İş bulmanın formülü nedir? Yararlı bir formül

Fizikte "iş" kavramının, fizikte kullanılandan farklı bir tanımı vardır. günlük yaşam. Özellikle "iş" terimi şu durumlarda kullanılır: fiziksel güç bir nesnenin hareket etmesine neden olur. Genel olarak eğer güçlü kuvvet bir nesneyi çok uzağa hareket ettirirse çok iş yapılmış olur. Ve eğer kuvvet küçükse veya nesne çok uzağa hareket etmiyorsa, o zaman yalnızca küçük miktarda iş yapılır. Kuvvet aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir: İş = F × D × kosinüs(θ), burada F = kuvvet (Newton cinsinden), D = yer değiştirme (metre cinsinden) ve θ = kuvvet vektörü ile hareket yönü arasındaki açı.

Adımlar

Bölüm 1

1. Kuvvet vektörünün yönünü ve hareketin yönünü bulun. Başlamak için öncelikle nesnenin hangi yönde hareket ettiğini ve kuvvetin nereye uygulandığını belirlemek önemlidir. Nesnelerin her zaman kendilerine uygulanan kuvvete göre hareket etmediğini unutmayın; örneğin, küçük bir arabayı tutamağından çekerseniz, daha sonra onu ileri hareket ettirmek için çapraz bir kuvvet uygularsınız (arabadan daha uzunsanız) . Ancak bu bölümde bir cismin kuvvetinin (eforunun) ve hareketinin sahip olmak aynı yön. Bu öğeler olduğunda nasıl iş bulacağınıza dair bilgi için Olumsuz aynı yöne sahip, aşağıyı okuyun.

   • Bu sürecin anlaşılmasını kolaylaştırmak için örnek bir problemi takip edelim. Diyelim ki bir oyuncak araba, önündeki tren tarafından dümdüz ileri çekiliyor. Bu durumda trenin kuvvet vektörü ve hareket yönü aynı yolu gösterir. ileri. Sonraki adımlarda bu bilgiyi nesnenin yaptığı işi bulmaya yardımcı olmak için kullanacağız.

2. Nesnenin yer değiştirmesini bulun.İş formülü için ihtiyacımız olan ilk değişken D'yi veya ofseti bulmak genellikle kolaydır. Yer değiştirme, basitçe bir kuvvetin bir nesnenin orijinal konumundan hareket etmesine neden olduğu mesafedir. İÇİNDE eğitim görevleri bu bilgi genellikle ya verilir (bilinir) ya da problemdeki diğer bilgilerden çıkarılabilir (bulunabilir). İÇİNDE gerçek hayat Yer değiştirmeyi bulmak için tek yapmanız gereken nesnelerin hareket ettiği mesafeyi ölçmektir.

   • İşi hesaplamak için formülde mesafe birimlerinin metre cinsinden olması gerektiğini unutmayın.
   • Oyuncak tren örneğimizde trenin ray boyunca geçerken yaptığı işi bulduğumuzu varsayalım. Belirli bir noktada başlayıp parkur boyunca yaklaşık 2 metre kadar bir yerde durursa kullanabiliriz. 2 metre formüldeki "D" değerimiz için.

3. Nesneye uygulanan kuvveti bulun. Daha sonra nesneyi hareket ettirmek için kullanılan kuvvet miktarını bulun. Bu, kuvvetin "gücünün" bir ölçüsüdür; büyüklüğü ne kadar büyük olursa, nesneyi o kadar fazla iter ve o kadar hızlı hızlanır. Kuvvetin büyüklüğü sağlanmazsa, F = M × A formülü kullanılarak yer değiştirmenin kütlesinden ve ivmesinden (üzerine etki eden başka çatışan kuvvetlerin olmadığı varsayılarak) türetilebilir.

   • İş formülünü hesaplamak için kuvvet birimlerinin Newton cinsinden olması gerektiğini unutmayın.
   • Örneğimizde kuvvetin büyüklüğünü bilmediğimizi varsayalım. Ancak şunu varsayalım biliyoruz oyuncak trenin kütlesinin 0,5 kg olduğu ve bir kuvvetin trenin 0,7 metre/saniye hızla hızlanmasına neden olduğu 2 . Bu durumda M × A = 0,5 × 0,7 = ile çarpılarak değeri bulabiliriz. 0,35 Newton.

4. Kuvvet x Mesafeyi çarpın. Nesnenize etki eden kuvvetin miktarını ve hareket ettirildiği mesafeyi öğrendikten sonra gerisi kolay olacaktır. İş değerini elde etmek için bu iki değeri birbiriyle çarpmanız yeterlidir.

   • Örnek problemimizi çözmenin zamanı geldi. 0,35 Newton kuvvet değeri ve 2 metre yer değiştirme değeri ile cevabımız bir sorudur basit çarpma: 0,35 × 2 = 0,7 Joule.
   • Giriş bölümünde verilen formülde, formüle ek bir bölüm daha olduğunu fark etmişsinizdir: kosinüs (θ). Yukarıda tartışıldığı gibi bu örnekte kuvvet ve hareket yönü aynı yönde uygulanmaktadır. Bu, aralarındaki açının 0 o olduğu anlamına gelir. Kosinüs(0) = 1 olduğu için bunu dahil etmemize gerek yok; sadece 1 ile çarpmamız yeterli.

5. Cevabınızı Joule cinsinden ifade edin. Fizikte iş değerleri (ve diğer bazı miktarlar) neredeyse her zaman Joule adı verilen bir birimde verilir. Bir joule, metre başına uygulanan 1 Newton kuvvet, yani 1 Newton × metre olarak tanımlanır. Bu mantıklıdır; mesafeyi kuvvetle çarptığınız için, alacağınız cevabın, kuvvetinizin büyüklük birimi çarpı mesafeye eşit bir ölçüm birimine sahip olması mantıklıdır.

   Bölüm 2

   Açısal kuvvet kullanarak işin hesaplanması

   1. Her zamanki gibi kuvveti ve yer değiştirmeyi bulun. Yukarıda bir nesnenin kendisine uygulanan kuvvetle aynı yönde hareket ettiği bir problemle ilgilendik. Gerçekte durum her zaman böyle değildir. Bir cismin kuvvetinin ve hareketinin iki farklı yönde olduğu durumlarda, doğru bir sonuç elde etmek için iki yön arasındaki farkın da denklemde dikkate alınması gerekir. Öncelikle normalde yaptığınız gibi cismin kuvvetinin ve yer değiştirmesinin büyüklüğünü bulun.

      • Başka bir örnek soruna bakalım. Bu durumda diyelim ki yukarıdaki örnek problemdeki gibi oyuncak treni ileri doğru çekiyoruz ama bu sefer aslında çapraz bir açıyla yukarı doğru çekiyoruz. Bir sonraki adımda bunu hesaba katacağız ancak şimdilik temel bilgilere bağlı kalacağız: trenin hareketi ve ona etki eden kuvvetin miktarı. Bizim amaçlarımız açısından, diyelim ki kuvvet şu büyüklüktedir: 10 Newton ve o da aynısını sürdü 2 metre daha önce olduğu gibi ileri.

