Lucrari mecanice si. munca mecanica

Unul dintre cele mai importante concepte din mecanică forta de munca .

Munca de forță

Toate corpurile fizice din lumea din jurul nostru sunt conduse de forță. Dacă un corp în mișcare în aceeași direcție sau opusă este afectat de o forță sau mai multe forțe de la unul sau mai multe corpuri, atunci ei spun că munca este gata .

Adică lucrul mecanic este realizat de forța care acționează asupra corpului. Astfel, forța de tracțiune a unei locomotive electrice pune în mișcare întregul tren, efectuând astfel un lucru mecanic. Bicicleta este propulsată de forța musculară a picioarelor biciclistului. Prin urmare, această forță face și lucru mecanic.

În fizică munca de forta numită mărime fizică egală cu produsul dintre modulul de forță, modulul de deplasare al punctului de aplicare a forței și cosinusul unghiului dintre vectorii forței și deplasarea.

A = F s cos (F, s) ,

Unde F modulul de forță,

s- modul de mișcare .

Se lucrează întotdeauna dacă unghiul dintre vânturile de forță și deplasare nu este egal cu zero. Dacă forța acționează în direcția opusă direcției de mișcare, cantitatea de lucru este negativă.

Nu se lucrează dacă nu acționează nicio forță asupra corpului sau dacă unghiul dintre forța aplicată și direcția de mișcare este de 90 o (cos 90 o \u003d 0).

Dacă calul trage căruța, atunci forța musculară a calului sau forța de tracțiune îndreptată în direcția căruței face treaba. Iar forța gravitației, cu care șoferul apasă pe cărucior, nu funcționează, deoarece este îndreptată în jos, perpendicular pe direcția de mișcare.

Lucrul unei forțe este o mărime scalară.

Unitatea de lucru SI - joule. 1 joule este munca efectuată de o forță de 1 newton la o distanță de 1 m dacă direcția forței și deplasarea sunt aceleași.

Dacă mai multe forțe acționează asupra unui corp sau punct material, atunci ele vorbesc despre munca făcută de forța lor rezultantă.

Dacă forța aplicată nu este constantă, atunci munca sa este calculată ca integrală:

Putere

Forța care pune corpul în mișcare face lucru mecanic. Dar cum se face această muncă, rapid sau încet, este uneori foarte important de știut în practică. La urma urmei, aceeași muncă poate fi făcută în momente diferite. Munca pe care o face un motor electric mare poate fi realizată de un motor mic. Dar îi va lua mult mai mult să facă asta.

În mecanică, există o cantitate care caracterizează viteza de lucru. Această valoare este numită putere.

Puterea este raportul dintre munca depusă într-o anumită perioadă de timp și valoarea acestei perioade.

N= A /∆ t

Prin definitie A = F s cos α , dar s/∆ t = v , Prin urmare

N= F v cos α = F v ,

Unde F - putere, v viteză, α este unghiul dintre direcția forței și direcția vitezei.

i.e putere - este produsul scalar dintre vectorul forță și vectorul viteză al corpului.

În sistemul internațional SI, puterea este măsurată în wați (W).

Puterea de 1 watt este munca de 1 joule (J) realizată în 1 secundă (s).

Puterea poate fi crescută prin creșterea forței care efectuează munca sau a ratei cu care se efectuează această muncă.

Munca mecanica. Unități de lucru.

În viața de zi cu zi, sub conceptul de „muncă” înțelegem totul.

În fizică, conceptul Loc de munca oarecum diferit. Aceasta este o anumită mărime fizică, ceea ce înseamnă că poate fi măsurată. În fizică, studiul este în primul rând munca mecanica .

Luați în considerare exemple de lucru mecanic.

Trenul se deplasează sub acțiunea forței de tracțiune a locomotivei electrice, în timp ce efectuează lucrări mecanice. Când se trage un pistol, forța de presiune a gazelor pulbere funcționează - mișcă glonțul de-a lungul țevii, în timp ce viteza glonțului crește.

