Mehansko delo je enako. Kako se meri delo toka?

Mehansko delo. Enote dela.

IN vsakdanje življenje S pojmom "delo" mislimo na vse.

V fiziki koncept delo nekoliko drugačen. Je določena fizikalna količina, kar pomeni, da jo je mogoče izmeriti. V fiziki se preučuje predvsem mehansko delo .

Poglejmo si primere mehansko delo.

Vlak se premika pod vlečno silo električne lokomotive, pri čemer se izvaja mehansko delo. Pri strelu iz pištole sila pritiska smodniških plinov deluje - premakne kroglo vzdolž cevi in ​​hitrost krogle se poveča.

Iz teh primerov je razvidno, da se pri gibanju telesa pod vplivom sile izvaja mehansko delo. Mehansko delo se izvaja tudi v primeru, ko sila, ki deluje na telo (na primer sila trenja), zmanjša hitrost njegovega gibanja.

V želji premakniti omaro močno pritisnemo nanjo, če pa se ne premakne, potem ne opravljamo mehanskega dela. Lahko si predstavljamo primer, ko se telo giblje brez sodelovanja sil (po vztrajnosti), v tem primeru se tudi mehansko delo ne izvaja.

Torej, mehansko delo se opravi šele, ko na telo deluje sila in se le-to premakne .

Ni težko razumeti, da večja ko na telo deluje sila in daljša ko je pot, ki jo telo pod vplivom te sile opravi, večje je opravljeno delo.

Mehansko delo je premosorazmerno z uporabljeno silo in prevoženo razdaljo .

Zato smo se dogovorili, da mehansko delo merimo s produktom sile in prevožene poti v tej smeri te sile:

delo = sila × pot

Kje A- Služba, F- moč in s- prevožena razdalja.

Enota dela je delo, ki ga opravi sila 1N na poti 1 m.

Enota dela - joule (J ) poimenovana po angleškem znanstveniku Joulu. torej

1 J = 1 N m.

Tudi rabljeno kilodžulov (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Formula A = Fs velja, ko sila F konstantna in sovpada s smerjo gibanja telesa.

Če smer sile sovpada s smerjo gibanja telesa, potem ta sila opravi pozitivno delo.

Če se telo premika v smeri, ki je nasprotna smeri uporabljene sile, na primer sile drsnega trenja, potem ta sila opravi negativno delo.

Če je smer sile, ki deluje na telo, pravokotna na smer gibanja, potem ta sila ne dela, delo je nič:

Ko govorimo o mehanskem delu, ga bomo v prihodnje na kratko imenovali z eno besedo - delo.

Primer. Izračunaj opravljeno delo pri dvigovanju granitne plošče s prostornino 0,5 m3 na višino 20 m Gostota granita je 2500 kg/m3.

dano:

ρ = 2500 kg/m3

rešitev:

kjer je F sila, ki jo je treba uporabiti za enakomeren dvig plošče. Ta sila je po modulu enaka sili Fstrand, ki deluje na ploščo, tj. F = Fstrand. Silo težnosti lahko določimo z maso plošče: Fteža = gm. Izračunajmo maso plošče, če poznamo njen volumen in gostoto granita: m = ρV; s = h, tj. pot je enaka višini dviga.

Torej, 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.

Odgovori: A = 245 kJ.

Ročice.Moč.Energija

Za opravljanje istega dela so potrebni različni motorji drugačen čas. Na primer, žerjav na gradbišču v nekaj minutah dvigne na stotine opek v zgornje nadstropje stavbe. Če bi te opeke premikal delavec, bi za to potreboval več ur. Še en primer. Konj zorje hektar zemlje v 10-12 urah, traktor z večlamežnikom ( lemež- del pluga, ki reže plast zemlje od spodaj in jo prenaša na deponijo; več plugov - veliko lemežev), bo to delo opravljeno v 40-50 minutah.

Jasno je, da žerjav opravi enako delo hitreje kot delavec, traktor pa isto delo hitreje kot konj. Hitrost dela je označena s posebno količino, imenovano moč.

Moč je enaka razmerju med delom in časom, v katerem je bilo opravljeno.

Če želite izračunati moč, morate delo deliti s časom, v katerem je bilo to delo opravljeno. moč = delo/čas.

Kje n- moč, A- Služba, t- čas opravljenega dela.

Moč je stalna količina, ko je vsako sekundo opravljeno enako delo; v drugih primerih razmerje A/t določa povprečno moč:

n povprečje = A/t . Enota za moč je moč, pri kateri je J delo opravljeno v 1 s.

Ta enota se imenuje vat ( W) v čast drugemu angleškemu znanstveniku Wattu.

1 vat = 1 džul/1 sekunda, oz 1 W = 1 J/s.

Watt (džul na sekundo) - W (1 J/s).

Večje enote moči se pogosto uporabljajo v tehnologiji - 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

Primer. Poiščite moč vodnega toka, ki teče skozi jez, če je višina padca vode 25 m in njen pretok 120 m3 na minuto.

dano:

ρ = 1000 kg/m3

rešitev:

Masa padajoče vode: m = ρV,

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

Gravitacija, ki deluje na vodo:

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

Opravljeno delo s pretokom na minuto:

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

Moč pretoka: N = A/t,

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

Odgovori: N = 0,5 MW.

Različni motorji imajo moči od stotink in desetink kilovata (motor električnega brivnika, šivalnega stroja) do več sto tisoč kilovatov (vodne in parne turbine).

Tabela 5.

Moč nekaterih motorjev, kW.

Vsak motor ima tablico (potni list motorja), na kateri so navedeni nekateri podatki o motorju, vključno z njegovo močjo.

Človeška moč pri normalne razmere delo v povprečju je 70-80 W. Pri skakanju ali teku po stopnicah lahko človek razvije moč do 730 W, v nekaterih primerih pa tudi več.

Iz formule N = A/t sledi, da

Za izračun dela je treba moč pomnožiti s časom, v katerem je bilo to delo opravljeno.

Primer. Motor sobnega ventilatorja ima moč 35 vatov. Koliko dela opravi v 10 minutah?

