Mechaninis darbas lygus. Kaip matuojamas srovės veikimas?

Mechaninis darbas. Darbo vienetai.

IN kasdienybė Sąvoka „darbas“ turime omenyje viską.

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

Pažiūrėkime į pavyzdžius mechaninis darbas.

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- jėga 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, tada ši jėga atlieka neigiamą darbą.

Jei kūną veikiančios jėgos kryptis yra statmena judėjimo krypčiai, tai ši jėga neveikia, 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

Norint atlikti tą patį darbą, reikalingi skirtingi varikliai skirtingas laikas. 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 buvo atliktas. galia = darbas/laikas.

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

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

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

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

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

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

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

1 MW = 1 000 000 W

1 kW = 1000 W

1 mW = 0,001 W

1 W = 0,000001 MW

1 W = 0,001 kW

1 W = 1000 mW

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

Duota:

ρ = 1000 kg/m3

Sprendimas:

Kritančio vandens masė: m = ρV,

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

Vandenį veikianti gravitacijos jėga:

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

Darbas pagal srautą per minutę:

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

Srauto galia: N = A/t,

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

Atsakymas: N = 0,5 MW.

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

5 lentelė.

Kai kurių variklių galia, kW.

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

Žmogaus galia ties normaliomis sąlygomis vidutinis darbas yra 70-80 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, spintelė, staklės), kurio negalima pajudinti rankomis, gali būti pajudintas pakankamai ilgos lazdos – svirties pagalba.

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

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

Jėgai konvertuoti naudojami prietaisai vadinami mechanizmai .

Paprasti mechanizmai apima: svirtis ir jų rūšis - blokas, vartai; pasvirusi plokštuma ir jos atmainos - pleištas, sraigtas. Daugeliu atvejų paprasti mechanizmai naudojami 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.

Svirties rankena. 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.

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

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

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

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

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

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

Šią taisyklę galima parašyti kaip formulę:

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

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

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

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

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

Užrašykime problemos sąlygas ir ją išspręskime.

Duota:

Sprendimas:

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

Tada F1 = 2400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Atsakymas: F1 = 600 N.

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

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

Galios akimirka.

Jūs jau žinote svirties pusiausvyros taisyklę:

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

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

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Kairėje lygties 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 tokio pat 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. Daugiau daugiau skirtumo tarp rankenų ilgio ir atstumo nuo pjovimo dalies bei sukimosi ašies vielos pjaustytuvai(Pav.), skirta pjauti vielai.

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

Svirčių panaudojimo 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 vienodos rankos 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 praleidžiama virvė, kabelis arba grandinė.

Fiksuotas blokas Tai vadinama bloku, 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 stiprybės. ( F 1 = F 2), bet leidžia keisti jėgos kryptį. Kilnojamas blokas - tai blokas. kurio ašis kyla ir krinta kartu su apkrova (pav.). Paveikslėlyje parodyta atitinkama svirtis: APIE- svirties atramos taškas, OA- pečių jėga R Ir OB- pečių jėga F. Nuo peties OB 2 kartus per petį OA, tada stiprybė F 2 kartus mažesnė jėga R:

F = P/2 .

Taigi, kilnojamas blokas suteikia 2 kartus didesnį stiprumą .

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Taigi, Naudodami svertą negalėsite laimėti darbe.

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

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

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

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

Stacionarus blokas neduoda jokio darbo pelno, kurią nesunku patikrinti eksperimentiškai (žr. pav.). Būdai, įveikiami taškai jėgų taikymas F Ir F, yra vienodi, jėgos yra vienodos, 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. Jie taiko tą patį įvairūs mechanizmai siekiant laimėti jėgos ar pakeliui, priklausomai nuo darbo sąlygų.

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

Mechanizmo efektyvumas.

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

Praktiškai bendras darbas, atliktas naudojant mechanizmą, visada yra šiek tiek didesnis naudingo darbo.

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 koeficientu naudingas veiksmas mechanizmas.

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. Norint jį pakelti, ilgoji svirtis veikiama 250 N. Krovinys pakeliamas į aukštį h1 = 0,08 m, o varomosios jėgos veikimo taškas nukrenta į aukštį h2 = 0,4 m. Raskite 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%.

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

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

Energija.