Din aceste exemple, se poate observa că munca mecanică se realizează atunci când corpul se mișcă sub acțiunea unei forțe. Lucrul mecanic se efectuează și în cazul în care forța care acționează asupra corpului (de exemplu, forța de frecare) reduce viteza de mișcare a acestuia.

Dorind să mutăm dulapul, apăsăm pe el cu forță, dar dacă nu se mișcă în același timp, atunci nu efectuăm lucrări mecanice. Ne putem imagina cazul în care corpul se mișcă fără participarea forțelor (prin inerție), în acest caz, nici un lucru mecanic nu este efectuat.

Asa de, munca mecanica se face numai atunci cand asupra corpului actioneaza o forta si acesta se misca .

Este ușor de înțeles că cu cât forța care acționează asupra corpului este mai mare și cu cât este mai lungă calea pe care o parcurge corpul sub acțiunea acestei forțe, cu atât munca efectuată este mai mare.

Lucrul mecanic este direct proportional cu forta aplicata si direct proportional cu distanta parcursa. .

Prin urmare, am convenit să măsurăm lucrul mecanic prin produsul forței și calea parcursă în această direcție a acestei forțe:

munca = forta × cale

Unde DAR- Loc de munca, F- puterea si s- distanta parcursa.

O unitate de lucru este munca efectuată de o forță de 1 N pe o cale de 1 m.

unitate de lucru - joule (J ) poartă numele savantului englez Joule. În acest fel,

1 J = 1 N m.

De asemenea, folosit kilojulii (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Formulă A = Fs aplicabil atunci când forța F este constantă și coincide cu direcția de mișcare a corpului.

Dacă direcția forței coincide cu direcția de mișcare a corpului, atunci această forță efectuează o activitate pozitivă.

Dacă mișcarea corpului are loc în direcția opusă direcției forței aplicate, de exemplu, forța de frecare de alunecare, atunci această forță face un lucru negativ.

Dacă direcția forței care acționează asupra corpului este perpendiculară pe direcția mișcării, atunci această forță nu lucrează, munca este zero:

În viitor, vorbind despre munca mecanică, o vom numi pe scurt într-un singur cuvânt - muncă.

Exemplu. Calculați munca efectuată la ridicarea unei plăci de granit cu un volum de 0,5 m3 la o înălțime de 20 m. Densitatea granitului este de 2500 kg / m3.

Dat:

ρ \u003d 2500 kg / m 3

Soluţie:

unde F este forța care trebuie aplicată pentru a ridica uniform placa în sus. Această forță este egală ca modul cu forța firului Fstrand care acționează asupra plăcii, adică F = Fstrand. Și forța gravitației poate fi determinată de masa plăcii: Ftyazh = gm. Se calculează masa plăcii, cunoscându-i volumul și densitatea granitului: m = ρV; s = h, adică drumul este egal cu înălțimea ascensiunii.

Deci, m = 2500 kg/m3 0,5 m3 = 1250 kg.

F = 9,8 N/kg 1250 kg ≈ 12250 N.

A = 12.250 N 20 m = 245.000 J = 245 kJ.

Răspuns: A = 245 kJ.

Pârghii.Putere.Energie

Motoare diferite necesită timpi diferiți pentru a face aceeași muncă. De exemplu, o macara de la un șantier ridică sute de cărămizi la ultimul etaj al unei clădiri în câteva minute. Dacă un muncitor ar muta aceste cărămizi, i-ar lua câteva ore să facă acest lucru. Alt exemplu. Un cal poate ară un hectar de pământ în 10-12 ore, în timp ce un tractor cu plug cu mai multe cote ( prag- parte din plug care taie stratul de pământ de dedesubt și îl transferă în groapă; multi-share - o mulțime de acțiuni), această lucrare va fi efectuată timp de 40-50 de minute.

Este clar că o macara face aceeași muncă mai repede decât un muncitor, iar un tractor mai repede decât un cal. Viteza de lucru este caracterizată de o valoare specială numită putere.

Puterea este egală cu raportul dintre muncă și timpul pentru care a fost finalizată.

Pentru a calcula puterea, este necesar să împărțiți munca la timpul în care se efectuează această muncă. putere = munca / timp.