Zapišimo pogoje naloge in jo rešimo.

dano:

rešitev:

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

Odgovori A= 21 kJ.

Preprosti mehanizmi.

Že od nekdaj je človek uporabljal različne naprave za opravljanje mehanskega dela.

Vsi vedo, da lahko težek predmet (kamen, omaro, strojno orodje), ki ga ni mogoče premakniti z roko, premaknemo s pomočjo dovolj dolge palice - vzvoda.

Trenutno se domneva, da s pomočjo vzvodov pred tri tisoč leti med gradnjo piramid v Starodavni Egipt premikal in dvigoval težke kamnite plošče v velike višine.

V mnogih primerih lahko namesto dvigovanja težkega bremena na določeno višino le-to kotalimo ali potegnemo na isto višino vzdolž nagnjene ravnine ali dvignemo z bloki.

Naprave, ki se uporabljajo za pretvorbo sile, se imenujejo mehanizmi .

Preprosti mehanizmi vključujejo: vzvode in njihove sorte - blok, vrata; nagnjena ravnina in njene sorte - klin, vijak. V večini primerov se za pridobitev moči, torej za večkratno povečanje sile, ki deluje na telo, uporabljajo preprosti mehanizmi.

Enostavne mehanizme najdemo tako v gospodinjstvu kot v vseh zapletenih industrijskih in industrijskih strojih, ki režejo, zvijajo in vtiskajo velike jeklene pločevine ali vlečejo najfinejše niti, iz katerih se nato izdelujejo tkanine. Enake mehanizme najdemo v sodobnih kompleksnih avtomatih, tiskarskih in števnih strojih.

Ročica vzvoda. Ravnovesje sil na vzvodu.

Razmislimo o najpreprostejšem in najpogostejšem mehanizmu - ročici.

Ročica je togo telo, ki se lahko vrti okoli nepremične opore.

Slike prikazujejo, kako delavec uporablja lomilko kot vzvod za dvigovanje bremena. V prvem primeru delavec s silo F pritisne na konec palice B, v drugem - dvigne konec B.

Delavec mora premagati težo bremena p- sila, usmerjena navpično navzdol. Da bi to naredil, obrne lomilko okoli osi, ki poteka skozi edino nepremično točka preloma je točka njegove opore O. Sila F s katero delavec deluje na vzvod je manjša sila p, tako delavec prejme pridobiti na moči. Z vzvodom lahko dvignete tako težko breme, da ga sami ne morete dvigniti.

Slika prikazuje ročico, katere os vrtenja je O(oporišče) se nahaja med točkama delovanja sil A in IN. Druga slika prikazuje diagram tega vzvoda. Obe sili F 1 in F 2, ki delujejo na vzvod, so usmerjeni v eno smer.

Najkrajšo razdaljo med oporiščem in premico, po kateri sila deluje na vzvod, imenujemo krak sile.

Če želite najti krak sile, morate spustiti navpičnico iz oporne točke na linijo delovanja sile.

Dolžina te navpičnice bo krak te sile. Slika to prikazuje OA- moč ramen F 1; OB- moč ramen F 2. Sile, ki delujejo na vzvod, ga lahko vrtijo okoli svoje osi v dveh smereh: v smeri urinega kazalca ali nasprotni smeri urinega kazalca. Da, moč F 1 vrti ročico v smeri urinega kazalca, sila F 2 vrti v nasprotni smeri urinega kazalca.

Pogoj, pod katerim je vzvod v ravnovesju pod vplivom sil, ki delujejo nanj, je mogoče ugotoviti eksperimentalno. Ne smemo pozabiti, da rezultat delovanja sile ni odvisen le od njenega številčna vrednost(modul), temveč tudi na točko, na kateri se nanaša na telo, ali kako je usmerjen.

Različne uteži so obešene na vzvod (glej sliko) na obeh straneh oporne točke, tako da vzvod vsakič ostane v ravnovesju. Sile, ki delujejo na vzvod, so enake uteži teh bremen. Za vsak primer se izmerijo moduli sile in njihova ramena. Iz izkušenj, prikazanih na sliki 154, je jasno, da sila 2 n uravnava silo 4 n. V tem primeru je, kot je razvidno iz slike, ramena manjše moči 2-krat večja od ramena večje moči.

Na podlagi takšnih poskusov je bil ugotovljen pogoj (pravilo) ravnotežja vzvoda.

Vzvod je v ravnovesju, ko so sile, ki delujejo nanj, obratno sorazmerne z kraki teh sil.

To pravilo lahko zapišemo kot formulo:

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

Kje F 1in F 2 - sile, ki delujejo na vzvod, l 1in l 2 , - ramena teh sil (glej sliko).

Pravilo ravnovesja vzvoda je vzpostavil Arhimed okoli 287 - 212. pr. n. št e. (ampak v zadnjem odstavku je bilo rečeno, da so vzvode uporabljali Egipčani? Ali tukaj pomembno vlogo igra na besedo "nameščen"?)

Iz tega pravila sledi, da lahko z manjšo silo uravnotežimo večjo silo z vzvodom. Naj bo en krak vzvoda 3-krat večji od drugega (glej sliko). Nato lahko z uporabo sile, na primer 400 N v točki B, dvignete kamen, ki tehta 1200 N. Če želite dvigniti še težje breme, morate povečati dolžino roke vzvoda, na katerega deluje delavec.

Primer. Delavec z vzvodom dvigne ploščo, ki tehta 240 kg (glej sliko 149). S kakšno silo deluje na večji krak vzvoda 2,4 m, če je manjši krak 0,6 m?

Zapišimo pogoje naloge in jo rešimo.

dano:

rešitev:

Po pravilu ravnotežja vzvoda je F1/F2 = l2/l1, od koder je F1 = F2 l2/l1, kjer je F2 = P teža kamna. Teža kamna asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Potem je F1 = 2400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Odgovori: F1 = 600 N.

V našem primeru delavec premaga silo 2400 N, pri čemer na vzvod deluje sila 600 N. Toda v tem primeru je roka, na katero delavec deluje, 4-krat daljša od tiste, na katero deluje teža kamna. ( l 1 : l 2 = 2,4 m : 0,6 m = 4).

