Në varësi të qëllimit të gërshërëve, dizajni i tyre ndryshon. Gërshërët e zyrës, të dizajnuara për prerjen e letrës, kanë tehe dhe doreza të gjata që janë pothuajse të njëjtën gjatësi. Nuk kërkohet prerje letre forcë e madhe, dhe me një teh të gjatë është më i përshtatshëm për të prerë në një vijë të drejtë. Gërshërët për prerjen e llamarinës (Fig.) kanë doreza shumë më të gjata se tehet, pasi forca e rezistencës së metalit është e madhe dhe për ta balancuar atë, krahu i forcës vepruese duhet të rritet ndjeshëm. Më shumë më shumë ndryshim ndërmjet gjatësisë së dorezave dhe distancës së pjesës prerëse dhe boshtit të rrotullimit brenda preres telash(Fig.), Projektuar për prerjen e telit.

Leva lloje të ndryshme në dispozicion në shumë makina. Doreza e një makine qepëse, pedale ose frena dore e një biçiklete, pedale e një makine dhe traktori dhe çelësat e një pianoje janë të gjitha shembuj të levave të përdorura në këto makina dhe vegla.

Shembuj të përdorimit të levave janë dorezat e veseve dhe tavolinave të punës, leva e një makinerie shpuese etj.

Veprimi i shkallëve të levës bazohet në parimin e levës (Fig.). Shkallët e trajnimit të paraqitura në Figurën 48 (fq. 42) veprojnë si levë krahu të barabartë . NË shkallë dhjetore Shpatulla nga e cila është varur kupa me pesha është 10 herë më e gjatë se shpatulla që mban ngarkesën. Kjo e bën shumë më të lehtë peshimin e ngarkesave të mëdha. Kur peshoni një ngarkesë në një shkallë dhjetore, duhet të shumëzoni masën e peshave me 10.

Pajisja e peshores për peshimin e makinave të mallrave të makinave bazohet gjithashtu në rregullin e levës.

Levat gjenden gjithashtu në pjesë të ndryshme trupat e kafshëve dhe të njerëzve. Këto janë, për shembull, krahët, këmbët, nofullat. Shumë leva mund të gjenden në trupin e insekteve (duke lexuar një libër për insektet dhe strukturën e trupit të tyre), zogjtë dhe strukturën e bimëve.

Zbatimi i ligjit të ekuilibrit të levës në bllok.

BllokoËshtë një rrotë me brazdë, e montuar në një mbajtëse. Një litar, kabllo ose zinxhir kalohet përmes brazdës së bllokut.

Blloku fiks Ky quhet bllok, boshti i të cilit është i fiksuar dhe nuk ngrihet ose bie gjatë ngritjes së ngarkesave (Fig.).

Një bllok fiks mund të konsiderohet si një levë me krahë të barabartë, në të cilën krahët e forcave janë të barabarta me rrezen e rrotës (Fig): OA = OB = r. Një bllok i tillë nuk siguron një fitim në forcë. ( F 1 = F 2), por ju lejon të ndryshoni drejtimin e forcës. Blloku i lëvizshëm - ky është një bllok. boshti i të cilit ngrihet dhe bie së bashku me ngarkesën (Fig.). Figura tregon levën përkatëse: RRETH- pika mbështetëse e levës, OA- forca e shpatullave R Dhe OB- forca e shpatullave F. Që nga shpatulla OB 2 herë shpatullën OA, pastaj forca F 2 herë më pak forcë R:

F = P/2 .

Kështu, blloku i lëvizshëm jep një fitim 2-fish në forcë .

Kjo mund të vërtetohet duke përdorur konceptin e momentit të forcës. Kur blloku është në ekuilibër, momentet e forcave F Dhe R të barabartë me njëri-tjetrin. Por supi i forcës F 2 herë më shumë se leva R, dhe, për rrjedhojë, vetë pushteti F 2 herë më pak forcë R.

Zakonisht në praktikë përdoret një kombinim i një blloku fiks dhe një të lëvizshëm (Fig.). Blloku fiks përdoret vetëm për lehtësi. Nuk jep fitim në fuqi, por ndryshon drejtimin e forcës. Për shembull, ju lejon të ngrini një ngarkesë ndërsa qëndroni në tokë. Kjo është e dobishme për shumë njerëz ose punëtorë. Megjithatë, ajo jep një fitim në forcë 2 herë më të madhe se zakonisht!

Barazia e punës kur përdorni mekanizma të thjeshtë. "Rregulli i artë" i mekanikës.