   2. Kuvvet vektörü ile yer değiştirme arasındaki açıyı bulun. Nesnenin hareketinden farklı yönde bir kuvvetin olduğu yukarıdaki örneklerden farklı olarak, iki yön arasındaki farkı, aralarındaki açı cinsinden bulmanız gerekir. Bu bilgi size sağlanmadıysa açıyı kendiniz ölçmeniz veya problemdeki diğer bilgilerden çıkarım yapmanız gerekebilir.

      • Örnek problemimiz için, uygulanan kuvvetin yaklaşık olarak 60 o üzerinde olduğunu varsayalım. yatay düzlem. Tren hala düz (yani yatay) olarak hareket ediyorsa, kuvvet vektörü ile trenin hareketi arasındaki açı şu şekilde olacaktır: 60°.

   3. Kuvvet × Mesafe × Kosinüs (θ) ile çarpın. Nesnenin yer değiştirmesini, ona etki eden kuvvetin miktarını ve kuvvet vektörü ile hareketi arasındaki açıyı öğrendikten sonra çözüm, açıyı hesaba katmadan neredeyse kolaydır. Sorununuzun cevabını Joule cinsinden bulmak için açının kosinüsünü alın (bunun için bilimsel bir hesap makinesine ihtiyacınız olabilir) ve bunu kuvvet ve yer değiştirmeyle çarpın.

      • Problemimizin bir örneğini çözelim. Bir hesap makinesi kullanarak 60 o'nun kosinüsünün 1/2'ye eşit olduğunu buluyoruz. Bunu formüle dahil edersek problemi şu şekilde çözebiliriz: 10 Newton × 2 metre × 1/2 = 10 Jul.

   Bölüm 3

   İş Değerini Kullanma

   1. Mesafeyi, kuvveti veya açıyı bulmak için formülü değiştirin. Yukarıda verilen iş formülü Sadece iş bulmak için faydalıdır - işin değerini zaten bildiğinizde bir denklemdeki değişkenleri bulmak için de faydalıdır. Bu durumlarda, aradığınız değişkeni izole edin ve denklemi cebirin temel kurallarına göre çözün.

      • Örneğin trenimizin 5 metrelik ray üzerinde çapraz açıyla 20 Newton'luk bir kuvvetle 86,6 Joule iş yapacak şekilde çekildiğini bildiğimizi varsayalım. Ancak kuvvet vektörünün açısını bilmiyoruz. Açıyı bulmak için bu değişkeni izole edip denklemi şu şekilde çözüyoruz: 86,6 = 20 × 5 × Kosinüs(θ) 86,6/100 = Kosinüs(θ) Arccos(0,866) = θ = 30:00

   2. Gücü bulmak için hareket etmek için harcanan zamana bölün. Fizikte iş, güç adı verilen başka bir ölçüm türüyle yakından ilgilidir. Güç, uzun bir süre boyunca belirli bir sistem üzerinde yürütülen işin hızını tanımlamanın bir yoludur. Yani gücü bulmak için tek yapmanız gereken, nesneyi hareket ettirmek için yapılan işi, hareketin tamamlanması için gereken süreye bölmektir. Güç ölçümleri W birimleriyle ifade edilir (Joule/saniyeye eşittir).

      • Örneğin yukarıdaki adımdaki örnek problem için trenin 5 metre ilerlemesinin 12 saniye sürdüğünü varsayalım. Bu durumda gücü hesaplamak için cevabı bulmak için tek yapmanız gereken onu 5 metre (86,6 J) hareket ettirmek için yapılan işi 12 saniyeye bölmek: 86,6/12 = " 7,22W.

   3. Bulmak için TME i + W nc = TME f formülünü kullanın mekanik enerji sistemde. Bir sistemin içerdiği enerji miktarını bulmak için de iş kullanılabilir. Yukarıdaki formülde TME i = ilk TME sistemindeki toplam mekanik enerji f = son sistemdeki toplam mekanik enerji ve W nc = iletişim sistemlerinde korunumlu olmayan kuvvetler nedeniyle yapılan iş. . Bu formülde, hareket yönünde bir kuvvet uygulanırsa pozitif, ona karşı (karşı) baskı yapılırsa negatif olur. Her iki enerji değişkeninin de (½)mv 2 formülü kullanılarak bulunabileceğini unutmayın; burada m = kütle ve V = hacim.

      • Örneğin, iki adım yukarıdaki örnek problem için, trenin başlangıçta toplam mekanik enerjisinin 100 J olduğunu varsayalım. Problemdeki kuvvet, treni halihazırda hareket ettiği yöne doğru çektiği için pozitiftir. Bu durumda trenin son enerjisi TME i + W nc = 100 + 86,6 = 186,6 J.
      • Korunumlu olmayan kuvvetlerin, bir nesnenin ivmesini etkileme gücü, nesnenin kat ettiği yola bağlı olan kuvvetler olduğuna dikkat edin. Sürtünme iyi örnek- Kısa, düz bir yol boyunca itilen bir nesne, kısa bir süre için sürtünmenin etkilerini hissederken, uzun bir süre boyunca itilen bir nesne, sürtünmenin etkilerini hissedecektir. dolambaçlı yol aynı son konuma giderken genel olarak daha fazla sürtünme yaşanacaktır.
   • Sorunu çözmeyi başarırsanız, gülümseyin ve kendi adınıza mutlu olun!
   • Mümkün olduğu kadar çözmeye çalışın Daha Bu, görevlerin tam olarak anlaşılmasını sağlar.
   • Pratik yapmaya devam edin ve ilk seferde başaramazsanız tekrar deneyin.
   • İşle ilgili aşağıdaki noktaları inceleyin:
     • Bir kuvvetin yaptığı iş pozitif ya da negatif olabilir. (Bu anlamda "olumlu veya olumsuz" terimlerinin matematiksel anlamı vardır, ancak sıradan anlamı vardır).
     • Kuvvet yer değiştirmenin tersi yönde etki ettiğinde yapılan iş negatiftir.
     • Kuvvet yer değiştirme yönünde olduğunda yapılan iş pozitiftir.

“İş nasıl ölçülür” konusunu açmadan önce küçük bir ara vermek gerekiyor. Bu dünyadaki her şey fizik kanunlarına uyar. Her süreç veya olgu belirli fizik yasalarına dayanarak açıklanabilir. Ölçülen her büyüklük için genellikle ölçüldüğü bir birim vardır. Ölçü birimleri sabittir ve dünyanın her yerinde aynı anlama gelir.

Bunun nedeni şudur. Bin dokuz yüz altmışta, Ağırlıklar ve Ölçüler Üzerine Onbirinci Genel Konferansta, dünya çapında tanınan bir ölçüm sistemi kabul edildi. Bu sisteme Le Système International d'Unités, SI (SI System International) adı verildi. Bu sistem dünya çapında kabul edilen ölçü birimlerinin ve bunların ilişkilerinin belirlenmesine temel teşkil etmiştir.