Z uporabo pravila vzvoda lahko manjša sila uravnoteži večjo silo. V tem primeru mora biti rama manjše moči daljša od rame večja moč.

Trenutek moči.

Pravilo ravnotežja vzvoda že poznate:

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

Z uporabo lastnosti sorazmerja (zmnožek njegovih skrajnih členov je enak zmnožku njegovih srednjih členov) ga zapišemo v tej obliki:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Na levi strani enakosti je produkt sile F 1 na njeni rami l 1, na desni pa produkt sile F 2 na njeni rami l 2 .

Produkt modula sile, ki vrti telo in njegovo ramo, se imenuje moment sile; označena je s črko M. To pomeni

Ročica je v ravnovesju pod delovanjem dveh sil, če je moment sile, ki jo vrti v smeri urinega kazalca, enak momentu sile, ki jo vrti v nasprotni smeri urinega kazalca.

To pravilo se imenuje pravilo trenutkov , lahko zapišemo kot formulo:

M1 = M2

Dejansko so bile v poskusu, ki smo ga upoštevali (§ 56), delujoče sile enake 2 N in 4 N, njihova ramena so znašala 4 oziroma 2 pritiska vzvoda, tj. momenti teh sil so enaki, ko je vzvod v ravnovesju .

Moment sile, tako kot vsako fizikalno količino, je mogoče izmeriti. Za enoto momenta sile vzamemo moment sile 1 N, katerega krak je natanko 1 m.

Ta enota se imenuje newton meter (N m).

Moment sile označuje delovanje sile in kaže, da je istočasno odvisen od modula sile in njenega vzvoda. Dejansko že vemo, na primer, da je delovanje sile na vrata odvisno od velikosti sile in od tega, kje deluje sila. Lažje je obrniti vrata, dlje od osi vrtenja deluje sila, ki deluje na njih. Matico je bolje odviti z dolgim ​​ključem kot s kratkim. Lažje je dvigniti vedro iz vodnjaka, daljši je ročaj vrat itd.

Vzvodi v tehniki, vsakdanjem življenju in naravi.

Pravilo vzvoda (ali pravilo trenutkov) je podlaga za delovanje različnih vrst orodij in naprav, ki se uporabljajo v tehnologiji in vsakdanjem življenju, kjer je potrebno povečanje moči ali potovanja.

Pri delu s škarjami pridobimo na moči. Škarje - to je vzvod(slika), katere os vrtenja poteka skozi vijak, ki povezuje obe polovici škarij. Delujoča sila F 1 je mišična moč roke osebe, ki drži škarje. Protisila F 2 je sila upora materiala, ki ga režemo s škarjami. Glede na namen škarij se njihova zasnova razlikuje. Pisarniške škarje, namenjene rezanju papirja, imajo dolga rezila in ročaje, ki so skoraj enake dolžine. Rezanje papirja ne zahteva veliko sile, dolgo rezilo pa olajša rezanje v ravni črti. Škarje za rezanje pločevine (slika) imajo ročaje veliko daljše od rezil, saj je sila upora kovine velika in je za njeno uravnoteženje potrebno krak delujoče sile znatno povečati. več večja razlika med dolžino ročajev in razdaljo rezalnega dela ter osjo vrtenja v rezalniki žice(Sl.), namenjen za rezanje žice.

Vzvodi različne vrste na voljo na številnih avtomobilih. Ročaj šivalnega stroja, pedala ali ročna zavora kolesa, pedala avtomobila in traktorja ter tipke klavirja so primeri vzvodov, ki se uporabljajo v teh strojih in orodjih.

Primeri uporabe vzvodov so ročaji primežev in delovnih miz, vzvod vrtalnega stroja itd.

Delovanje vzvodnih tehtnic temelji na principu vzvoda (slika). Lestvice usposabljanja, prikazane na sliki 48 (str. 42), delujejo kot enakokraki vzvod . IN decimalne lestvice Rama, na katero je obešena skodelica z utežmi, je 10-krat daljša od rame, ki nosi breme. Tako je veliko lažje tehtati velike tovore. Pri tehtanju tovora na decimalni tehtnici morate maso uteži pomnožiti z 10.

Naprava tehtnic za tehtanje tovornih vagonov avtomobilov temelji tudi na pravilu vzvoda.

Vzvode najdemo tudi v različnih delih telesa živali in ljudi. To so na primer roke, noge, čeljusti. Veliko vzvodov najdemo v telesu žuželk (če preberemo knjigo o žuželkah in zgradbi njihovih teles), ptic in v zgradbi rastlin.

Uporaba zakona o ravnotežju vzvoda na klado.

Blokiraj Je kolo z utorom, nameščeno v držalo. Skozi utor bloka se napelje vrv, kabel ali veriga.

Fiksni blok To se imenuje blok, katerega os je fiksna in se pri dvigovanju bremen ne dvigne ali spusti (slika).

Fiksni blok lahko obravnavamo kot enakokraki vzvod, v katerem so kraki sil enaki polmeru kolesa (slika): OA = OB = r. Takšen blok ne zagotavlja povečanja moči. ( F 1 = F 2), vendar vam omogoča spreminjanje smeri sile. Premični blok - to je blok. katere os se dviga in spušča skupaj z bremenom (slika). Slika prikazuje ustrezen vzvod: O- oporna točka vzvoda, OA- moč ramen R in OB- moč ramen F. Od rame OB 2-krat ramo OA, nato moč F 2-krat manjša sila R:

F = P/2 .

torej premični blok daje 2-kratno povečanje moči .

To lahko dokažemo s konceptom momenta sile. Ko je blok v ravnovesju, momenti sil F in R enaki drug drugemu. Ampak ramo moči F 2-kratni finančni vzvod R, in s tem tudi moč sama F 2-krat manjša sila R.

Običajno se v praksi uporablja kombinacija fiksnega in premičnega bloka (slika). Fiksni blok se uporablja samo za udobje. Ne poveča moči, spremeni pa smer sile. Na primer, omogoča dvigovanje bremena, medtem ko stojite na tleh. To pride prav mnogim ljudem ali delavcem. Vendar daje povečanje moči 2-krat večje kot običajno!