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

Suspausta spyruoklė (pav.), ištiesinta, veikia, pakelia krovinį į aukštį arba priverčia judėti vežimėlį. Virš žemės pakeltas stacionarus krovinys neatlieka darbo, bet jei šis krūvis nukrenta, gali dirbti (pavyzdžiui, gali įkalti krūvą į žemę). Kiekvienas judantis kūnas turi galimybę atlikti darbą. Taigi iš pasvirusios plokštumos riedantis plieninis rutulys A (fig.), atsitrenkęs į medinį bloką B, pajudina jį tam tikru atstumu. Tuo pačiu metu ir dirbama. Jei kūnas ar keli tarpusavyje sąveikaujantys kūnai (kūnų sistema) gali dirbti, sakoma, kad jie turi energijos. Energija - fizinis dydis, rodantis, kiek darbo gali atlikti kūnas (ar keli kūnai). Energija SI sistemoje išreiškiama tais pačiais vienetais kaip ir darbas, t.y džaulių. Kuo daugiau darbo gali atlikti kūnas, tuo daugiau energijos jis turi. Kai dirbama, keičiasi kūnų energija. Atliktas darbas lygus energijos pokyčiui. Potenciali ir kinetinė energija. Potencialas (nuo lat. potencija - galimybė) energija yra energija, kurią lemia sąveikaujančių kūnų ir to paties kūno dalių santykinė padėtis. Pavyzdžiui, potencialią energiją turi kūnas, pakilęs Žemės paviršiaus atžvilgiu, nes energija priklauso nuo santykinės jo ir Žemės padėties. ir jų tarpusavio trauka. Jeigu Žemėje gulinčio kūno potencinę energiją laikysime nuliu, tai iki tam tikro aukščio pakelto kūno potencinę energiją lems gravitacijos atliktas darbas kūnui nukritus į Žemę. Pažymime potencialią kūno energiją E n, nes E = A, o darbas, kaip žinome, yra lygus jėgos ir kelio sandaugai A = Fh, Kur F- gravitacija. Tai reiškia, kad potenciali energija En yra lygi: E = Fh arba E = gmh, Kur g- gravitacijos pagreitis, m- kūno masė, h- aukštis, iki kurio pakeltas kūnas. Vanduo upėse, kurias laiko užtvankos, turi didžiulę potencialią energiją. Kritęs vanduo veikia, varo galingas jėgainių turbinas. Kopros plaktuko potencinė energija (pav.) naudojama statybose polių kalimo darbams atlikti. Atidarant duris su spyruokle, dirbama spyruoklei ištempti (arba suspausti). Dėl įgytos energijos spyruoklė, susitraukdama (arba ištiesindama), veikia, uždarydama duris. Suspaustų ir nesusuktų spyruoklių energija panaudojama, pavyzdžiui, laikrodžiuose, įvairiuose susukamuose žaisluose ir kt. Bet koks elastingas deformuotas kūnas turi potencialią energiją. Suslėgtų dujų potenciali energija naudojama eksploatuojant šiluminius variklius, plaktukus, kurie plačiai naudojami kasybos pramonėje, tiesiant kelius, kasant kietą gruntą ir kt. Energija, kurią kūnas turi dėl savo judėjimo, vadinama kinetine (iš graikų k. kinema - judėjimo) energija. Kūno kinetinė energija žymima raide EĮ. Judantis vanduo, varantis hidroelektrinių turbinas, eikvoja jo kinetinę energiją ir veikia. Judantis oras, vėjas, taip pat turi kinetinę energiją. Nuo ko priklauso kinetinė energija? Pereikime prie patirties (žr. pav.). Jei ridensite rutulį A iš skirtingų aukščių, pastebėsite, kad kuo didesnio aukščio rutulys rieda, tuo didesnis jo greitis ir kuo toliau jis judina kaladėlę, t.y., atlieka daugiau darbo. Tai reiškia, kad kūno kinetinė energija priklauso nuo jo greičio. Dėl savo greičio skrendanti kulka turi didelę kinetinę energiją. Kūno kinetinė energija taip pat priklauso nuo jo masės. Pakartokime eksperimentą, bet iš pasvirusios plokštumos ridensime kitą didesnės masės rutulį. Baras B judės toliau, t.y. bus atlikta daugiau darbų. Tai