Fiziksel terimler ve terminoloji

Fizikte, kuvvet işinin ölçüm birimine, fizikte termodinamik dalının gelişimine büyük katkı sağlayan İngiliz fizikçi James Joule'ün onuruna J (Joule) adı verilir. Bir Joule işe eşit Uygulanması kuvvet yönünde bir M (metre) hareket ettiğinde, bir N'lik (Newton) bir kuvvet tarafından yapılır. Bir N (Newton) kuvvete eşit Kütlesi bir kg (kilogram), kuvvet yönünde bir m/s2 (saniyede metre) ivmeye sahip.

Bilginize. Fizikte her şey birbirine bağlıdır; herhangi bir işi gerçekleştirmek, ek eylemlerin gerçekleştirilmesini gerektirir. Örnek olarak evdeki bir vantilatörü alabiliriz. Fan prize takıldığında fan kanatları dönmeye başlar. Dönen kanatlar hava akışını etkileyerek ona yönsel hareket sağlar. Bu çalışmanın sonucudur. Ancak işi gerçekleştirmek için diğer dış güçlerin etkisi gereklidir, onsuz eylem imkansızdır. Bunlar elektrik akımı, güç, voltaj ve diğer birçok ilgili değeri içerir.

Elektrik akımı, özünde, bir iletkendeki elektronların birim zamanda düzenli hareketidir. Elektrik akımı pozitif veya negatif yüklü parçacıklara dayanır. Bunlara elektrik yükleri denir. Fransız bilim adamı ve mucit Charles Coulomb'un adını taşıyan C, q, Kl (Coulomb) harfleriyle gösterilir. SI sisteminde yüklü elektronların sayısı için bir ölçü birimidir. 1 C, içinden akan yüklü parçacıkların hacmine eşittir enine kesit Birim zaman başına iletken. Zamanın birimi bir saniyedir. Formül elektrik yükü aşağıdaki şekilde sunulmuştur.

Elektrik akımının gücü A (amper) harfiyle gösterilir. Amper, yükleri bir iletken boyunca hareket ettirmek için harcanan kuvvet çalışmasının ölçümünü karakterize eden fizikteki bir birimdir. Özünde, elektrik akımı- Bu, etki altındaki bir iletkendeki elektronların düzenli hareketidir. elektro manyetik alan. İletken, elektronların geçişine karşı çok az dirence sahip olan bir malzeme veya erimiş tuzdur (elektrolit). Elektrik akımının gücü iki fiziksel nicelikten etkilenir: voltaj ve direnç. Aşağıda tartışılacaktır. Akım gücü her zaman voltajla doğru orantılı, dirençle ters orantılıdır.

Yukarıda bahsedildiği gibi elektrik akımı, bir iletken içindeki elektronların düzenli hareketidir. Ancak bir uyarı var: Hareket etmek için belirli bir darbeye ihtiyaçları var. Bu etki potansiyel bir fark yaratılarak yaratılır. Elektrik yükü pozitif veya negatif olabilir. Pozitif yükler her zaman çabala negatif masraflar. Bu sistemin dengesi için gereklidir. Pozitif ve negatif yüklü parçacıkların sayısı arasındaki farka elektrik voltajı denir.

Güç, bir saniyelik bir sürede bir J (Joule) iş yapmak için harcanan enerji miktarıdır. Fizikteki ölçü birimi, SI sisteminde W (Watt) olarak W (Watt) olarak belirtilir. Elektrik gücü dikkate alındığında burada harcanan değerdir. elektrik enerjisi belirli bir eylemi belirli bir süre içinde gerçekleştirmek.

Hemen hemen herkes tereddüt etmeden cevap verecektir: ikincisinde. Ve yanılacaklar. Bunun tersi doğrudur. Fizikte mekanik iş anlatılır aşağıdaki tanımlarla: Mekanik iş, bir cisme bir kuvvet etki ettiğinde ve cisim hareket ettiğinde gerçekleştirilir. Mekanik iş, uygulanan kuvvet ve kat edilen mesafe ile doğru orantılıdır.

Mekanik çalışma formülü

Mekanik iş aşağıdaki formülle belirlenir:

burada A iş, F kuvvet, s ise kat edilen mesafedir.

POTANSİYEL (potansiyel fonksiyon), geniş bir fiziksel kuvvet alanı sınıfını (elektrik, yerçekimi vb.) ve genel olarak alanları karakterize eden bir kavram fiziksel büyüklükler, vektörlerle temsil edilir (akışkan hız alanı vb.). İÇİNDE genel durum potansiyel vektör alanı A( X,sen,z) böyle bir skaler fonksiyondur sen(X,sen,z) bu a=grad

35. Elektrik alanındaki iletkenler. Elektrik kapasitesi.Elektrik alanındaki iletkenler.İletkenler, bir elektrik alanının etkisi altında hareket edebilen çok sayıda serbest yük taşıyıcısının varlığıyla karakterize edilen maddelerdir. İletkenler arasında metaller, elektrolitler ve karbon bulunur. Metallerde serbest yüklerin taşıyıcıları, atomlar etkileşime girdiğinde "kendi" atomlarıyla bağlantıları tamamen kaybeden ve bir bütün olarak tüm iletkenin malı haline gelen atomların dış kabuklarının elektronlarıdır. Serbest elektronlar, gaz molekülleri gibi termal harekete katılırlar ve metal içerisinde herhangi bir yönde hareket edebilirler. Elektrik kapasitesi- Bir iletkenin özelliği, elektrik yükünü biriktirme yeteneğinin ölçüsü. Teorik olarak elektrik devreleri kapasitans, iki iletken arasındaki karşılıklı kapasitanstır; iki terminalli bir ağ şeklinde sunulan bir elektrik devresinin kapasitif elemanının parametresi. Bu kapasitans, elektrik yükünün büyüklüğünün bu iletkenler arasındaki potansiyel farkına oranı olarak tanımlanır.

36. Paralel plakalı bir kapasitörün kapasitansı.

Kapasite düz kapasitör.

O. Düz bir kapasitörün kapasitansı yalnızca boyutuna, şekline ve dielektrik sabitine bağlıdır. Yüksek kapasiteli bir kapasitör oluşturmak için plakaların alanını arttırmak ve dielektrik tabakanın kalınlığını azaltmak gerekir.

37. Boşluktaki akımların manyetik etkileşimi. Ampere yasası.Ampere yasası. 1820'de Ampere (Fransız bilim adamı (1775-1836)) deneysel olarak hesaplanabilecek bir yasa oluşturdu. akım taşıyan uzunlukta bir iletken elemana etki eden kuvvet.

manyetik indüksiyon vektörü nerede, akım yönünde çizilen iletkenin uzunluğunun elemanının vektörüdür.

Kuvvet modülü, iletkendeki akımın yönü ile manyetik alan indüksiyonunun yönü arasındaki açıdır. Düzgün bir alanda akım taşıyan düz uzunlukta bir iletken için

Etki eden kuvvetin yönü kullanılarak belirlenebilir. sol el kuralları:

Sol elin avuç içi, manyetik alanın normal (akım) bileşeni avuç içine girecek şekilde konumlandırılmışsa ve uzatılmış dört parmak akım boyunca yönlendirilmişse, o zaman başparmak, Amper kuvvetinin hangi yönde olduğunu gösterecektir. davranır.