Enakopravnost dela pri uporabi preprostih mehanizmov. "Zlato pravilo" mehanike.

Preprosti mehanizmi, ki smo jih obravnavali, se uporabljajo pri opravljanju dela v primerih, ko je potrebno uravnotežiti drugo silo z delovanjem ene sile.

Seveda se postavlja vprašanje: ali preprosti mehanizmi ne dajejo dobička v delu, medtem ko dajejo moč ali pot? Odgovor na to vprašanje je mogoče dobiti iz izkušenj.

Z uravnoteženjem dveh različno velikih sil na vzvodu F 1 in F 2 (slika), premaknite ročico. Izkazalo se je, da je hkrati točka uporabe manjše sile F 2 gre dlje s 2, in točka uporabe večje sile F 1 - krajša pot s 1. Po meritvah teh poti in modulov sil ugotovimo, da so poti, ki jih prečkajo točke uporabe sil na vzvodu, obratno sorazmerne s silami:

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

Tako z delovanjem na dolg krak vzvoda pridobimo na moči, a hkrati za enako količino izgubimo na poti.

Produkt sile F na poti s delo je. Naši poskusi kažejo, da je delo, ki ga opravijo sile, ki delujejo na vzvod, med seboj enako:

F 1 s 1 = F 2 s 2, tj. A 1 = A 2.

Torej, Pri uporabi finančnega vzvoda ne boste mogli zmagati pri delu.

Z uporabo finančnega vzvoda lahko pridobimo moč ali razdaljo. S silo na kratki krak vzvoda pridobimo na razdalji, vendar za enako količino izgubimo na moči.

Obstaja legenda, da je Arhimed, navdušen nad odkritjem pravila vzvoda, vzkliknil: "Daj mi oporno točko in obrnil bom Zemljo!"

Seveda Arhimed ne bi bil kos takšni nalogi, tudi če bi dobil oporno točko (ki bi morala biti zunaj Zemlje) in vzvod zahtevane dolžine.

Da bi zemljo dvignili samo za 1 cm, bi morala dolga roka vzvoda opisati lok ogromne dolžine. Za premikanje dolgega konca vzvoda po tej poti, na primer s hitrostjo 1 m/s, bi potrebovali milijone let!

Stacionarni blok ne daje nobenega dobička pri delu, kar je enostavno eksperimentalno preveriti (glej sliko). načini, prehodne točke uporaba sil F in F, so enake, sile so enake, kar pomeni, da je delo enako.

Opravljeno delo lahko merite in primerjate s pomočjo gibljivega bloka. Da bi dvignili tovor na višino h s pomočjo premičnega bloka, je treba premakniti konec vrvi, na katero je pritrjen dinamometer, kot kažejo izkušnje (slika), na višino 2h.

torej dobijo 2-kratno povečanje moči, izgubijo 2-krat na poti, zato premični blok ne daje povečanja pri delu.

Večstoletna praksa je to pokazala Noben mehanizem ne poveča učinkovitosti. Uporabljajo se enako različne mehanizme da bi zmagali v moči ali na poti, odvisno od delovnih pogojev.

Že stari znanstveniki so poznali pravilo, ki velja za vse mehanizme: ne glede na to, kolikokrat zmagamo v moči, enako tolikokrat izgubimo v razdalji. To pravilo se imenuje "zlato pravilo" mehanike.

Učinkovitost mehanizma.

Pri obravnavi zasnove in delovanja ročice nismo upoštevali trenja, kakor tudi teže ročice. v teh idealne razmere delo, ki ga opravi uporabljena sila (to delo bomo imenovali poln), je enako uporaben delo pri dvigovanju bremen ali premagovanju morebitnega upora.

V praksi je skupno delo, opravljeno s pomočjo mehanizma, vedno nekoliko večje koristno delo.

Del dela se opravi proti sili trenja v mehanizmu in s premikanjem njegovih posameznih delov. Torej, ko uporabljate premični blok, morate dodatno opraviti delo, da dvignete sam blok, vrv in določite silo trenja v osi bloka.

Kateri koli mehanizem vzamemo, koristno delo, opravljeno z njegovo pomočjo, vedno predstavlja le del celotnega dela. To pomeni, če koristno delo označimo s črko Ap, skupno (porabljeno) delo s črko Az, lahko zapišemo:

Gor< Аз или Ап / Аз < 1.

Razmerje med koristnim delom in celotnim delom imenujemo koeficient koristno dejanje mehanizem.

Faktor učinkovitosti se skrajšano imenuje učinkovitost.

Učinkovitost = Ap / Az.

Učinkovitost je običajno izražena v odstotkih in je označena z grško črko η, ki se bere kot "eta":

η = Ap / Az · 100 %.

Primer: Breme, ki tehta 100 kg, je obešeno na kratkem kraku vzvoda. Da bi ga dvignili, na dolgo roko deluje sila 250 N. Breme dvignemo na višino h1 = 0,08 m, medtem ko se točka delovanja pogonske sile spusti na višino h2 = 0,4 m. Poiščite učinkovitost vzvoda.

Zapišimo pogoje naloge in jo rešimo.

dano :

rešitev :

η = Ap / Az · 100 %.

Skupno (porabljeno) delo Az = Fh2.

Koristno delo 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 %.

Odgovori : η = 80 %.

ampak " Zlato pravilo"se izvaja tudi v tem primeru. Del koristnega dela - 20% - se porabi za premagovanje trenja v osi ročice in zračnega upora ter za gibanje same ročice.

Učinkovitost katerega koli mehanizma je vedno manjša od 100%. Pri načrtovanju mehanizmov si ljudje prizadevajo povečati njihovo učinkovitost. Da bi to dosegli, se zmanjšata trenje v oseh mehanizmov in njihova teža.

Energija.

V obratih in tovarnah poganjajo stroje in stroje elektromotorji, ki porabljajo električna energija(od tod tudi ime).