Unde N- putere, A- Loc de munca, t- timpul de lucru efectuat.

Puterea este o valoare constantă, când se face aceeași muncă pentru fiecare secundă, în alte cazuri raportul La determină puterea medie:

N cf = La . Unitatea de putere a fost considerată puterea la care se lucrează în J în 1 s.

Această unitate se numește watt ( mar) în onoarea unui alt om de știință englez Watt.

1 watt = 1 joule/ 1 secundă, sau 1 W = 1 J/s.

Watt (joule pe secundă) - W (1 J / s).

Unitățile mai mari de putere sunt utilizate pe scară largă în inginerie - kilowatt (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

Exemplu. Aflați puterea debitului de apă care curge prin baraj, dacă înălțimea căderii de apă este de 25 m, iar debitul său este de 120 m3 pe minut.

Dat:

ρ = 1000 kg/m3

Soluţie:

Masa apei care cade: m = ρV,

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

Forța gravitației care acționează asupra apei:

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

Lucru efectuat pe minut:

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

Puterea debitului: N = A/t,

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

Răspuns: N = 0,5 MW.

Diverse motoare au puteri care variază de la sutimi și zecimi de kilowatt (motor al unui aparat de ras electric, mașină de cusut) până la sute de mii de kilowați (turbine cu apă și abur).

Tabelul 5

Puterea unor motoare, kW.

Fiecare motor are o placă (pașaport motor), care conține câteva date despre motor, inclusiv puterea acestuia.

Puterea umană în condiții normale de lucru este în medie de 70-80 wați. Făcând sărituri, alergând pe scări, o persoană poate dezvolta o putere de până la 730 de wați și, în unele cazuri, chiar mai mult.

Din formula N = A/t rezultă că

Pentru a calcula munca, trebuie să înmulțiți puterea cu timpul în care a fost efectuată această muncă.

Exemplu. Motorul ventilatorului camerei are o putere de 35 de wați. Cât de mult lucrează în 10 minute?

Să notăm starea problemei și să o rezolvăm.

Dat:

Soluţie:

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

Răspuns A= 21 kJ.

mecanisme simple.

Din cele mai vechi timpuri, omul folosește diverse dispozitive pentru a efectua lucrări mecanice.

Toată lumea știe că un obiect greu (piatră, dulap, mașină), care nu poate fi deplasat cu mâna, poate fi mutat cu un băț destul de lung - o pârghie.

Pe acest moment se crede că cu ajutorul pârghiilor în urmă cu trei mii de ani, în timpul construcției piramidelor din Egiptul antic, plăcile grele de piatră au fost mutate și ridicate la o înălțime mare.

În multe cazuri, în loc să ridice o sarcină grea la o anumită înălțime, aceasta poate fi rulată sau trasă la aceeași înălțime pe un plan înclinat sau ridicată cu blocuri.

Dispozitivele folosite pentru a transforma puterea sunt numite mecanisme .

Mecanismele simple includ: pârghii și varietățile sale - bloc, poartă; planul înclinat și soiurile sale - pană, șurub. În cele mai multe cazuri, se folosesc mecanisme simple pentru a obține un câștig în forță, adică pentru a crește de mai multe ori forța care acționează asupra corpului.

Mecanisme simple se găsesc atât în ​​gospodărie, cât și în toate mașinile complexe din fabrică și fabrică care taie, răsucesc și ștampilă foi mari de oțel sau trag cele mai fine fire din care sunt apoi realizate țesăturile. Aceleași mecanisme pot fi găsite în automatele moderne complexe, mașinile de tipărit și numărat.

Maneta. Echilibrul de forțe pe pârghie.

Luați în considerare cel mai simplu și cel mai comun mecanism - pârghia.

Pârghia este solid, care se poate roti în jurul unui suport fix.

Cifrele arată cum un muncitor folosește o rangă pentru a ridica o sarcină ca pârghie. În primul caz, un muncitor cu forță F apasă capătul rangei B, în al doilea - ridică capătul B.