reiškia, kad antrojo rutulio kinetinė energija yra didesnė nei pirmojo. Kuo didesnė kūno masė ir greitis, kuriuo jis juda, tuo didesnė jo kinetinė energija. Norint nustatyti kūno kinetinę energiją, naudojama formulė: Ek = mv^2 /2, Kur m- kūno masė, v- kūno judėjimo greitis. Technologijoje naudojama kūnų kinetinė energija. Užtvankos sulaikytas vanduo, kaip jau minėta, turi didelę potencialią energiją. Kai vanduo nukrenta nuo užtvankos, jis juda ir turi tokią pat didelę kinetinę energiją. Jis varo turbiną, prijungtą prie generatoriaus elektros srovė. Dėl vandens kinetinės energijos susidaro elektros energija. Judančio vandens energija turi didelę reikšmęšalies ekonomikoje. Ši energija naudojama naudojant galingas hidroelektrines. Kritančio vandens energija yra aplinkai nekenksmingas energijos šaltinis, kitaip nei kuro energija. Visi gamtoje esantys kūnai, palyginti su įprastine nuline verte, turi potencialią arba kinetinę energiją, o kartais ir abu kartu. Pavyzdžiui, skraidantis lėktuvas Žemės atžvilgiu turi ir kinetinę, ir potencialią energiją. Susipažinome su dviem mechaninės energijos rūšimis. Kitos energijos rūšys (elektrinė, vidinė ir kt.) bus aptariamos kituose fizikos kurso skyriuose. Vienos rūšies mechaninės energijos pavertimas kita. Vienos rūšies mechaninės energijos transformacijos į kitą reiškinį labai patogu stebėti paveikslėlyje parodytame įrenginyje. Apvyniojus sriegį ant ašies, prietaiso diskas pakeliamas. Į viršų pakeltas diskas turi tam tikrą potencialią energiją. Jei jį paleisite, jis suksis ir pradės kristi. Jam krintant disko potencinė energija mažėja, bet tuo pačiu didėja jo kinetinė energija. Kritimo pabaigoje diskas turi tokį kinetinės energijos rezervą, kad gali vėl pakilti į beveik buvusį aukštį. (Dalis energijos sunaudojama veikiant prieš trinties jėgą, todėl diskas nepasiekia pradinio aukščio.) Pakilęs į viršų, diskas vėl krenta ir vėl kyla. Šiame eksperimente, kai diskas juda žemyn, jo potencinė energija virsta kinetine energija, o kilus aukštyn kinetinė energija virsta potencialia energija. Energija virsta iš vienos rūšies į kitą, kai susiduria du elastingi kūnai, pavyzdžiui, guminis rutulys ant grindų arba plieninis rutulys ant plieninės plokštės. Jei pakelsite plieninį rutulį (ryžius) virš plieninės plokštės ir atleisite iš rankų, jis nukris. Kamuoliui krentant, jo potenciali energija mažėja, o kinetinė energija didėja, didėjant rutulio greičiui. Kai kamuolys atsitrenks į lėkštę, ir rutulys, ir lėkštė bus suspausti. Kinetinė energija, kurią turėjo rutulys, virs suspaustos plokštės ir suspausto rutulio potencialia energija. Tada, veikiant elastinėms jėgoms, plokštė ir rutulys įgaus pradinę formą. Kamuolys atšoks nuo plokštės, o jų potenciali energija vėl virs rutulio kinetine energija: rutulys atšoks greičiu, beveik lygiu greičiui, kurį jis turėjo tuo metu, kai jis atsitrenkė į plokštę. Kai rutulys kyla aukštyn, rutulio greitis, taigi ir jo kinetinė energija, mažėja, o potenciali energija didėja. Atšokęs nuo lėkštės, kamuolys pakyla į beveik tą patį aukštį, iš kurio pradėjo kristi. Viršutiniame pakilimo taške visa jo kinetinė energija vėl virs potencialu. Gamtos reiškinius dažniausiai lydi vienos energijos rūšies transformacija į kitą. Energija gali būti perduodama iš vieno kūno į kitą. Pavyzdžiui, šaudant iš lanko potenciali ištrauktos lanko energija paverčiama skraidančios strėlės kinetine energija.