38. Manyetik alan kuvveti. Biot-Savart-Laplace YasasıManyetik alan gücü(standart tanım N ) - vektör fiziksel miktar, vektörün farkına eşit manyetik indüksiyon B Ve mıknatıslanma vektörü J .

İÇİNDE Uluslararası Birim Sistemi (SI): Nerede- manyetik sabit.

BSL Kanunu. Bireysel bir akım elemanının manyetik alanını belirleyen yasa

39. Bio-Savart-Laplace yasasının uygulamaları. Doğru akım alanı için

Dairesel bir dönüş için.

Ve solenoid için

40. Manyetik alan indüksiyonu Bir manyetik alan, manyetik alan indüksiyonu (uzayda belirli bir noktada manyetik alanın kuvvet karakteristiği olan bir vektör miktarı) adı verilen bir vektör miktarı ile karakterize edilir. Mİ. (B) bu iletkenlere etki eden bir kuvvet değildir, bu, verilen bir kuvvet aracılığıyla bulunan bir miktardır. aşağıdaki formül: B=F / (I*l) (Sözlü olarak: MI vektör modülü. (B) orana eşit manyetik alanın, manyetik çizgilere dik olarak yerleştirilmiş akım taşıyan bir iletken üzerinde etki ettiği kuvvet F modülü, iletken I'deki akım gücüne ve iletken l'in uzunluğuna. Manyetik indüksiyon yalnızca manyetik alana bağlıdır. Bu bağlamda indüksiyon, manyetik alanın niceliksel bir özelliği olarak düşünülebilir. Manyetik alanın, hızla hareket eden bir yüke hangi kuvvetle (Lorentz kuvveti) etki ettiğini belirler. MI Tesla (1 Tesla) cinsinden ölçülür. Bu durumda 1 T=1 N/(A*m). MI'nın bir yönü vardır. Grafiksel olarak çizgiler şeklinde çizilebilir. Düzgün bir manyetik alanda MI çizgileri paraleldir ve MI vektörü tüm noktalarda aynı şekilde yönlendirilecektir. Düzgün olmayan bir manyetik alan durumunda, örneğin akım taşıyan bir iletkenin etrafındaki alan, manyetik indüksiyon vektörü, iletkenin etrafındaki uzaydaki her noktada değişecek ve bu vektöre teğetler, iletkenin etrafında eş merkezli daireler oluşturacaktır. .

41. Bir parçacığın manyetik alandaki hareketi. Lorentz kuvveti. a) - Eğer bir parçacık düzgün bir manyetik alan bölgesine doğru uçuyorsa ve V vektörü B vektörüne dik ise, Lorentz kuvveti Fl=mV^2 olduğundan R=mV/qB yarıçaplı bir daire içinde hareket eder. /R merkezcil kuvvet rolünü oynar. Dönüş periyodu T=2piR/V=2pim/qB'ye eşittir ve parçacık hızına bağlı değildir (Bu sadece V için geçerlidir)<<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.

Manyetik kuvvet şu ilişkiyle belirlenir: Fl = q·V·B·sina (q, hareket eden yükün büyüklüğüdür; V, hızının modülüdür; B, manyetik alan indüksiyon vektörünün modülüdür; alfa, V vektörü ile B vektörü arasındaki açı) Lorentz kuvveti hıza dik olduğundan iş yapmaz, yük hızının modülünü ve kinetik enerjisini değiştirmez. Ancak hızın yönü sürekli değişmektedir. Lorentz kuvveti, B ve v vektörlerine diktir ve yönü, Amper kuvvetinin yönü ile aynı sol el kuralı kullanılarak belirlenir: eğer sol el, manyetik indüksiyon B'nin bileşeni, kuvvete dik olacak şekilde konumlandırılırsa Yükün hızı avuç içine girer ve dört parmak pozitif yükün hareketi boyunca (negatifin hareketine karşı) yönlendirilir, daha sonra başparmak 90 derece bükülür ve üzerine etki eden Lorentz kuvveti F l'nin yönünü gösterir. ücret.

Günlük yaşamda sıklıkla iş gibi bir kavramla karşılaşırsınız. Bu kelimenin fizikte anlamı nedir ve elastik kuvvetin işi nasıl belirlenir? Bu soruların cevaplarını makalede bulacaksınız.

Mekanik iş

İş, kuvvet ve yer değiştirme arasındaki ilişkiyi karakterize eden skaler cebirsel bir niceliktir. Bu iki değişkenin yönü çakışıyorsa aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

• F- işi yapan kuvvet vektörünün modülü;
• S- yer değiştirme vektör modülü.

Bir cisme etki eden kuvvet her zaman iş yapmaz. Örneğin yerçekiminin yaptığı iş, eğer yönü cismin hareketine dik ise sıfırdır.

Kuvvet vektörü yer değiştirme vektörüyle sıfır olmayan bir açı oluşturuyorsa işi belirlemek için başka bir formül kullanılmalıdır:

A=FScosα

α - kuvvet ve yer değiştirme vektörleri arasındaki açı.

Araç, mekanik iş kuvvetin yer değiştirme yönündeki izdüşümünün ve yer değiştirme modülünün ürünüdür veya yer değiştirmenin kuvvet yönündeki izdüşümünün ve bu kuvvetin modülünün ürünüdür.

Mekanik çalışma işareti

Kuvvetin cismin hareketine göre yönüne bağlı olarak A işi şöyle olabilir:

• pozitif (0°≤ α<90°);
• negatif (90°<α≤180°);
• sıfıra eşit (α=90°).

A>0 ise cismin hızı artar. Bir örnek, ağaçtan yere düşen bir elmadır. A'da<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

SI (Uluslararası Birim Sistemi) iş birimi Joule'dür (1N*1m=J). Bir joule, değeri 1 Newton olan bir kuvvetin, bir cisim kuvvet yönünde 1 metre hareket ettiğinde yaptığı iştir.

Elastik kuvvetin işi

Kuvvet işi grafiksel olarak da belirlenebilir. Bunu yapmak için, F s (x) grafiğinin altındaki eğrisel şeklin alanını hesaplayın.

Böylece elastik kuvvetin yayın uzamasına bağımlılığının grafiğinden elastik kuvvetin çalışmasına ilişkin formül elde edilebilir.

Şuna eşittir:

A=kx 2/2

• k- sertlik;
• X- mutlak uzama.

Ne öğrendik?

Mekanik iş, bir cismin hareketine yol açan bir kuvvet uygulandığında gerçekleştirilir. Kuvvet ile yer değiştirme arasında oluşan açıya bağlı olarak iş sıfır olabilir veya negatif veya pozitif işarete sahip olabilir. Elastik kuvvet örneğini kullanarak işi belirlemek için grafiksel bir yöntem öğrendiniz.

Mekanik çalışma. İş birimleri.

Günlük yaşamda her şeyi “iş” kavramından anlıyoruz.

Fizikte kavram İş biraz farklı. Belirli bir fiziksel miktardır, yani ölçülebilir. Fizikte öncelikle incelenir mekanik iş .

Mekanik çalışma örneklerine bakalım.