Muncitorul trebuie să depășească greutatea încărcăturii P- forta indreptata vertical in jos. Pentru aceasta, el rotește ranga în jurul unei axe care trece prin singura nemişcat punctul de rupere - punctul său de sprijin DESPRE. Putere F, cu care lucrătorul acționează asupra pârghiei, mai puțină forță P, așa că muncitorul primește câștigă în forță. Cu ajutorul unei pârghii, puteți ridica o sarcină atât de grea încât să nu o puteți ridica singur.

Figura prezintă o pârghie a cărei axă de rotație este DESPRE(fulcrul) este situat între punctele de aplicare a forțelor DARȘi ÎN. Cealaltă figură prezintă o diagramă a acestei pârghii. Ambele forțe F 1 și F 2 care acționează asupra pârghiei sunt îndreptate în aceeași direcție.

Cea mai scurtă distanță dintre punct de sprijin și linia dreaptă de-a lungul căreia forța acționează asupra pârghiei se numește brațul forței.

Lungimea acestei perpendiculare va fi umărul acestei forțe. Figura arată că OA- puterea umerilor F 1; OV- puterea umerilor F 2. Forțele care acționează asupra pârghiei o pot roti în jurul axei în două direcții: în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic. Da, putere F 1 rotește pârghia în sensul acelor de ceasornic și forța F 2 îl rotește în sens invers acelor de ceasornic.

Condiția în care pârghia se află în echilibru sub acțiunea forțelor aplicate acesteia poate fi stabilită experimental. În același timp, trebuie amintit că rezultatul acțiunii unei forțe depinde nu numai de valoarea sa numerică (modulul), ci și de punctul în care este aplicată corpului sau de modul în care este direcționată.

Diferite greutăți sunt suspendate de pârghie (vezi fig.) pe ambele părți ale punctului de sprijin, astfel încât de fiecare dată pârghia să rămână în echilibru. Forțele care acționează asupra pârghiei sunt egale cu greutățile acestor sarcini. Pentru fiecare caz se măsoară modulele de forțe și umerii acestora. Din experiența prezentată în Figura 154, se poate observa că forța 2 H echilibrează puterea 4 H. În acest caz, după cum se poate observa din figură, umărul cu forță mai mică este de 2 ori mai mare decât umărul cu forță mai mare.

Pe baza unor astfel de experimente s-a stabilit condiția (regula) echilibrului pârghiei.

Pârghia este în echilibru atunci când forțele care acționează asupra ei sunt invers proporționale cu umerii acestor forțe.

Această regulă poate fi scrisă sub formă de formulă:

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

Unde F 1Și F 2 - forte care actioneaza asupra manetei, l 1Și l 2 , - umerii acestor forţe (vezi Fig.).

Regula pentru echilibrarea pârghiei a fost stabilită de Arhimede în jurul anilor 287-212. î.Hr e. (Dar ultimul paragraf nu spunea că pârghiile erau folosite de egipteni? Sau cuvântul „stabilit” este important aici?)

Din această regulă rezultă că o forță mai mică poate fi echilibrată cu o pârghie a unei forțe mai mari. Lăsați un braț al pârghiei să fie de 3 ori mai mare decât celălalt (vezi fig.). Apoi, aplicând o forță de, de exemplu, 400 N în punctul B, se poate ridica o piatră cu o greutate de 1200 N. Pentru a ridica o sarcină și mai grea, este necesară creșterea lungimii brațului de pârghie pe care actele muncitorului.

Exemplu. Cu ajutorul unei pârghii, un muncitor ridică o placă cu o greutate de 240 kg (vezi Fig. 149). Ce forță aplică brațului mai mare al pârghiei, care are 2,4 m, dacă brațul mai mic are 0,6 m?

Să notăm starea problemei și să o rezolvăm.

Dat:

Soluţie:

Conform regulii de echilibru a pârghiei, F1/F2 = l2/l1, de unde F1 = F2 l2/l1, unde F2 = P este greutatea pietrei. Greutatea pietrei asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Apoi, F1 = 2400 N 0,6 / 2,4 = 600 N.

Răspuns: F1 = 600 N.