Stisnjena vzmet (slika), ko je poravnana, deluje, dvigne breme na višino ali povzroči premikanje vozička. Nepremično breme, dvignjeno nad tlemi, ne opravlja dela, če pa to breme pade, lahko opravi delo (na primer lahko zabije pilot v zemljo). Vsako gibajoče se telo ima sposobnost opravljanja dela. Tako jeklena krogla A (slika), ki se kotali z nagnjene ravnine, udari v leseno kocko B, jo premakne za določeno razdaljo. Hkrati je delo opravljeno. Če lahko telo ali več medsebojno delujočih teles (sistem teles) opravlja delo, pravimo, da imajo energijo. Energija - fizikalna količina, ki kaže, koliko dela lahko opravi telo (ali več teles). Energija je v sistemu SI izražena v enakih enotah kot delo, tj džulov. Več dela kot lahko telo opravi, več energije ima. Ko je delo opravljeno, se energija teles spremeni. Opravljeno delo je enako spremembi energije. Potencialna in kinetična energija. Potencial (iz lat. moč - možnost) energija je energija, ki je določena z relativnim položajem medsebojno delujočih teles in delov istega telesa. Potencialno energijo ima na primer telo, dvignjeno glede na površje Zemlje, saj je energija odvisna od relativne lege njega in Zemlje. in njuna medsebojna privlačnost. Če štejemo, da je potencialna energija telesa, ki leži na Zemlji, enaka nič, potem bo potencialna energija telesa, dvignjenega na določeno višino, določena z delom, ki ga opravi gravitacija, ko telo pade na Zemljo. Označimo potencialno energijo telesa E n, ker E = A, delo pa je, kot vemo, enako produktu sile in poti A = Fh, Kje F- gravitacija. To pomeni, da je potencialna energija En enaka: E = Fh ali E = gmh, Kje g- gravitacijski pospešek, m- telesna masa, h- višina, na katero je telo dvignjeno. Voda v rekah, ki jih zadržujejo jezovi, ima ogromno potencialno energijo. Ko pade, voda deluje in poganja močne turbine elektrarn. Potencialna energija copra kladiva (slika) se uporablja v gradbeništvu za izvajanje dela zabijanja pilotov. Pri odpiranju vrat z vzmetjo se vzmet raztegne (ali stisne). Zaradi pridobljene energije vzmet, ki se skrči (ali poravna), opravi delo in zapre vrata. Energija stisnjenih in nezvitih vzmeti se uporablja na primer v urah, raznih igračah na navijanje itd. Vsako elastično deformirano telo ima potencialno energijo. Potencialna energija stisnjenega plina se uporablja pri delovanju toplotnih strojev, v udarnih kladivih, ki se pogosto uporabljajo v rudarski industriji, pri gradnji cest, izkopu trde zemlje itd. Energija, ki jo ima telo zaradi svojega gibanja, se imenuje kinetična (iz gr. kinema - gibanje) energija. Kinetično energijo telesa označujemo s črko E Za. Gibajoča se voda, ki poganja turbine hidroelektrarn, porablja svojo kinetično energijo in opravlja delo. Gibajoči se zrak, veter, ima tudi kinetično energijo. Od česa je odvisna kinetična energija? Obrnimo se k izkušnjam (glej sliko). Če žogico A zakotalite z različnih višin, boste opazili, da z večje višine, s katere se žogica odkotali, večja je njena hitrost in dlje premakne blok, torej opravi več dela. To pomeni, da je kinetična energija telesa odvisna od njegove hitrosti. Zaradi svoje hitrosti ima leteča krogla visoko kinetično energijo. Kinetična energija telesa je odvisna tudi od njegove mase. Naredimo poskus še enkrat, vendar bomo z nagnjene ravnine zakotalili drugo kroglico večje mase. Vrstica B se bo premaknila dlje, kar pomeni, da bo opravljenega več dela. To pomeni, da je kinetična energija druge krogle večja od prve. Večja kot je masa telesa in hitrost, s katero se giblje, večja je njegova kinetična energija. Za določitev kinetične energije telesa se uporablja formula: Ek = mv^2 /2, Kje m- telesna masa, v- hitrost gibanja telesa. Kinetična energija teles se uporablja v tehniki. Voda, ki jo zadrži jez, ima, kot že rečeno, veliko potencialno energijo. Ko voda pada z jezu, se premika in ima enako visoko kinetično energijo. Poganja turbino, povezano z generatorjem električni tok. Zaradi kinetične energije vode nastaja električna energija. Energija premikajoče se vode ima velik pomen v narodnem gospodarstvu. To energijo uporabljajo močne hidroelektrarne. Energija padajoče vode je za razliko od energije goriva okolju prijazen vir energije. Vsa telesa v naravi imajo glede na konvencionalno vrednost nič potencialno ali kinetično energijo, včasih pa oboje skupaj. Na primer, leteče letalo ima tako kinetično kot potencialno energijo glede na Zemljo. Spoznali smo dve vrsti mehanske energije. Druge vrste energije (električna, notranja itd.) bodo obravnavane v drugih delih tečaja fizike. Pretvorba ene vrste mehanske energije v drugo. Pojav pretvorbe ene vrste mehanske energije v drugo je zelo priročno opazovati na napravi, prikazani na sliki. Z navijanjem niti na os se disk naprave dvigne. Disk, dvignjen navzgor, ima nekaj potencialne energije. Če ga izpustite, se bo zavrtelo in začelo padati. Ko pade, se potencialna energija diska zmanjša, a se hkrati poveča njegova kinetična energija. Na koncu padca ima disk tolikšno zalogo kinetične energije, da se lahko spet dvigne na skoraj prejšnjo višino. (Del energije se porabi za delovanje proti sili trenja, zato disk ne doseže svoje prvotne višine.) Ko se disk dvigne, spet pade in se nato znova dvigne. V tem poskusu, ko se disk premika navzdol, se njegova potencialna energija spremeni v kinetično energijo, in ko se premakne navzgor, se kinetična energija spremeni v potencialno energijo. Pretvorba energije iz ene vrste v drugo se zgodi tudi ob trku dveh prožnih teles, na primer gumijaste krogle na tleh ali jeklene krogle na jekleni plošči. Če dvignete jekleno kroglo (riž) nad jekleno ploščo in jo izpustite iz rok, bo padla. Ko žogica pada, se njena potencialna energija zmanjšuje, njena kinetična energija pa narašča, ko se povečuje hitrost žogice. Ko žoga zadene ploščo, bosta tako žoga kot plošča stisnjeni. Kinetična energija, ki jo je imela krogla, se bo spremenila v potencialno energijo stisnjene plošče in stisnjene krogle. Nato bosta plošča in krogla zaradi delovanja elastičnih sil prevzeli prvotno obliko. Žogica se bo odbila od plošče, njihova potencialna energija pa se bo spet spremenila v kinetično energijo žogice: žogica se bo odbila navzgor s hitrostjo, ki je skoraj enaka hitrosti, ki jo je imela v trenutku, ko je udarila v ploščo. Ko se žogica dvigne navzgor, se hitrost žogice in s tem njena kinetična energija zmanjšata, potencialna energija pa se poveča. Ko se žoga odbije od plošče, se dvigne skoraj na isto višino, s katere je začela padati. Na najvišji točki vzpona se bo vsa njegova kinetična energija spet spremenila v potencialno. Naravne pojave običajno spremlja pretvorba ene vrste energije v drugo. Energija se lahko prenaša z enega telesa na drugo. Na primer, pri lokostrelstvu se potencialna energija napete tetive loka pretvori v kinetično energijo leteče puščice.