Tren elektrikli lokomotifin çekiş kuvveti altında hareket eder ve mekanik iş yapılır. Bir silah ateşlendiğinde, toz gazların basınç kuvveti işe yarar; mermiyi namlu boyunca hareket ettirir ve merminin hızı artar.

Bu örneklerden, bir cisim kuvvetin etkisi altında hareket ettiğinde mekanik işin yapıldığı açıktır. Bir cisme etki eden kuvvetin (örneğin sürtünme kuvveti) hareket hızını azaltması durumunda da mekanik çalışma gerçekleştirilir.

Dolabı hareket ettirmek istediğimizde sertçe bastırıyoruz ama hareket etmiyorsa mekanik iş yapmıyoruz. Bir cismin kuvvetlerin katılımı olmadan (atalet yoluyla) hareket ettiği bir durum hayal edilebilir; bu durumda mekanik iş de yapılmaz.

Bu yüzden, Mekanik iş yalnızca bir cismin üzerine bir kuvvet etki ettiğinde ve cisim hareket ettiğinde yapılır .

Cismin üzerine etkiyen kuvvet ne kadar büyük olursa ve bu kuvvetin etkisi altında cismin kat ettiği yol ne kadar uzun olursa, yapılan işin de o kadar büyük olacağını anlamak zor değildir.

Mekanik iş, uygulanan kuvvetle doğru orantılı ve kat edilen mesafeyle doğru orantılıdır. .

Bu nedenle, mekanik işi kuvvetin ve bu kuvvetin bu yönünde kat edilen yolun çarpımı ile ölçmeye karar verdik:

iş = kuvvet × yol

Nerede A- İş, F- güç ve S- kat edilen mesafe.

Bir birim iş, 1 N'lik bir kuvvetin 1 m'lik yol üzerinde yaptığı iş olarak alınır.

İş birimi - joule (J ) adını İngiliz bilim adamı Joule'den almıştır. Böylece,

1J = 1Nm.

Ayrıca kullanılmış kilojoule (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Formül bir = Fs kuvvet uygulandığında uygulanabilir F sabittir ve vücudun hareket yönü ile çakışır.

Eğer kuvvetin yönü cismin hareket yönü ile çakışıyorsa bu kuvvet pozitif iş yapar.

Eğer cisim uygulanan kuvvetin yönünün tersi yönde hareket ediyorsa (örneğin kayma sürtünme kuvveti), bu kuvvet negatif iş yapar.

Cismin üzerine etki eden kuvvetin yönü hareket yönüne dik ise bu kuvvet iş yapmaz, iş sıfırdır:

Gelecekte mekanik işlerden bahsederken, buna kısaca tek kelimeyle iş diyeceğiz.

Örnek. Hacmi 0,5 m3 olan bir granit levhayı 20 m yüksekliğe kaldırırken yapılan işi hesaplayınız. Granitin yoğunluğu 2500 kg/m3'tür.

Verilen:

ρ = 2500 kg/m3

Çözüm:

burada F, levhayı eşit şekilde yukarı kaldırmak için uygulanması gereken kuvvettir. Bu kuvvet, modül olarak levhaya etki eden F-iplik kuvvetine eşittir, yani F = F-iplikçik. Ve yer çekimi kuvveti kütüğün kütlesiyle belirlenebilir: Fağırlık = gm. Hacmini ve granit yoğunluğunu bilerek levhanın kütlesini hesaplayalım: m = ρV; s = h, yani yol kaldırma yüksekliğine eşittir.

Yani 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.

Cevap: A =245 kJ.

Kaldıraçlar.Güç.Enerji

Farklı motorların aynı işi tamamlamak için farklı sürelere ihtiyaçları vardır. Örneğin bir inşaat sahasındaki vinç, yüzlerce tuğlayı birkaç dakika içinde binanın en üst katına kaldırıyor. Bu tuğlalar bir işçi tarafından taşınsaydı, bunu yapması birkaç saatini alırdı. Başka bir örnek. Bir at, bir hektarlık araziyi 10-12 saatte sürerken, çok paylaşımlı pulluğa sahip bir traktör ( saban demiri- toprak katmanını aşağıdan kesen ve onu çöplüğe aktaran sabanın bir kısmı; çoklu pulluk demiri - birçok pulluk demiri), bu iş 40-50 dakikada tamamlanacak.

Vincin aynı işi işçiden daha hızlı yaptığı, traktörün ise aynı işi attan daha hızlı yaptığı açıktır. İşin hızı, güç adı verilen özel bir miktarla karakterize edilir.

Güç, işin yapıldığı zamana oranına eşittir.

Gücü hesaplamak için işi, bu işin yapıldığı zamana bölmeniz gerekir. güç = iş/zaman.

Nerede N- güç, A- İş, T- yapılan işin süresi.

Güç, her saniye aynı iş yapıldığında sabit bir miktardır; diğer durumlarda oran; A/t ortalama gücü belirler:

N ortalama = A/t . Gücün birimi, 1 saniyede J kadar iş yapılan güç olarak alınır.

Bu birime watt denir ( W) başka bir İngiliz bilim adamı Watt'ın onuruna.

1 watt = 1 joule/1 saniye, veya 1 W = 1 J/sn.

Watt (saniye başına joule) - W (1 J/s).

Daha büyük güç birimleri teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. kilovat (kW), megawatt (MW) .

1 MW = 1.000.000 W

1 kW = 1000 W

1 mW = 0,001 W

1 W = 0,000001 MW

1 W = 0,001 kW

1 W = 1000 mW

Örnek. Şelalenin yüksekliği 25 m ve akış hızı dakikada 120 m3 olduğuna göre barajdan akan su akışının gücünü bulunuz.

Verilen:

ρ = 1000 kg/m3

Çözüm:

Düşen suyun kütlesi: m = ρV,

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

Suya etki eden yerçekimi:

F = 9,8 m/s2 120.000 kg ≈ 1.200.000 N (12 105 N)

Dakikada akışa göre yapılan iş:

A - 1.200.000 N · 25 m = 30.000.000 J (3 · 107 J).

Akış gücü: N = A/t,

N = 30.000.000 J / 60 sn = 500.000 W = 0,5 MW.

Cevap: N = 0,5 MW.

Çeşitli motorlar, kilovatın yüzde biri ve onda biri (elektrikli tıraş makinesinin motoru, dikiş makinesi) ile yüzbinlerce kilovat (su ve buhar türbinleri) arasında değişen güçlere sahiptir.

Tablo 5.

Bazı motorların gücü, kW.

Her motorun, gücü de dahil olmak üzere motor hakkında bazı bilgileri gösteren bir plakası (motor pasaportu) vardır.

Normal çalışma koşullarında insan gücü ortalama 70-80 W'tır. Merdivenlerden atlarken veya koşarken, kişi 730 W'a kadar ve bazı durumlarda daha da fazla güç geliştirebilir.

N = A/t formülünden şu sonuç çıkar:

İşi hesaplamak için gücü bu işin yapıldığı zamanla çarpmak gerekir.

Örnek. Oda fan motorunun gücü 35 watt'tır. 10 dakikada ne kadar iş yapar?

Sorunun koşullarını yazıp çözelim.