În exemplul nostru, muncitorul învinge o forță de 2400 N aplicând pârghiei o forță de 600 N. Dar, în același timp, brațul asupra căruia acționează muncitorul este de 4 ori mai lung decât cel asupra căruia acționează greutatea pietrei. ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Prin aplicarea regulii pârghiei, o forță mai mică poate echilibra o forță mai mare. În acest caz, umărul forței mai mici trebuie să fie mai lung decât umărul forței mai mari.

Moment de putere.

Cunoașteți deja regula echilibrului pârghiei:

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

Folosind proprietatea proporției (produsul termenilor săi extremi este egal cu produsul termenilor săi medii), îl scriem sub această formă:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

În partea stângă a ecuației se află produsul forței F 1 pe umărul ei l 1, iar în dreapta - produsul forței F 2 pe umărul ei l 2 .

Se numește produsul dintre modulul forței care rotește corpul și brațul acestuia moment de forta; este notat cu litera M. Deci,

O pârghie este în echilibru sub acțiunea a două forțe dacă momentul forței care o rotește în sensul acelor de ceasornic este egal cu momentul forței care o rotește în sens invers acelor de ceasornic.

Această regulă se numește regula momentului , poate fi scris sub formă de formulă:

M1 = M2

Într-adevăr, în experimentul pe care l-am considerat, (§ 56) forțele care acționau au fost egale cu 2 N și 4 N, umerii lor, respectiv, au fost de 4 și respectiv 2 presiuni ale pârghiei, adică momentele acestor forțe sunt aceleași atunci când pârghia. este în echilibru.

Momentul forței, ca orice mărime fizică, poate fi măsurat. Un moment de forță de 1 N este luat ca unitate a momentului de forță, al cărui umăr este exact 1 m.

Această unitate este numită newtonmetru (N m).

Momentul forței caracterizează acțiunea forței și arată că acesta depinde simultan de modulul forței și de umărul acesteia. Într-adevăr, știm deja, de exemplu, că efectul unei forțe asupra unei uși depinde atât de modulul forței, cât și de locul în care se aplică forța. Ușa este mai ușor de rotit, cu atât mai departe de axa de rotație se aplică forța care acționează asupra acesteia. Este mai bine să deșurubați piulița cu o cheie lungă decât cu una scurtă. Cu cât este mai ușor să ridici o găleată din fântână, cu atât mânerul porții este mai lung etc.

Pârghii în tehnologie, viața de zi cu zi și natură.

Regula pârghiei (sau regula momentelor) stă la baza acțiunii diferitelor tipuri de instrumente și dispozitive utilizate în tehnologie și viața de zi cu zi unde este necesar un câștig în forță sau pe drum.

Avem un câștig în forță atunci când lucrăm cu foarfecele. Foarfece - este o pârghie(orez), a cărui axă de rotație are loc printr-un șurub care leagă ambele jumătăți ale foarfecelor. forță care acționează F 1 este forța musculară a mâinii persoanei care strânge foarfecele. Forta oponenta F 2 - forța de rezistență a unui astfel de material care este tăiat cu foarfece. În funcție de scopul foarfecelor, dispozitivul lor este diferit. Foarfecele de birou, concepute pentru tăierea hârtiei, au lame lungi și mânere care au aproape aceeași lungime. Nu necesită multă forță pentru a tăia hârtie și este mai convenabil să tăiați în linie dreaptă cu o lamă lungă. Foarfecele pentru tăierea tablei (Fig.) au mânere mult mai lungi decât lamele, deoarece forța de rezistență a metalului este mare și pentru a o echilibra, brațul forței de acțiune trebuie crescut semnificativ. Chiar mai multă diferență între lungimea mânerelor și distanța piesei de tăiere și axa de rotație în interior tăietori de sârmă(Fig.), Proiectat pentru tăierea sârmei.

Pârghiile de diferite tipuri sunt disponibile pe multe mașini. Mânerul unei mașini de cusut, pedalele de bicicletă sau frâne de mână, pedalele de mașină și de tractor, clapele de pian sunt toate exemple de pârghii utilizate în aceste mașini și unelte.