Mekanizmat e thjeshtë që kemi shqyrtuar përdoren gjatë kryerjes së punës në rastet kur është e nevojshme të balancohet një forcë tjetër përmes veprimit të një force.

Natyrisht, lind pyetja: duke dhënë një fitim në fuqi apo rrugë, a nuk japin mekanizmat e thjeshtë një fitim në punë? Përgjigja për këtë pyetje mund të merret nga përvoja.

Duke balancuar dy forca me madhësi të ndryshme në një levë F 1 dhe F 2 (fig.), vendosni levën në lëvizje. Rezulton se në të njëjtën kohë pika e aplikimit të forcës më të vogël F 2 shkon më tej s 2, dhe pika e aplikimit të forcës më të madhe F 1 - rrugë më e shkurtër s 1. Pasi kemi matur këto shtigje dhe module të forcës, zbulojmë se shtigjet që përshkohen nga pikat e zbatimit të forcave në levë janë në përpjesëtim të zhdrejtë me forcat:

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

Kështu, duke vepruar në krahun e gjatë të levës, fitojmë forcë, por në të njëjtën kohë humbim me të njëjtën sasi gjatë rrugës.

Produkt i forcës F Rrugës s ka punë. Eksperimentet tona tregojnë se puna e bërë nga forcat e aplikuara në levë është e barabartë me njëra-tjetrën:

F 1 s 1 = F 2 s 2, d.m.th. A 1 = A 2.

Kështu që, Kur përdorni levën, nuk do të jeni në gjendje të fitoni në punë.

Duke përdorur levën, ne mund të fitojmë ose fuqi ose distancë. Duke aplikuar forcë në krahun e shkurtër të levës, ne fitojmë në distancë, por humbim me të njëjtën sasi në forcë.

Ekziston një legjendë që Arkimedi, i kënaqur me zbulimin e rregullit të levës, bërtiti: "Më jep një pikëmbështetje dhe unë do ta kthej Tokën!"

Sigurisht, Arkimedi nuk mund ta përballonte një detyrë të tillë edhe nëse do t'i jepej një pikëmbështetje (e cila duhet të ishte jashtë Tokës) dhe një levë me gjatësinë e kërkuar.

Për të ngritur tokën vetëm 1 cm, krahu i gjatë i levës do të duhej të përshkruante një hark me gjatësi të madhe. Do të duheshin miliona vjet për të lëvizur skajin e gjatë të levës përgjatë kësaj rruge, për shembull, me një shpejtësi prej 1 m/s!

Një bllok i palëvizshëm nuk jep ndonjë përfitim në punë, e cila është e lehtë për t'u verifikuar eksperimentalisht (shih figurën). Mënyrat, pikat e kalueshme aplikimi i forcave F Dhe F, janë të njëjta, forcat janë të njëjta, që do të thotë se puna është e njëjtë.

Ju mund të matni dhe krahasoni punën e bërë me ndihmën e një blloku lëvizës. Për të ngritur një ngarkesë në një lartësi h duke përdorur një bllok të lëvizshëm, është e nevojshme të zhvendoset fundi i litarit në të cilin është ngjitur dinamometri, siç tregon përvoja (Fig.), në një lartësi prej 2h.

Kështu, duke marrë një fitim 2-fish në forcë, ata humbasin 2-fish gjatë rrugës, prandaj, blloku i lëvizshëm nuk jep një fitim në punë.

Praktika shekullore e ka treguar këtë Asnjë nga mekanizmat nuk jep një fitim në performancë. Ata përdorin mekanizma të ndryshëm për të fituar në forcë ose në udhëtim, në varësi të kushteve të punës.

Tashmë shkencëtarët e lashtë dinin një rregull të zbatueshëm për të gjithë mekanizmat: pa marrë parasysh sa herë fitojmë në forcë, po aq herë humbim në distancë. Ky rregull është quajtur "rregulli i artë" i mekanikës.

Efikasiteti i mekanizmit.

Kur shqyrtojmë modelin dhe veprimin e levës, nuk kemi marrë parasysh fërkimin, si dhe peshën e levës. në këto kushte ideale puna e bërë nga forca e aplikuar (ne do ta quajmë këtë punë plot), është e barabartë me të dobishme punë në ngritjen e ngarkesave ose tejkalimin e çdo rezistence.

Në praktikë, puna totale e bërë nga një mekanizëm është gjithmonë pak më e madhe se puna e dobishme.

Një pjesë e punës kryhet kundër forcës së fërkimit në mekanizëm dhe duke e lëvizur atë pjesë individuale. Pra, kur përdorni një bllok të lëvizshëm, duhet të bëni gjithashtu punë për të ngritur vetë bllokun, litarin dhe për të përcaktuar forcën e fërkimit në boshtin e bllokut.