Beveik visi nedvejodami atsakys: antrajame. Ir jie bus neteisūs. Yra priešingai. 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.). Bendruoju atveju vektoriaus lauko potencialas 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. Elektros grandinės teorijoje talpa yra dviejų laidininkų tarpusavio 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. Lygiagrečiojo plokštės kondensatoriaus talpa.

Lygiagrečiojo plokštelinio kondensatoriaus talpa.

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 normalus (prie dabartinės) komponentas magnetinis laukas pateko į delną, o keturi ištiesti pirštai yra nukreipti išilgai srovės, tada nykštis parodys kryptį, kuria veikia Ampero jėga.

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 dydis, kuris randamas per šią jėgą naudojant šią formulę: B=F / (I*l) (Žodžiu: MI vektorinis modulis. (B) yra lygus jėgos modulio F, kuriuo magnetinis laukas veikia srovę nešantį laidininką, esantį statmenai magnetinėms linijoms, ir srovės stiprio I laidininke ir laidininko ilgio l santykiui. 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.

Mechaninis darbas – tai fizinių kūnų judėjimui būdinga energija, turinti skaliarinę formą. Jis lygus kūną veikiančios jėgos moduliui, padaugintam iš šios jėgos sukeliamo poslinkio modulio ir kampo tarp jų kosinuso.

Formulė 1 – Mechaninis darbas.

F – kūną veikianti jėga.

s – kūno judėjimas.

cosa – kampo tarp jėgos ir poslinkio kosinusas.

Ši formulė turi bendrą formą. Jei kampas tarp veikiančios jėgos ir poslinkio lygus nuliui, tai kosinusas lygus 1. Atitinkamai darbas bus lygus tik jėgos ir poslinkio sandaugai. Paprasčiau tariant, jei kūnas juda jėgos veikimo kryptimi, tai mechaninis darbas yra lygus jėgos ir poslinkio sandaugai.

Antras ypatingas atvejis, kai kampas tarp kūną veikiančios jėgos ir jo poslinkio yra 90 laipsnių. Šiuo atveju 90 laipsnių kosinusas yra lygus nuliui, todėl darbas bus lygus nuliui. Ir iš tiesų, atsitinka taip, kad mes taikome jėgą viena kryptimi, o kūnas juda jai statmenai. Tai yra, kūnas aiškiai nejuda veikiamas mūsų jėgos. Taigi darbas, kurį atlieka mūsų jėga judant kūną, yra lygus nuliui.

1 pav. Jėgų darbas judant kūnui.

Jei kūną veikia daugiau nei viena jėga, tada apskaičiuojama visa kūną veikianti jėga. Ir tada ji pakeičiama į formulę kaip vienintelė jėga. Jėgos veikiamas kūnas gali judėti ne tik tiesiai, bet ir savavališka trajektorija. Tokiu atveju darbas apskaičiuojamas nedidelei judesio atkarpai, kurią galima laikyti tiesiąja, o paskui sumuojama per visą kelią.

Darbas gali būti teigiamas ir neigiamas. Tai yra, jei poslinkis ir jėga sutampa kryptimi, tada darbas yra teigiamas. Ir jei jėga veikia viena kryptimi, o kūnas juda kita, tada darbas bus neigiamas. Neigiamo darbo pavyzdys yra trinties jėgos darbas. Kadangi trinties jėga nukreipta priešingai judesiui. Įsivaizduokite kūną, judantį išilgai plokštumos. Kūnui veikiama jėga stumia jį tam tikra kryptimi. Ši jėga daro teigiamą darbą judindama kūną. Tačiau tuo pačiu metu trinties jėga atlieka neigiamą darbą. Jis sulėtina kūno judėjimą ir yra nukreiptas į jo judėjimą.

2 pav. – Judėjimo jėga ir trintis.

Mechaninis darbas matuojamas džauliais. Vienas džaulis yra darbas, kurį atlieka vieno Niutono jėga, judant kūną vienu metru. Be kūno judėjimo krypties, gali keistis ir taikomos jėgos dydis. Pavyzdžiui, suspaudus spyruoklę, ją veikianti jėga padidės proporcingai nuvažiuotam atstumui. Šiuo atveju darbas apskaičiuojamas pagal formulę.

Formulė 2 – spyruoklės suspaudimo darbas.

k yra spyruoklės standumas.

x - judanti koordinatė.