Exemple de utilizare a pârghiilor sunt mânerele menghinelor și bancurilor de lucru, pârghia unei mașini de găurit etc.

Acțiunea echilibrelor cu pârghie se bazează și pe principiul pârghiei (Fig.). Scala de antrenament prezentată în figura 48 (p. 42) acționează ca pârghie cu brațe egale . ÎN scale zecimale brațul de care este suspendată cupa cu greutăți este de 10 ori mai lung decât brațul care poartă sarcina. Acest lucru simplifică foarte mult cântărirea sarcinilor mari. Când cântăriți o încărcătură pe o cântar zecimal, înmulțiți greutatea greutăților cu 10.

Dispozitivul cântarelor pentru cântărirea vagoanelor de marfă ale mașinilor se bazează și pe regula pârghiei.

Pârghiile se găsesc și în diferite părți ale corpului animalelor și oamenilor. Acestea sunt, de exemplu, brațele, picioarele, fălcile. Multe pârghii pot fi găsite în corpul insectelor (după ce a citit o carte despre insecte și structura corpului lor), păsări, în structura plantelor.

Aplicarea legii echilibrului pârghiei la bloc.

bloc este o roată cu canelură, întărită în suport. O frânghie, cablu sau lanț este trecută de-a lungul jgheabului blocului.

Bloc fix se numește un astfel de bloc, a cărui axă este fixă, iar la ridicarea sarcinilor nu se ridică și nu coboară (Fig.

Un bloc fix poate fi considerat ca o pârghie cu brațe egale, în care brațele forțelor sunt egale cu raza roții (Fig.): OA = OB = r. Un astfel de bloc nu dă un câștig în forță. ( F 1 = F 2), dar vă permite să schimbați direcția forței. Bloc mobil este un bloc. a cărui axă urcă și coboară odată cu sarcina (fig.). Figura prezintă pârghia corespunzătoare: DESPRE- punctul de sprijin al pârghiei, OA- puterea umerilor RȘi OV- puterea umerilor F. De la umăr OV de 2 ori umărul OA, apoi forța F Putere de 2 ori mai mica R:

F = P/2 .

În acest fel, blocul mobil oferă un câștig în forță de 2 ori .

Acest lucru poate fi demonstrat și folosind conceptul de moment al forței. Când blocul este în echilibru, momentele forțelor FȘi R sunt egali unul cu altul. Dar umărul puterii F de 2 ori puterea umerilor R, ceea ce înseamnă că forța în sine F Putere de 2 ori mai mica R.

De obicei, în practică, se utilizează o combinație a unui bloc fix cu unul mobil (Fig.). Blocul fix este folosit doar pentru confort. Nu dă un câștig în forță, ci schimbă direcția forței. De exemplu, vă permite să ridicați o încărcătură în timp ce stați pe pământ. Este util pentru mulți oameni sau lucrători. Cu toate acestea, oferă un câștig de putere de 2 ori mai mare decât de obicei!

Egalitatea muncii atunci când se utilizează mecanisme simple. „Regula de aur” a mecanicii.

Mecanismele simple pe care le-am luat în considerare sunt folosite în efectuarea muncii în acele cazuri când este necesară echilibrarea unei alte forțe prin acțiunea unei forțe.

În mod firesc, se pune întrebarea: oferind un câștig în forță sau cale, mecanismele simple nu dau un câștig în muncă? Răspunsul la această întrebare poate fi obținut din experiență.

Având echilibrat pe pârghie două forțe de modul diferit F 1 și F 2 (fig.), puneți maneta în mișcare. Se pare că, în același timp, punctul de aplicare a unei forțe mai mici F 2 merge departe s 2 și punctul de aplicare a unei forțe mai mari F 1 - cale mai mică s 1. Măsurând aceste trasee și module de forță, constatăm că traseele parcurse de punctele de aplicare a forțelor pe pârghie sunt invers proporționale cu forțele:

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

Astfel, acționând asupra brațului lung al pârghiei, câștigăm în forță, dar în același timp pierdem aceeași sumă pe parcurs.