Çfarëdo mekanizmi të marrim, puna e dobishme e bërë me ndihmën e tij përbën gjithmonë vetëm një pjesë të punës totale. Kjo do të thotë, duke treguar punën e dobishme me shkronjën Ap, punën totale (të shpenzuar) me shkronjën Az, mund të shkruajmë:

Lart< Аз или Ап / Аз < 1.

Raporti i punës së dobishme me Punë me kohë të plotë i quajtur koeficient veprim i dobishëm mekanizmi.

Faktori i efikasitetit është shkurtuar si efikasitet.

Efikasiteti = Ap / Az.

Efikasiteti zakonisht shprehet në përqindje dhe shënohet Letra grekeη, lexohet si "kjo":

η = Ap / Az · 100%.

Shembull: Një ngarkesë me peshë 100 kg është e varur në krahun e shkurtër të një levë. Për ta ngritur atë, një forcë prej 250 N zbatohet në krahun e gjatë. Ngarkesa ngrihet në një lartësi h1 = 0,08 m, dhe pika e aplikimit forca lëvizëse ka rënë në një lartësi h2 = 0,4 m Gjeni efikasitetin e levës.

Le të shkruajmë kushtet e problemit dhe ta zgjidhim atë.

E dhënë :

Zgjidhje :

η = Ap / Az · 100%.

Puna totale (e shpenzuar) Az = Fh2.

Punë e dobishme 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%.

Përgjigju : η = 80%.

por " Rregulli I arte"Kryhet edhe në këtë rast. Një pjesë e punës së dobishme - 20% e saj - shpenzohet për tejkalimin e fërkimit në boshtin e levës dhe rezistencës së ajrit, si dhe për lëvizjen e vetë levës.

Efikasiteti i çdo mekanizmi është gjithmonë më pak se 100%. Gjatë projektimit të mekanizmave, njerëzit përpiqen të rrisin efikasitetin e tyre. Për të arritur këtë, fërkimi në akset e mekanizmave dhe pesha e tyre zvogëlohen.

Energjisë.

Në uzina dhe fabrika, makinat dhe makineritë drejtohen nga motorët elektrikë, të cilët konsumojnë energji elektrike(pra emri).

1. Nga kursi i fizikës në klasën e 7-të, ju e dini se nëse një forcë vepron mbi një trup dhe ai lëviz në drejtim të forcës, atëherë forca kryen punë mekanike. A, e barabartë me produktin moduli i forcës dhe moduli i zhvendosjes:

A=Fs.

Njësia e punës në SI - xhaul (1 J).

[A] = [F][s] = 1 H 1 m = 1 N m = 1 J.

Një njësi pune merret si puna e kryer nga një forcë 1 N në një rrugë 1 m.

Nga formula rezulton se puna mekanike nuk kryhet nëse forca është zero (trupi është në prehje ose lëviz në mënyrë të njëtrajtshme dhe lineare) ose zhvendosja është zero.

Le të supozojmë se vektori i forcës që vepron në trup bën një kënd të caktuar a me vektorin e zhvendosjes (Fig. 65). Meqenëse trupi nuk lëviz në drejtim vertikal, projeksioni i forcës Fy për aks Y nuk bën punë, por projeksioni i forcës Fx për aks X bën punë që është e barabartë me A = F x s x.

Sepse Fx = F cos a, a s x= s, Kjo

Kështu,

Punë forcë konstanteështë e barabartë me prodhimin e madhësive të vektorëve të forcës dhe zhvendosjes dhe kosinusit të këndit ndërmjet këtyre vektorëve.

2. Le të analizojmë formulën e punës që rezulton.

Nëse këndi a = 0°, atëherë cos 0° = 1 dhe A = Fs. Puna e bërë është pozitive dhe vlera e saj është maksimale nëse drejtimi i forcës përkon me drejtimin e zhvendosjes.

Nëse këndi a = 90°, atëherë cos 90° = 0 dhe A= 0. Forca nuk bën punë nëse është pingul me drejtimin e lëvizjes së trupit. Kështu, puna e bërë nga graviteti është zero kur një trup lëviz përgjatë plan horizontal. Puna e bërë nga forca që i jepet trupit është e barabartë me zero nxitimi centripetal me të lëvizje uniforme përgjatë një rrethi, pasi kjo forcë në çdo pikë të trajektores është pingul me drejtimin e lëvizjes së trupit.