Verilen:

Çözüm:

A = 35 W * 600s = 21.000 W * s = 21.000 J = 21 kJ.

Cevap A= 21kJ.

Basit mekanizmalar.

Çok eski zamanlardan beri insan, mekanik işleri gerçekleştirmek için çeşitli cihazlar kullanmıştır.

Herkes, elle hareket ettirilemeyen ağır bir nesnenin (bir taş, bir dolap, bir takım tezgahı), yeterince uzun bir çubuk - bir kol yardımıyla hareket ettirilebileceğini bilir.

Şu anda, üç bin yıl önce Eski Mısır'daki piramitlerin inşası sırasında kaldıraçlar yardımıyla ağır taş levhaların hareket ettirilip büyük yüksekliklere kaldırıldığı düşünülüyor.

Çoğu durumda, ağır bir yükü belirli bir yüksekliğe kaldırmak yerine, eğimli bir düzlem boyunca aynı yüksekliğe kadar yuvarlanabilir, çekilebilir veya bloklar kullanılarak kaldırılabilir.

Kuvveti dönüştürmek için kullanılan cihazlara denir mekanizmalar .

Basit mekanizmalar şunları içerir: kaldıraçlar ve çeşitleri - blok, kapı; eğik düzlem ve çeşitleri - kama, vida. Çoğu durumda, güç kazanmak, yani vücuda etki eden kuvveti birkaç kez artırmak için basit mekanizmalar kullanılır.

Hem evlerde hem de büyük çelik levhaları kesen, büken ve damgalayan veya kumaşların yapıldığı en ince iplikleri çeken tüm karmaşık endüstriyel ve endüstriyel makinelerde basit mekanizmalar bulunur. Aynı mekanizmalar modern karmaşık otomatik makinelerde, baskı ve sayma makinelerinde de bulunabilir.

Kaldıraç. Kol üzerindeki kuvvetlerin dengesi.

En basit ve en yaygın mekanizma olan kolu ele alalım.

Kol, sabit bir desteğin etrafında dönebilen sert bir gövdedir.

Resimler, bir işçinin yükü kaldırmak için levyeyi nasıl kaldıraç olarak kullandığını gösteriyor. İlk durumda işçi zorla F levyenin ucuna basar B, ikincisinde - ucu yükseltir B.

İşçinin yükün ağırlığını aşması gerekiyor P- dikey olarak aşağıya doğru yönlendirilen kuvvet. Bunu yapmak için levyeyi tek noktadan geçen bir eksen etrafında döndürür. hareketsiz kırılma noktası desteğinin noktasıdır HAKKINDA. Kuvvet Fİşçinin kaldıraç üzerinde hareket ettiği kuvvet daha az olur P böylece işçi alır güç kazanmak. Bir kaldıraç kullanarak tek başınıza kaldıramayacağınız kadar ağır bir yükü kaldırabilirsiniz.

Şekil, dönme ekseni olan bir kolu göstermektedir. HAKKINDA(dayanak noktası) kuvvetlerin uygulama noktaları arasında bulunur A Ve İÇİNDE. Başka bir resim bu kolun diyagramını göstermektedir. Her iki kuvvet F 1 ve F Kola etki eden 2 adet tek yönde yönlendirilir.

Dayanak noktası ile kuvvetin kaldıraca etki ettiği düz çizgi arasındaki en kısa mesafeye kuvvet kolu denir.

Bu dikin uzunluğu bu kuvvetin kolu olacaktır. Şekil şunu gösteriyor OA- omuz gücü F 1; doğum günü- omuz gücü F 2. Kola etki eden kuvvetler, kolu kendi ekseni etrafında iki yönde döndürebilir: saat yönünde veya saat yönünün tersine. Evet, güç F 1 kolu saat yönünde döndürür ve kuvvet F 2 saat yönünün tersine döndürür.

Kendisine uygulanan kuvvetlerin etkisi altında kaldıracın dengede olduğu durum deneysel olarak belirlenebilir. Kuvvetin sonucunun sadece sayısal değerine (modülüne) değil, aynı zamanda cisme uygulandığı noktaya veya nasıl yönlendirildiğine de bağlı olduğu unutulmamalıdır.

Dayanak noktasının her iki tarafındaki kaldıraca (şekle bakın) çeşitli ağırlıklar asılır, böylece kaldıraç her seferinde dengede kalır. Kola etki eden kuvvetler bu yüklerin ağırlıklarına eşittir. Her durumda kuvvet modülleri ve omuzları ölçülür. Şekil 154'te gösterilen deneyimden, kuvvet 2'nin olduğu açıktır. N kuvveti dengeler 4 N. Bu durumda şekilden de görülebileceği gibi kuvveti az olan omuz, kuvveti fazla olan omuzdan 2 kat daha büyüktür.

Bu tür deneylere dayanarak kaldıraç dengesinin koşulu (kural) oluşturuldu.

Bir kaldıraca etki eden kuvvetler, bu kuvvetlerin kolları ile ters orantılı olduğunda dengededir.

Bu kural bir formül olarak yazılabilir:

F 1/F 2 = ben 2/ ben 1 ,

Nerede F 1Ve F 2 - kola etki eden kuvvetler, ben 1Ve ben 2 , - bu kuvvetlerin omuzları (şekle bakın).

Kaldıraç dengesi kuralı Arşimed tarafından 287 - 212 civarında kurulmuştur. M.Ö. e. (ama son paragrafta kaldıraçların Mısırlılar tarafından kullanıldığı söylendi mi? Yoksa “kurulu” kelimesi burada önemli bir rol oynuyor mu?)

Bu kuraldan, bir kaldıraç kullanılarak daha büyük bir kuvveti dengelemek için daha küçük bir kuvvetin kullanılabileceği sonucu çıkar. Kolun bir kolu diğerinden 3 kat daha büyük olsun (şekle bakın). Daha sonra B noktasına örneğin 400 N'lik bir kuvvet uygulayarak 1200 N ağırlığındaki bir taşı kaldırabilirsiniz. Daha da ağır bir yükü kaldırmak için işçinin hareket ettiği kaldıraç kolunun uzunluğunu artırmanız gerekir.

Örnek. Bir işçi, bir kaldıraç kullanarak 240 kg ağırlığındaki bir levhayı kaldırıyor (bkz. Şekil 149). Küçük kol 0,6 m ise, 2,4 m'lik daha büyük kaldıraç koluna hangi kuvveti uygular?

Sorunun koşullarını yazıp çözelim.

Verilen:

Çözüm:

Kaldıraç dengesi kuralına göre F1/F2 = l2/l1, dolayısıyla F1 = F2 l2/l1, burada F2 = P taşın ağırlığıdır. Taş ağırlığı asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

O zaman F1 = 2400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Cevap: F1 = 600 N.

Örneğimizde işçi kaldıraca 600 N kuvvet uygulayarak 2400 N kuvvetin üstesinden gelmektedir. Ancak bu durumda işçinin etki ettiği kol, taşın ağırlığının etki ettiği koldan 4 kat daha uzundur. ( ben 1 : ben 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Kaldıraç kuralını uygulayarak daha küçük bir kuvvet, daha büyük bir kuvveti dengeleyebilir. Bu durumda, daha az kuvvete sahip olan omuz, daha fazla kuvvete sahip olan omuzdan daha uzun olmalıdır.