Skoraj vsi bodo brez oklevanja odgovorili: v drugo. In motili se bodo. Prav nasprotno je res. V fiziki je opisano mehansko delo z naslednjimi definicijami: Mehansko delo se izvede, ko na telo deluje sila in se telo premakne. Mehansko delo je neposredno sorazmerno z uporabljeno silo in prevoženo razdaljo.

Formula mehanskega dela

Mehansko delo je določeno s formulo:

kjer je A delo, F sila, s prevožena razdalja.

POTENCIAL(potencialna funkcija), koncept, ki označuje širok razred fizičnih polj sile (električnih, gravitacijskih itd.) in polj na splošno fizikalne količine, ki ga predstavljajo vektorji (polje hitrosti tekočine itd.). V splošnem primeru je potencial vektorskega polja a( x,l,z) je takšna skalarna funkcija u(x,l,z), da je a=grad

35. Prevodniki v električnem polju. Električna zmogljivost.Prevodniki v električnem polju. Prevodniki so snovi, za katere je značilna prisotnost velikega števila prostih nosilcev naboja, ki se lahko premikajo pod vplivom električnega polja. Prevodniki vključujejo kovine, elektrolite in premog. V kovinah so nosilci prostih nabojev elektroni zunanjih lupin atomov, ki ob interakciji atomov popolnoma izgubijo povezavo s "svojimi" atomi in postanejo last celotnega prevodnika kot celote. Prosti elektroni sodelujejo pri toplotnem gibanju kot molekule plina in se lahko premikajo skozi kovino v katero koli smer. Električna zmogljivost- značilnost prevodnika, merilo njegove sposobnosti kopičenja električnega naboja. V teoriji električnega vezja je kapacitivnost medsebojna kapacitivnost med dvema prevodnikoma; parameter kapacitivnega elementa električnega tokokroga, predstavljenega v obliki dvopolnega omrežja. Takšna kapacitivnost je opredeljena kot razmerje med velikostjo električnega naboja in potencialno razliko med temi vodniki

36. Kapacitivnost kondenzatorja z vzporednimi ploščami.

Kapacitivnost vzporednega ploščatega kondenzatorja.

to. Kapacitivnost ploščatega kondenzatorja je odvisna samo od njegove velikosti, oblike in dielektrične konstante. Za ustvarjanje kondenzatorja z visoko zmogljivostjo je potrebno povečati površino plošč in zmanjšati debelino dielektrične plasti.

37. Magnetna interakcija tokov v vakuumu. Amperov zakon.Amperov zakon. Leta 1820 je Ampère (francoski znanstvenik (1775-1836)) eksperimentalno vzpostavil zakon, po katerem je mogoče izračunati sila, ki deluje na vodniški element dolžine, po katerem teče tok.

kjer je vektor magnetne indukcije, je vektor elementa dolžine vodnika, vlečenega v smeri toka.

Modul sile , kjer je kot med smerjo toka v prevodniku in smerjo indukcije magnetnega polja. Za ravni prevodnik dolžine, po katerem teče tok v enakomernem polju

Smer delujoče sile lahko določite z pravila leve roke:

Če je dlan leve roke postavljena tako, da normalna (na tok) komponenta magnetno polje vstopil v dlan in štirje iztegnjeni prsti so usmerjeni vzdolž toka, potem bo palec pokazal smer, v kateri deluje Amperova sila.

38. Jakost magnetnega polja. Biot-Savart-Laplaceov zakonJakost magnetnega polja(standardna oznaka n ) - vektor fizikalna količina, enako razliki vektorja magnetna indukcija B in vektor magnetizacije J .

IN Mednarodni sistem enot (SI): Kje- magnetna konstanta.

Zakon BSL. Zakon, ki določa magnetno polje posameznega tokovnega elementa

39. Uporaba zakona Bio-Savart-Laplace. Za polje enosmernega toka

Za krožno obračanje.

In za solenoid

40. Indukcija magnetnega polja Magnetno polje je označeno z vektorsko količino, ki jo imenujemo indukcija magnetnega polja (vektorska količina, ki je sila, značilna za magnetno polje v dani točki prostora). MI. (B) to ni sila, ki deluje na prevodnike, je količina, ki jo najdemo s to silo z naslednjo formulo: B=F / (I*l) (Besedno: Vektorski modul MI. (B) je enaka razmerju modula sile F, s katerim magnetno polje deluje na vodnik s tokom, ki je pravokoten na magnetne črte, na jakost toka v vodniku I in dolžino vodnika l. Magnetna indukcija je odvisna samo od magnetnega polja. V zvezi s tem lahko indukcijo štejemo za kvantitativno značilnost magnetnega polja. Določa, s kakšno silo (Lorentzova sila) deluje magnetno polje na naboj, ki se premika s hitrostjo. MI se meri v teslu (1 tesla). V tem primeru je 1 T=1 N/(A*m). MI ima smer. Grafično ga lahko skiciramo v obliki črt. V enakomernem magnetnem polju so črte MI vzporedne in vektor MI bo v vseh točkah usmerjen enako. V primeru neenakomernega magnetnega polja, na primer polja okoli vodnika, po katerem teče tok, se bo vektor magnetne indukcije spremenil na vsaki točki v prostoru okoli prevodnika, tangente na ta vektor pa bodo okoli prevodnika ustvarile koncentrične kroge. .