Nëse këndi a = 180°, atëherë cos 180° = –1 dhe A = –Fs. Ky rast ndodh kur forca dhe zhvendosja drejtohen brenda anët e kundërta. Prandaj, puna e bërë është negative dhe vlera e saj është maksimale. Puna negative kryhet, për shembull, nga forca e fërkimit rrëshqitës, pasi ajo drejtohet në anën drejtim i kundërt lëvizjet e trupit.

Nëse këndi a ndërmjet vektorëve të forcës dhe zhvendosjes është akut, atëherë puna është pozitive; nëse këndi a është i mpirë, atëherë puna është negative.

3. Le të marrim një formulë për llogaritjen e punës së gravitetit. Lëreni trupin të ketë masë m bie lirisht në tokë nga një pikë A, i vendosur në një lartësi h në raport me sipërfaqen e Tokës, dhe pas njëfarë kohe ajo përfundon në një pikë B(Fig. 66, A). Puna e kryer nga graviteti është e barabartë me

A = Fs = mgh.

NË në këtë rast drejtimi i lëvizjes së trupit përkon me drejtimin e forcës që vepron mbi të, prandaj puna e gravitetit në renie e lire pozitive.

Nëse një trup lëviz vertikalisht lart nga një pikë B pikërisht A(Fig. 66, b), atëherë lëvizja e tij drejtohet në drejtim të kundërt me gravitetin, dhe puna e gravitetit është negative:

A= –mgh

4. Puna e bërë nga një forcë mund të llogaritet duke përdorur një grafik të forcës kundrejt zhvendosjes.

Supozoni se një trup lëviz nën ndikimin e gravitetit konstant. Grafiku i modulit të gravitetit F kordoni nga moduli i lëvizjes së trupit sështë një vijë e drejtë paralele me boshtin e abshisave (Fig. 67). Le të gjejmë zonën drejtkëndëshi i zgjedhur. Është i barabartë me produktin e dy anëve të tij: S = F kordonin h = mgh. Nga ana tjetër, puna e gravitetit është e barabartë me të njëjtën vlerë A = mgh.

Kështu, puna është numerikisht e barabartë me sipërfaqen e drejtkëndëshit të kufizuar nga grafiku, boshtet koordinative dhe pingul me boshtin x në pikë h.

Le të shqyrtojmë tani rastin kur forca që vepron në trup është drejtpërdrejt proporcionale me zhvendosjen. Një forcë e tillë, siç dihet, është forca elastike. Moduli i tij është i barabartë F kontroll = k D l, ku D l- zgjatje e trupit.

Supozoni se një sustë, skaji i majtë i së cilës është i fiksuar, është i ngjeshur (Fig. 68, A). Në të njëjtën kohë, skaji i djathtë i tij u zhvendos në D l 1. Një forcë elastike u ngrit në pranverë F kontrolli 1, i drejtuar në të djathtë.

Nëse tani e lëmë sustën në vetvete, skaji i djathtë i saj do të lëvizë djathtas (Fig. 68, b), zgjatja e sustës do të jetë e barabartë me D l 2, dhe forca elastike F ushtrimi 2.

Llogaritni punën e bërë nga forca elastike kur lëvizni fundin e sustës nga pika me koordinatë D l 1 deri në pikën me koordinatë D l 2. Ne përdorim një grafik varësie për këtë F kontrolli (D l) (Fig. 69). Puna e bërë nga forca elastike është numerikisht e barabartë me sipërfaqen e trapezit ABCD. Sipërfaqja e një trapezi është e barabartë me produktin e gjysmës së shumës së bazave dhe lartësisë, d.m.th. S = pas Krishtit. Në trapez ABCD bazat AB = F kontrolli 2 = k D l 2 , CD= F kontrolli 1 = k D l 1 dhe lartësia pas Krishtit= D l 1 - D l 2. Le t'i zëvendësojmë këto sasi në formulën për sipërfaqen e një trapezi:

S= (D l 1 - D l 2) =– .

Kështu, ne zbuluam se puna e forcës elastike është e barabartë me:

A =– .

5 * . Le të supozojmë se një trup me masë m lëviz nga një pikë A pikërisht B(Fig. 70), duke lëvizur së pari pa fërkim përgjatë një plani të pjerrët nga një pikë A pikërisht C, dhe pastaj pa fërkim përgjatë rrafshit horizontal nga pika C pikërisht B. Puna e gravitetit në vend C.B.është zero sepse forca e gravitetit është pingul me zhvendosjen. Kur lëvizni përgjatë një rrafshi të pjerrët, puna e bërë nga graviteti është:

Një AC = F kordonin l mëkat a. Sepse l mëkat a = h, Kjo Një AC = Ft kordonin h = mgh.