Güç anı.

Kaldıraç dengesi kuralını zaten biliyorsunuz:

F 1 / F 2 = ben 2 / ben 1 ,

Oran özelliğini kullanarak (uç elemanların çarpımı orta elemanların çarpımına eşittir), bunu şu şekilde yazıyoruz:

F 1ben 1 = F 2 ben 2 .

Eşitliğin sol tarafında kuvvetin çarpımı var F 1 omzunda ben 1 ve sağda - kuvvetin ürünü F 2 omzunda ben 2 .

Cismi ve omzunu döndüren kuvvetin modülünün çarpımına denir. kuvvet anı; M harfiyle gösterilir. Bu şu anlama gelir:

Bir kaldıraç, onu saat yönünde döndüren kuvvetin momenti, onu saat yönünün tersine döndüren kuvvetin momentine eşitse, iki kuvvetin etkisi altında dengededir.

Bu kurala denir anların kuralı , bir formül olarak yazılabilir:

M1 = M2

Aslında ele aldığımız deneyde (§ 56), etki eden kuvvetler 2 N ve 4 N'ye eşitti, omuzları sırasıyla 4 ve 2 kaldıraç basıncına tekabül ediyordu, yani bu kuvvetlerin momentleri kaldıraç dengedeyken aynıdır. .

Herhangi bir fiziksel nicelik gibi kuvvet momenti de ölçülebilir. Kuvvet momentinin birimi, kolu tam olarak 1 m olan 1 N kuvvet momenti olarak alınmıştır.

Bu birime denir Newton metre (N m).

Kuvvet momenti, bir kuvvetin hareketini karakterize eder ve bunun aynı anda hem kuvvetin modülüne hem de kaldıracına bağlı olduğunu gösterir. Aslında, örneğin bir kapıya uygulanan kuvvetin etkisinin hem kuvvetin büyüklüğüne hem de kuvvetin uygulandığı yere bağlı olduğunu zaten biliyoruz. Kapıyı döndürmek ne kadar kolaysa, dönme ekseninden o kadar uzağa etki eden kuvvet uygulanır. Somunu kısa bir anahtarla sökmek yerine uzun bir anahtarla sökmek daha iyidir. Kovayı kuyudan kaldırmak ne kadar kolaysa, kapının kolu da o kadar uzun olur vb.

Teknoloji, günlük yaşam ve doğadaki kaldıraçlar.

Kaldıraç kuralı (veya anlar kuralı), teknolojide ve güç kazanmanın veya seyahat etmenin gerekli olduğu günlük yaşamda kullanılan çeşitli araç ve cihazların eyleminin temelini oluşturur.

Makasla çalışırken güç kazancımız olur. Makas - bu bir kaldıraç(şekil), dönme ekseni, makasın her iki yarısını birbirine bağlayan bir vida aracılığıyla meydana gelir. Hareket gücü F 1, makası tutan kişinin elinin kas gücüdür. Karşı kuvvet F 2, makasla kesilen malzemenin direnç kuvvetidir. Makasın amacına bağlı olarak tasarımları değişir. Kağıt kesmek için tasarlanan ofis makası, uzun bıçaklara ve neredeyse aynı uzunlukta saplara sahiptir. Kağıdı kesmek fazla güç gerektirmez ve uzun bıçak, düz bir çizgide kesmeyi kolaylaştırır. Sac kesme makaslarının (Şek.) sapları bıçaklardan çok daha uzundur, çünkü metalin direnç kuvveti büyüktür ve onu dengelemek için etki kuvvetinin kolunun önemli ölçüde arttırılması gerekir. Sapların uzunluğu ile kesme parçasının dönme eksenine olan mesafesi arasındaki fark daha da fazladır tel kesiciler(Şek.), tel kesmek için tasarlanmıştır.

Birçok makinede farklı tipte kaldıraçlar bulunur. Bir dikiş makinesinin kolu, bir bisikletin pedalları veya el freni, bir araba ve traktörün pedalları ve bir piyanonun tuşları, bu makine ve aletlerde kullanılan kaldıraç örnekleridir.

Kaldıraçların kullanımına örnek olarak mengenelerin ve tezgahların kolları, bir delme makinesinin kolu vb. gösterilebilir.

Kaldıraçlı terazilerin hareketi, kaldıraç prensibine dayanmaktadır (Şek.). Şekil 48'de (s. 42) gösterilen eğitim ölçekleri şu şekilde hareket eder: eşit kol kolu . İÇİNDE ondalık ölçekler Ağırlıklı bardağın asıldığı omuz, yükü taşıyan omuzdan 10 kat daha uzundur. Bu, büyük yüklerin tartılmasını çok daha kolay hale getirir. Bir yükü ondalık terazide tartarken ağırlıkların kütlesini 10 ile çarpmanız gerekir.

Arabaların yük vagonlarını tartmaya yönelik terazi cihazı da kaldıraç kuralına dayanmaktadır.

Kaldıraçlar ayrıca hayvan ve insan vücudunun farklı yerlerinde de bulunur. Bunlar örneğin kollar, bacaklar, çenelerdir. Böceklerin vücudunda (böcekler ve vücutlarının yapısı hakkında bir kitap okuyarak), kuşlarda ve bitkilerin yapısında birçok kaldıraç bulunabilir.

Kaldıracın denge kanununun bir bloğa uygulanması.

Engellemek Bir tutucuya monte edilmiş, oluklu bir tekerlektir. Blok oluğundan bir halat, kablo veya zincir geçirilir.

Sabit blok Buna ekseni sabit olan ve yük kaldırırken yükselip alçalmayan bloğa denir (Şek.).

Sabit bir blok, kuvvetlerin kollarının tekerleğin yarıçapına eşit olduğu eşit kollu bir kaldıraç olarak düşünülebilir (Şekil): OA = OB = r. Böyle bir blok güç kazancı sağlamaz. ( F 1 = F 2), ancak kuvvetin yönünü değiştirmenizi sağlar. Hareketli blok - bu bir blok. ekseni yük ile birlikte yükselip alçalan (Şek.). Şekil ilgili kolu göstermektedir: HAKKINDA- kolun dayanak noktası, OA- omuz gücü R Ve doğum günü- omuz gücü F. Omuzdan beri doğum günü Omuzun 2 katı OA, o zaman güç F 2 kat daha az kuvvet R:

F = P/2 .

Böylece, hareketli blok, mukavemette 2 kat artış sağlar .

Bu, kuvvet momenti kavramı kullanılarak kanıtlanabilir. Blok dengede olduğunda kuvvetlerin momentleri F Ve R birbirine eşittir. Ama gücün omuzu F kaldıracın 2 katı R ve dolayısıyla gücün kendisi F 2 kat daha az kuvvet R.

Genellikle pratikte sabit bir blok ve hareketli bir bloktan oluşan bir kombinasyon kullanılır (Şekil). Sabit blok yalnızca kolaylık sağlamak amacıyla kullanılır. Kuvvetten kazanç sağlamaz ancak kuvvetin yönünü değiştirir. Örneğin yerde dururken bir yükü kaldırmanıza olanak sağlar. Bu, birçok kişi veya çalışan için kullanışlıdır. Ancak normalden 2 kat daha fazla güç kazancı sağlar!