Kai kūnai sąveikauja pulsas vienas kūnas gali būti iš dalies arba visiškai perkeltas į kitą kūną. Jei kūnų sistemos neveikia išorinės kitų kūnų jėgos, tokia sistema vadinama uždaryta.

Šis pagrindinis gamtos dėsnis vadinamas impulso tvermės dėsnis. Tai antrojo ir trečiojo pasekmė Niutono dėsniai.

Panagrinėkime bet kuriuos du sąveikaujančius kūnus, kurie yra uždaros sistemos dalis. Šių kūnų sąveikos jėgas žymime ir Pagal trečiąjį Niutono dėsnį Jei šie kūnai sąveikauja per laiką t, tai sąveikos jėgų impulsai yra vienodo dydžio ir nukreipti priešingomis kryptimis: Taikykime šiems kūnams antrąjį Niutono dėsnį. :

kur ir yra kūnų impulsai pradiniu laiko momentu ir yra kūnų impulsai sąveikos pabaigoje. Iš šių santykių išplaukia:

Ši lygybė reiškia, kad dėl dviejų kūnų sąveikos jų bendras impulsas nepasikeitė. Dabar, atsižvelgiant į visas įmanomas kūnų, įtrauktų į uždarą sistemą, porų sąveiką, galime daryti išvadą, kad uždaros sistemos vidinės jėgos negali pakeisti jos bendro impulso, tai yra, visų į šią sistemą įtrauktų kūnų impulsų vektorinės sumos.

Mechaninis darbas ir galia

Remiantis koncepcija, pristatomos judesio energetinės charakteristikos mechaninis darbas arba jėgos darbas.

Darbas A atliekamas nuolatine jėga yra fizikinis dydis, lygus jėgos ir poslinkio modulių sandaugai, padaugintam iš kampo α tarp jėgos vektorių kosinuso ir judesiai(1.1.9 pav.):

Darbas yra skaliarinis dydis. Jis gali būti teigiamas (0° ≤ α< 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работа, совершаемая силой, равна нулю. В системе СИ работа измеряется в džaulių (J).

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

Jei jėgos projekcija judėjimo krypčiai nepasilieka pastovi, reikia skaičiuoti mažų judesių darbą ir susumuoti rezultatus:

Jėgos, kurios modulis priklauso nuo koordinatės, pavyzdys yra spyruoklės tamprumo jėga, paklūstanti Huko dėsnis. Norint ištempti spyruoklę, jai turi būti taikoma išorinė jėga, kurios modulis yra proporcingas spyruoklės pailgėjimui (1.1.11 pav.).

Išorinės jėgos modulio priklausomybė nuo x koordinatės pavaizduota grafike kaip tiesė (1.1.12 pav.).

Remiantis trikampio plotu Fig. 1.18.4 galite nustatyti darbą, kurį atliko išorinė jėga, veikiama dešiniajame laisvajame spyruoklės gale:

Ta pati formulė išreiškia išorinės jėgos atliekamą darbą suspaudžiant spyruoklę. Abiem atvejais tamprumo jėgos darbas yra lygus išorinės jėgos darbui ir priešingas ženklu.

Jei kūną veikia kelios jėgos, tai bendras visų jėgų atliktas darbas yra lygus atskirų jėgų darbo algebrinei sumai ir yra lygus darbui taikytų jėgų rezultatas.

Jėgos atliktas darbas per laiko vienetą vadinamas galia. Galia N yra fizikinis dydis, lygus darbo A santykiui su laiko periodu t, per kurį buvo atliktas šis darbas.

Mūsų kasdienėje patirtyje žodis „darbas“ pasirodo labai dažnai. Tačiau reikėtų atskirti fiziologinį darbą nuo darbo fizikos mokslo požiūriu. Grįžę iš pamokos sakote: „O, aš toks pavargęs! Tai fiziologinis darbas. Arba, pavyzdžiui, kolektyvo darbas liaudies pasakoje „Ropė“.

1 pav. Darbas kasdienine to žodžio prasme

Čia kalbėsime apie darbą fizikos požiūriu.

Mechaninis darbas atliekamas, jei kūnas juda veikiamas jėgos. Darbas žymimas lotyniška raide A. Griežtesnis darbo apibrėžimas skamba taip.

Jėgos darbas yra fizikinis dydis, lygus jėgos dydžio ir atstumo, kurį kūnas nukeliauja jėgos kryptimi, sandaugai.