41. Gibanje delca v magnetnem polju. Lorentzova sila. a) - Če delec prileti v območje enakomernega magnetnega polja in je vektor V pravokoten na vektor B, se giblje v krožnici s polmerom R=mV/qB, saj Lorentzova sila Fl=mV^2 /R igra vlogo centripetalne sile. Revolucijska doba je enaka T=2piR/V=2pim/qB in ni odvisna od hitrosti delca (to velja le za 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.

Magnetna sila je določena z razmerjem: Fl = q·V·B·sina (q je velikost gibajočega se naboja; V je modul njegove hitrosti; B je modul vektorja indukcije magnetnega polja; alfa je kot med vektorjem V in vektorjem B) Lorentzova sila je pravokotna na hitrost in zato ne opravlja dela, ne spreminja modula hitrosti naboja in njegove kinetične energije. Toda smer hitrosti se nenehno spreminja. Lorentzova sila je pravokotna na vektorja B in v, njena smer pa je določena z istim pravilom leve roke kot smer Amperove sile: če je leva roka postavljena tako, da je komponenta magnetne indukcije B, pravokotna na hitrost naboja, vstopi v dlan, štirje prsti pa so usmerjeni vzdolž gibanja pozitivnega naboja (proti gibanju negativnega), nato bo palec, upognjen za 90 stopinj, pokazal smer Lorentzove sile F l, ki deluje na naboj.

Mehansko delo je energetska značilnost gibanja fizičnih teles, ki ima skalarno obliko. Enak je modulu sile, ki deluje na telo, pomnoženemu z modulom premika, ki ga povzroča ta sila, in s kosinusom kota med njima.

Formula 1 - Mehansko delo.

F - Sila, ki deluje na telo.

s - Gibanje telesa.

cosa – Kosinus kota med silo in premikom.

Ta formula ima splošno obliko. Če je kot med uporabljeno silo in premikom enak nič, potem je kosinus enak 1. V skladu s tem bo delo enako samo zmnožku sile in premika. Preprosto povedano, če se telo giblje v smeri delovanja sile, je mehansko delo enako produktu sile in premika.

Drugi poseben primer je, ko je kot med silo, ki deluje na telo, in njegovim odmikom 90 stopinj. V tem primeru je kosinus 90 stopinj enak nič, torej bo delo enako nič. In res se zgodi, da uporabimo silo v eno smer, telo pa se premakne pravokotno nanjo. To pomeni, da se telo očitno ne premika pod vplivom naše sile. Tako je delo, ki ga opravi naša sila za premikanje telesa, enako nič.

Slika 1 - Delo sil pri premikanju telesa.

Če na telo deluje več sil, se izračuna skupna sila, ki deluje na telo. In potem se nadomesti v formulo kot edina sila. Telo pod vplivom sile se lahko giblje ne le premočrtno, ampak tudi po poljubni poti. V tem primeru se delo izračuna za majhen odsek gibanja, ki se lahko šteje za pravokotno, nato pa se povzame po celotni poti.

Delo je lahko pozitivno in negativno. To pomeni, da če premik in sila sovpadata v smeri, je delo pozitivno. In če deluje sila v eno smer, telo pa se premika v drugo, bo delo negativno. Primer negativnega dela je delo torne sile. Ker je sila trenja usmerjena nasproti gibanju. Predstavljajte si telo, ki se giblje po ravnini. Sila, ki deluje na telo, ga potisne v določeno smer. Ta sila opravlja pozitivno delo za premikanje telesa. Toda hkrati sila trenja opravlja negativno delo. Upočasni gibanje telesa in je usmerjen v njegovo gibanje.

Slika 2 - Sila gibanja in trenja.

Mehansko delo se meri v Joulih. En Joule je delo, ki ga opravi sila enega Newtona, ko premakne telo za en meter. Poleg smeri gibanja telesa se lahko spreminja tudi velikost uporabljene sile. Na primer, ko je vzmet stisnjena, se bo sila, ki deluje nanjo, povečala sorazmerno s prevoženo razdaljo. V tem primeru se delo izračuna po formuli.

Formula 2 - Delo stiskanja vzmeti.

k je togost vzmeti.

x - premikajoča se koordinata.

Ko telesa medsebojno delujejo utrip eno telo lahko delno ali v celoti prenesemo na drugo telo. Če na sistem teles ne delujejo zunanje sile drugih teles, se tak sistem imenuje zaprto.

Ta temeljni naravni zakon se imenuje zakon o ohranitvi gibalne količine. Je posledica drugega in tretjega Newtonovi zakoni.

Razmislimo o dveh medsebojno delujočih telesih, ki sta del zaprtega sistema. Sile medsebojnega delovanja med temi telesi označimo z in Po tretjem Newtonovem zakonu. Če ta telesa medsebojno delujejo v času t, potem so impulzi medsebojnih sil enaki po velikosti in usmerjeni v nasprotni smeri: Uporabimo za ta telesa drugi Newtonov zakon. :

kjer in so impulzi teles v začetnem trenutku časa in so impulzi teles na koncu interakcije. Iz teh razmerij sledi:

Ta enakost pomeni, da se zaradi medsebojnega delovanja dveh teles njuna skupna zagonska količina ni spremenila. Če zdaj upoštevamo vse možne parne interakcije teles, ki so vključena v zaprt sistem, lahko sklepamo, da notranje sile zaprtega sistema ne morejo spremeniti njegovega skupnega zagona, to je vektorske vsote zagona vseh teles, vključenih v ta sistem.

Mehansko delo in moč

Na podlagi koncepta so predstavljene energijske značilnosti gibanja mehansko delo oz delo sile.