Basit mekanizmaları kullanırken iş eşitliği. Mekaniğin "altın kuralı".

Düşündüğümüz basit mekanizmalar, bir kuvvetin etkisiyle başka bir kuvveti dengelemenin gerekli olduğu durumlarda iş yaparken kullanılır.

Doğal olarak şu soru ortaya çıkıyor: Güç veya yolda kazanç sağlarken, basit mekanizmalar işte kazanç sağlamaz mı? Bu sorunun cevabını deneyimlerden alabilirsiniz.

Bir kaldıraç üzerindeki iki farklı büyüklükteki kuvveti dengeleyerek F 1 ve F 2 (şek.), kolu harekete geçirin. Aynı zamanda daha küçük kuvvetin uygulama noktasının da olduğu ortaya çıktı F 2 daha da ileri gidiyor S 2 ve daha büyük kuvvetin uygulama noktası F 1 - daha kısa yol S 1. Bu yolları ve kuvvet modüllerini ölçtükten sonra, kaldıraç üzerindeki kuvvetlerin uygulama noktalarının kat ettiği yolların kuvvetlerle ters orantılı olduğunu bulduk:

S 1 / S 2 = F 2 / F 1.

Böylece kaldıracın uzun koluna etki ederek güç kazanırız ama aynı zamanda yol boyunca aynı miktarda kaybederiz.

Kuvvet ürünü F yolda S iş var. Deneylerimiz kaldıraca uygulanan kuvvetlerin yaptığı işin birbirine eşit olduğunu gösteriyor:

F 1 S 1 = F 2 S 2, yani A 1 = A 2.

Bu yüzden, Kaldıraç kullandığınızda iş yerinde kazanamazsınız.

Kaldıraç kullanarak ya güç ya da mesafe kazanabiliriz. Kaldıracın kısa koluna kuvvet uyguladığımızda mesafe kazanırız, ancak aynı miktarda güç kaybederiz.

Kaldıraç kuralının keşfinden memnun olan Arşimet'in şöyle haykırdığı bir efsane vardır: "Bana bir dayanak noktası verin, Dünya'yı ters çevireyim!"

Elbette Arşimet, kendisine bir dayanak noktası (Dünyanın dışında olması gerekirdi) ve gerekli uzunlukta bir kaldıraç verilse bile böyle bir görevle baş edemezdi.

Dünyayı sadece 1 cm yükseltmek için kaldıracın uzun kolunun çok büyük uzunlukta bir yay oluşturması gerekir. Kolun uzun ucunu bu yol boyunca örneğin 1 m/s hızla hareket ettirmek milyonlarca yıl alır!

Sabit bir blok iş kazancı sağlamaz, deneysel olarak doğrulanması kolaydır (şekle bakın). Kuvvetlerin uygulama noktalarının kat ettiği yollar F Ve F, aynıdır, kuvvetler aynıdır ve bu nedenle iş aynıdır.

Hareketli bir blok yardımıyla yapılan işi ölçebilir ve karşılaştırabilirsiniz. Hareketli bir blok kullanarak bir yükü h yüksekliğine kaldırmak için, deneyimin gösterdiği gibi (Şekil) dinamometrenin bağlı olduğu halatın ucunu 2h yüksekliğe kadar hareket ettirmek gerekir.

Böylece, 2 kat güç kazancı elde ederek yolda 2 kat kaybederler, bu nedenle hareketli blok iş kazancı sağlamaz.

Asırlardır süren uygulamalar şunu göstermiştir: Mekanizmaların hiçbiri performans artışı sağlamaz.Çalışma koşullarına bağlı olarak güçte veya seyahatte kazanmak için çeşitli mekanizmalar kullanırlar.

Eski bilim adamları, tüm mekanizmalara uygulanabilecek bir kuralı zaten biliyorlardı: Kuvvette ne kadar kazanırsak kazanalım, uzaktan da aynı sayıda kaybederiz. Bu kurala mekaniğin "altın kuralı" adı verilmiştir.

Mekanizmanın verimliliği.

Kolun tasarımını ve hareketini değerlendirirken kolun ağırlığının yanı sıra sürtünmeyi de hesaba katmadık. bu ideal koşullar altında uygulanan kuvvetin yaptığı işe (buna iş diyeceğiz) tam dolu), eşittir kullanışlı yükleri kaldırmak veya herhangi bir direncin üstesinden gelmek için çalışın.

Uygulamada bir mekanizmanın yaptığı toplam iş, her zaman faydalı işten biraz daha fazladır.

İşin bir kısmı mekanizmadaki sürtünme kuvvetine karşı ve mekanizmanın tek tek parçalarının hareket ettirilmesiyle yapılır. Yani hareketli bir blok kullanırken, bloğun kendisini, ipi kaldırmak ve bloğun eksenindeki sürtünme kuvvetini belirlemek için ek olarak iş yapmanız gerekir.

Hangi mekanizmayı kullanırsak alalım, onun yardımıyla yapılan faydalı iş her zaman toplam işin sadece bir kısmını oluşturur. Bu, yararlı işi Ap harfiyle, toplam (harcanan) işi Az harfiyle göstererek şunları yazabileceğimiz anlamına gelir:

Yukarı< Аз или Ап / Аз < 1.

Yararlı işin toplam işe oranına mekanizmanın verimliliği denir.

Verimlilik faktörü verimlilik olarak kısaltılır.

Verimlilik = Ap / Az.

Verimlilik genellikle yüzde olarak ifade edilir ve “eta” olarak okunan Yunanca η harfiyle gösterilir:

η = Ap / Az · %100.

Örnek: 100 kg ağırlığındaki bir yük bir kolun kısa koluna asılmaktadır. Kaldırmak için uzun kola 250 N'luk bir kuvvet uygulanıyor. Yük h1 = 0,08 m yüksekliğe kaldırılıyor, itici kuvvetin uygulama noktası ise h2 = 0,4 m yüksekliğe düşüyor. kolun verimliliği.

Sorunun koşullarını yazıp çözelim.

Verilen :

Çözüm :

η = Ap / Az · %100.

Toplam (harcanan) iş Az = Fh2.

Faydalı iş 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.

Cevap : η = %80.

Ancak “altın kural” bu durumda da geçerlidir. Yararlı işin bir kısmı -% 20'si - kolun eksenindeki sürtünmenin ve hava direncinin üstesinden gelmenin yanı sıra kolun kendisinin hareketine harcanır.

Herhangi bir mekanizmanın verimliliği her zaman %100'ün altındadır. İnsanlar mekanizmaları tasarlarken verimliliklerini artırmaya çalışırlar. Bunu sağlamak için mekanizmaların eksenlerindeki sürtünme ve ağırlıkları azaltılmıştır.

Enerji.

Fabrikalarda ve fabrikalarda makineler ve makineler, elektrik enerjisi tüketen elektrik motorlarıyla çalıştırılır (adı da buradan gelir).