2 pav. Darbas yra fizinis dydis

Formulė galioja, kai kūną veikia pastovi jėga.

Tarptautinėje SI vienetų sistemoje darbas matuojamas džauliais.

Tai reiškia, kad jei veikiamas 1 niutono jėgos kūnas pasislenka 1 metrą, tai šia jėga atliekama 1 džaulis.

Darbo vienetas pavadintas anglų mokslininko Jameso Prescott Joule vardu.

3 pav. James Prescott Joule (1818–1889)

Iš darbo apskaičiavimo formulės išplaukia, kad galimi trys atvejai, kai darbas lygus nuliui.

Pirmasis atvejis, kai kūną veikia jėga, bet kūnas nejuda. Pavyzdžiui, namą veikia didžiulė gravitacijos jėga. Bet ji nedirba jokio darbo, nes namas nejuda.

Antrasis atvejis, kai kūnas juda pagal inerciją, ty jo neveikia jokios jėgos. Pavyzdžiui, erdvėlaivis juda tarpgalaktinėje erdvėje.

Trečiasis atvejis, kai jėga veikia kūną statmenai kūno judėjimo krypčiai. Šiuo atveju, nors kūnas juda ir jį veikia jėga, kūno judėjimo nėra jėgos kryptimi.

4 pav. Trys atvejai, kai darbas lygus nuliui

Taip pat reikėtų pasakyti, kad jėgos atliktas darbas gali būti neigiamas. Tai atsitiks, jei kūnas judės prieš jėgos kryptį. Pavyzdžiui, kranui pakeliant krovinį virš žemės, naudodamas trosą, gravitacijos jėgos atliktas darbas yra neigiamas (o darbas, kurį atlieka į viršų nukreipta troso tamprumo jėga, priešingai – teigiamas).

Tarkime, kad atliekant statybos darbus, duobę reikia užpilti smėliu. Ekskavatoriui tai padaryti prireiktų kelių minučių, tačiau darbininkui su kastuvu tektų dirbti kelias valandas. Bet ir ekskavatorius, ir darbininkas būtų baigę tas pats darbas.

5 pav. Tas pats darbas gali būti atliktas skirtingu laiku

Fizikoje atliekamo darbo greičiui apibūdinti naudojamas dydis, vadinamas galia.

Galia yra fizinis dydis, lygus darbo ir jo atlikimo laiko santykiui.

Galia nurodoma lotyniška raide N.

SI galios vienetas yra vatas.

Vienas vatas yra galia, kuria per vieną sekundę atliekamas vienas džaulis.

Jėgos blokas pavadintas anglų mokslininko, garo variklio išradėjo Jameso Watto vardu.

6 pav. James Watt (1736–1819)

Sujungkime darbo skaičiavimo formulę su galios skaičiavimo formule.

Dabar prisiminkime, kad kūno nuvažiuoto kelio santykis yra S, judėjimo metu t parodo kūno judėjimo greitį v.

Taigi, galia lygi jėgos skaitinės vertės ir kūno greičio jėgos kryptimi sandaugai.

Šią formulę patogu naudoti sprendžiant uždavinius, kai žinomu greičiu judantį kūną veikia jėga.

Bibliografija

1. Lukašikas V.I., Ivanova E.V. Fizikos uždavinių rinkinys bendrojo ugdymo įstaigų 7-9 klasėms. – 17 leidimas. - M.: Švietimas, 2004 m.
2. Peryshkin A.V. Fizika. 7 klasė - 14 leid., stereotipas. - M.: Bustard, 2010 m.
3. Peryshkin A.V. Fizikos uždavinių rinkinys, 7-9 kl.: 5 leid., stereotipas. - M: leidykla „Egzaminas“, 2010 m.

1. Interneto portalas Physics.ru ().
2. Interneto portalas Festival.1september.ru ().
3. Interneto portalas Fizportal.ru ().
4. Interneto portalas Elkin52.narod.ru ().

Namų darbai

1. Kokiais atvejais darbas lygus nuliui?
2. Kaip atliekamas darbas palei kelią, einamą jėgos kryptimi? Priešinga kryptimi?
3. Kiek darbo atlieka trinties jėga, veikianti plytą, kai ji pasislenka 0,4 m? Trinties jėga yra 5 N.