Delo A, ki ga izvaja stalna sila je fizikalna količina, ki je enaka zmnožku modulov sile in pomika, pomnoženih s kosinusom kota α med vektorjema sil in gibanja(Slika 1.1.9):

Delo je skalarna količina. Lahko je pozitiven (0° ≤ α< 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работа, совершаемая силой, равна нулю. В системе СИ работа измеряется в džulov (J).

Joule je enak delu, ki ga opravi sila 1 N, da se premakne za 1 m v smeri sile.

Če projekcija sile na smer gibanja ne ostane konstantna, je treba delo izračunati za majhne premike in rezultate sešteti:

Primer sile, katere modul je odvisen od koordinate, je elastična sila vzmeti, ki uboga Hookov zakon. Da vzmet raztegnemo, moramo nanjo delovati z zunanjo silo, katere modul je sorazmeren z raztezkom vzmeti (slika 1.1.11).

Odvisnost modula zunanje sile od koordinate x je na grafu prikazana kot ravna črta (slika 1.1.12).

Glede na površino trikotnika na sl. 1.18.4 lahko določite delo, ki ga opravi zunanja sila, ki deluje na desni prosti konec vzmeti:

Ista formula izraža delo, ki ga opravi zunanja sila pri stiskanju vzmeti. V obeh primerih je delo elastične sile po velikosti enako delu zunanje sile in nasprotnega predznaka.

Če na telo deluje več sil, potem je skupno delo vseh sil enako algebraični vsoti del posameznih sil in je enako delu rezultanta uporabljenih sil.

Imenuje se delo, ki ga sila opravi na enoto časa moč. Moč N je fizikalna količina, ki je enaka razmerju med delom A in časovnim obdobjem t, v katerem je bilo to delo opravljeno.

V naših vsakdanjih izkušnjah se beseda delo pojavlja zelo pogosto. Treba pa je razlikovati med fiziološkim delom in delom z vidika znanosti fizike. Ko pridete domov iz razreda, rečete: "Oh, tako sem utrujen!" To je fiziološko delo. Ali na primer delo ekipe v ljudski pravljici "Repa".

Slika 1. Delo v vsakdanjem pomenu besede

Tukaj bomo govorili o delu z vidika fizike.

Mehansko delo se izvaja, če se telo premika pod vplivom sile. Delo je označeno z latinsko črko A. Strožja definicija dela zveni takole.

Delo sile je fizikalna količina, ki je enaka zmnožku velikosti sile in poti, ki jo telo prepotuje v smeri delovanja sile.

Slika 2. Delo je fizikalna količina

Formula velja, ko na telo deluje stalna sila.

V mednarodnem sistemu enot SI se delo meri v joulih.

To pomeni, da če se telo pod vplivom sile 1 newton premakne za 1 meter, potem ta sila opravi 1 joul dela.

Enota za delo je poimenovana po angleškem znanstveniku Jamesu Prescottu Joulu.

Slika 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

Iz formule za izračun dela sledi, da so možni trije primeri, ko je delo enako nič.

Prvi primer je, ko na telo deluje sila, telo pa se ne premika. Na primer, na hišo deluje velika gravitacijska sila. Vendar ne opravlja nobenega dela, ker hiša miruje.

Drugi primer je, ko se telo giblje po vztrajnosti, to pomeni, da nanj ne deluje nobena sila. Na primer, vesoljska ladja se premika v medgalaktičnem prostoru.

Tretji primer je, ko na telo deluje sila pravokotno na smer gibanja telesa. V tem primeru, čeprav se telo giblje in nanj deluje sila, do gibanja telesa ne pride v smeri sile.

Slika 4. Trije primeri, ko je delo nič

Prav tako je treba povedati, da je delo, ki ga opravi sila, lahko negativno. To se zgodi, če se telo premakne proti smeri sile. Na primer, ko žerjav dvigne tovor nad tlemi s pomočjo kabla, je delo, ki ga opravi gravitacijska sila, negativno (delo, ki ga opravi elastična sila kabla, usmerjenega navzgor, pa je nasprotno pozitivno).

Predpostavimo, da je treba pri izvajanju gradbenih del jamo napolniti s peskom. Za to bi bager porabil nekaj minut, delavec z lopato pa bi moral delati več ur. Ampak tako bager kot delavec bi dokončal isto delo.

Slika 5. Isto delo je lahko dokončano v različnih časih

Za karakterizacijo hitrosti opravljenega dela v fiziki se uporablja količina, imenovana moč.

Moč je fizikalna količina, ki je enaka razmerju med delom in časom, ki ga opravi.

Moč je označena z latinično črko n.

Enota SI za moč je vat.

En vat je moč, pri kateri se v eni sekundi opravi en joul dela.

Pogonska enota je poimenovana po angleškem znanstveniku, izumitelju parnega stroja Jamesu Wattu.

Slika 6. James Watt (1736 - 1819)

Združimo formulo za izračun dela s formulo za izračun moči.

Spomnimo se zdaj, da je razmerje poti, ki jo prepotuje telo S, glede na čas gibanja t predstavlja hitrost gibanja telesa v.

torej moč je enaka zmnožku številčne vrednosti sile in hitrosti telesa v smeri delovanja sile.

Ta formula je primerna za uporabo pri reševanju problemov, pri katerih sila deluje na telo, ki se premika z znano hitrostjo.

Bibliografija

1. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Zbirka problemov iz fizike za 7-9 razrede splošnoizobraževalnih ustanov. - 17. izd. - M.: Izobraževanje, 2004.
2. Periškin A.V. Fizika. 7. razred - 14. izd., stereotip. - M .: Bustard, 2010.
3. Periškin A.V. Zbirka nalog iz fizike, razredi 7-9: 5. izd., stereotip. - M: Založba "Izpit", 2010.

1. Internetni portal Physics.ru ().
2. Internetni portal Festival.1september.ru ().
3. Internetni portal Fizportal.ru ().
4. Internetni portal Elkin52.narod.ru ().

Domača naloga

1. V katerih primerih je delo enako nič?
2. Kako poteka delo vzdolž poti, prevožene v smeri sile? V nasprotni smeri?
3. Kolikšno delo opravi sila trenja, ki deluje na opeko, ko se premakne za 0,4 m? Sila trenja je 5 N.