Produsul forței F pe drum s există de lucru. Experimentele noastre arată că munca efectuată de forțele aplicate pârghiei sunt egale între ele:

F 1 s 1 = F 2 s 2, adică DAR 1 = DAR 2.

Asa de, atunci când utilizați pârghia, câștigul în muncă nu va funcționa.

Folosind pârghia, putem câștiga fie în forță, fie la distanță. Acționând cu forța asupra brațului scurt al pârghiei, câștigăm în distanță, dar pierdem în forță cu aceeași cantitate.

Există o legendă că Arhimede, încântat de descoperirea regulii pârghiei, a exclamat: „Dă-mi un punct de sprijin și voi întoarce Pământul!”.

Desigur, Arhimede nu ar fi putut face față unei astfel de sarcini chiar dacă i s-ar fi oferit un punct de sprijin (care ar trebui să fie în afara Pământului) și o pârghie de lungimea necesară.

Pentru a ridica pământul cu doar 1 cm, brațul lung al pârghiei ar trebui să descrie un arc de lungime enormă. Ar dura milioane de ani pentru a deplasa capătul lung al pârghiei pe această cale, de exemplu, cu o viteză de 1 m/s!

Nu oferă un câștig în muncă și un bloc fix, care este ușor de verificat prin experiență (vezi Fig.). Trasee parcurse de punctele de aplicare a forțelor FȘi F, sunt aceleași, aceleași sunt forțele, ceea ce înseamnă că munca este aceeași.

Este posibil să se măsoare și să compare între ele lucrările efectuate cu ajutorul unui bloc mobil. Pentru a ridica sarcina la o înălțime h cu ajutorul unui bloc mobil este necesar să mutați capătul cablului de care este atașat dinamometrul, după cum arată experiența (Fig.), la o înălțime de 2h.

În acest fel, obținând un câștig în putere de 2 ori, ei pierd de 2 ori pe drum, prin urmare, blocul mobil nu oferă un câștig în muncă.

Secole de practică au arătat că niciunul dintre mecanisme nu dă un câștig în muncă. Se folosesc diverse mecanisme pentru a câștiga în forță sau pe parcurs, în funcție de condițiile de lucru.

Oamenii de știință antici cunoșteau deja regula aplicabilă tuturor mecanismelor: de câte ori câștigăm în forță, de câte ori pierdem la distanță. Această regulă a fost numită „regula de aur” a mecanicii.

Eficiența mecanismului.

Având în vedere dispozitivul și acțiunea pârghiei, nu am ținut cont de frecare, precum și de greutatea pârghiei. în aceste conditii ideale munca efectuată de forța aplicată (vom numi această muncă complet), este egal cu util ridicarea sarcinilor sau depășirea oricărei rezistențe.

În practică, munca totală efectuată de mecanism este întotdeauna ceva mai mare decât munca utilă.

O parte din lucru este efectuată împotriva forței de frecare din mecanism și prin mișcarea părților sale individuale. Deci, folosind un bloc mobil, trebuie să efectuați suplimentar lucrări de ridicare a blocului în sine, a frânghiei și determinarea forței de frecare în axa blocului.

Indiferent de mecanismul pe care îl alegem, munca utilă realizată cu ajutorul său este întotdeauna doar o parte din munca totală. Deci, notând munca utilă cu litera Ap, munca completă (cheltuită) cu litera Az, putem scrie:

Sus< Аз или Ап / Аз < 1.

Raportul dintre munca utilă și munca totală se numește eficiența mecanismului.

Eficiența este abreviată ca eficiență.

Eficiență = Ap / Az.

Eficiența este de obicei exprimată ca procent și notă cu litera greacă η, se citește ca „aceasta”:

η \u003d Ap / Az 100%.

Exemplu: O masă de 100 kg este suspendată de brațul scurt al pârghiei. Pentru a-l ridica s-a aplicat brațului lung o forță de 250 N. Sarcina a fost ridicată la o înălțime h1 = 0,08 m, în timp ce punctul de aplicare a forței motrice a scăzut la o înălțime h2 = 0,4 m. Aflați eficiența lui pârghia.

Să notăm starea problemei și să o rezolvăm.