Puna e kryer nga graviteti kur një trup lëviz përgjatë një trajektoreje ACB e barabartë me Një ACB = Një AC + Një CB = mgh + 0.

Kështu, Një ACB = mgh.

Rezultati i marrë tregon se puna e kryer nga graviteti nuk varet nga forma e trajektores. Varet vetëm nga pozicionet fillestare dhe përfundimtare të trupit.

Le të supozojmë tani se trupi lëviz përgjatë një trajektoreje të mbyllur ABCA(shih Fig. 70). Kur lëviz një trup nga një pikë A pikërisht B përgjatë trajektores ACB puna e bërë nga graviteti është Një ACB = mgh. Kur lëviz një trup nga një pikë B pikërisht A graviteti bën punë negative, e cila është e barabartë me Një BA = –mgh. Pastaj puna e gravitetit në një trajektore të mbyllur A = Një ACB + Një BA = 0.

Puna e bërë nga forca elastike në një trajektore të mbyllur është gjithashtu zero. Në të vërtetë, supozoni se susta fillimisht e padeformuar është e shtrirë dhe gjatësia e saj rritet me D l. Forca elastike e bëri punën A 1 = . Kur kthehet në ekuilibër, forca elastike funksionon A 2 = . Puna totale e bërë nga forca elastike kur susta shtrihet dhe kthehet në gjendjen e saj të padeformuar është zero.

6. Puna e bërë nga graviteti dhe forca elastike në një trajektore të mbyllur është zero.

Forcat, puna e të cilave në çdo trajektore të mbyllur është zero (ose nuk varet nga forma e trajektores) quhen konservatore.

Forcat, puna e të cilave varet nga forma e trajektores quhen jo-konservatore.

Forca e fërkimit është jo konservatore. Për shembull, një trup lëviz nga një pikë 1 pikërisht 2 së pari në vijë të drejtë 12 (Fig. 71), dhe më pas përgjatë një linje të thyer 132 . Në çdo seksion të trajektores forca e fërkimit është e njëjtë. Në rastin e parë, puna e forcës së fërkimit

Një 12 = –F tr l 1 ,

dhe në të dytën -

A 132 = A 13 + A 32, A 132 = –F tr l 2 – F tr l 3 .

Nga këtu Një 12A 132.

7. Nga kursi i fizikës së klasës së 7-të ju e dini këtë karakteristikë e rëndësishme pajisjet që funksionojnë janë pushtet.

Fuqia quhet sasi fizike, e barabartë me raportin puna deri në periudhën kohore gjatë së cilës është përfunduar:

Fuqia karakterizon shpejtësinë me të cilën kryhet puna.

Njësia e fuqisë SI - vat (1 W).

[N] === 1 W.

Një njësi fuqie merret si fuqia në të cilën punon 1 J është përfunduar për 1 s .

Pyetje vetë-testimi

1. Si quhet puna? Cila është njësia e punës?

2. Në cilin rast një forcë bën punë negative? punë pozitive?

3. Cila formulë përdoret për të llogaritur punën e gravitetit? forcat elastike?

5. Cilat forca quhen konservatore? jo konservatore?

6 * . Vërtetoni se puna e bërë nga graviteti dhe elasticiteti nuk varet nga forma e trajektores.

7. Çfarë quhet fuqi? Cila është njësia e fuqisë?

Detyra 18

1. Një djalë me peshë 20 kg bartet në mënyrë të barabartë në një sajë, duke ushtruar një forcë prej 20 N. Litari me të cilin tërhiqet sajë bën një kënd prej 30° me horizontalen. Sa është puna e forcës elastike të krijuar në litar nëse sajë lëviz 100 m?

2. Një atlet me peshë 65 kg hidhet në ujë nga një platformë e vendosur në një lartësi prej 3 m mbi sipërfaqen e ujit. Sa punë bëhet nga forca e gravitetit që vepron mbi atletin ndërsa ai lëviz në sipërfaqen e ujit?

3. Nën veprimin e një force elastike, gjatësia e një sustë të deformuar me ngurtësi 200 N/m zvogëlohet me 4 cm.

4 * . Vërtetoni se puna forcë e ndryshueshme numerikisht e barabartë me sipërfaqen e figurës, i kufizuar nga orari varësia e forcës nga koordinatat dhe boshtet e koordinatave.

5. Sa është forca tërheqëse e motorit të makinës nëse shpejtësi konstante 108 km/h zhvillon një fuqi prej 55 kW?