Dat :

Soluţie :

η \u003d Ap / Az 100%.

Muncă completă (cheltuită) Az = Fh2.

Muncă utilă Ап = Рh1

P \u003d 9,8 100 kg ≈ 1000 N.

Ap \u003d 1000 N 0,08 \u003d 80 J.

Az \u003d 250 N 0,4 m \u003d 100 J.

η = 80 J/100 J 100% = 80%.

Răspuns : η = 80%.

Dar „regula de aur” este îndeplinită și în acest caz. O parte din munca utilă - 20% din aceasta - este cheltuită pentru depășirea frecării în axa pârghiei și a rezistenței aerului, precum și pentru mișcarea pârghiei în sine.

Eficiența oricărui mecanism este întotdeauna mai mică de 100%. Prin proiectarea mecanismelor, oamenii tind să-și sporească eficiența. Pentru a face acest lucru, frecarea în axele mecanismelor și greutatea acestora sunt reduse.

Energie.

În fabrici și fabrici, mașinile și mașinile sunt acționate de motoare electrice, care consumă energie electrică (de unde și denumirea).

În experiența noastră de zi cu zi, cuvântul „muncă” este foarte comun. Dar ar trebui să distingem între munca fiziologică și muncă din punctul de vedere al științei fizicii. Când vii acasă de la clasă, spui: „Oh, ce obosit sunt!”. Aceasta este o muncă fiziologică. Sau, de exemplu, munca echipei în poveste populara"Ridiche".

Fig 1. Munca în sensul cotidian al cuvântului

Vom vorbi aici despre muncă din punct de vedere al fizicii.

Lucrul mecanic se realizează atunci când o forță mișcă un corp. Munca este desemnată cu litera latină A. O definiție mai riguroasă a muncii este următoarea.

Lucrul unei forțe este o mărime fizică egală cu produsul dintre mărimea forței și distanța parcursă de corp în direcția forței.

Fig 2. Munca este o mărime fizică

Formula este valabilă atunci când asupra corpului acţionează o forţă constantă.

În sistemul internațional de unități SI, munca se măsoară în jouli.

Aceasta înseamnă că dacă un corp se mișcă 1 metru sub acțiunea unei forțe de 1 newton, atunci 1 joule de lucru este efectuat de această forță.

Unitatea de lucru este numită după omul de știință englez James Prescott Joule.

Figura 3. James Prescott Joule (1818 - 1889)

Din formula de calcul a muncii rezultă că există trei cazuri când munca este egală cu zero.

Primul caz este atunci când o forță acționează asupra corpului, dar corpul nu se mișcă. De exemplu, o forță uriașă de gravitație acționează asupra unei case. Dar ea nu muncește, pentru că casa este nemișcată.

Al doilea caz este atunci când corpul se mișcă prin inerție, adică nicio forță nu acționează asupra lui. De exemplu, o navă spațială se mișcă în spațiul intergalactic.

Al treilea caz este atunci când o forță acționează asupra corpului perpendicular pe direcția de mișcare a corpului. În acest caz, deși corpul se mișcă, și forța acționează asupra lui, dar nu există nicio mișcare a corpului în direcția forței.

Fig 4. Trei cazuri când munca este egală cu zero

De asemenea, trebuie spus că munca unei forțe poate fi negativă. Așa va fi dacă se va produce mișcarea corpului împotriva direcției forței. De exemplu, atunci când o macara ridică o sarcină deasupra solului cu un cablu, munca gravitațională este negativă (și munca forței în sus a cablului, dimpotrivă, este pozitivă).

Să presupunem că, atunci când se efectuează lucrări de construcție, groapa trebuie acoperită cu nisip. Un excavator ar avea nevoie de câteva minute pentru a face acest lucru, iar un muncitor cu o lopată ar trebui să lucreze câteva ore. Dar atât excavatorul, cât și muncitorul ar fi funcționat aceeasi munca.

Fig 5. Aceeași muncă poate fi făcută în momente diferite

Pentru a caracteriza viteza de lucru în fizică, se folosește o cantitate numită putere.

Puterea este o mărime fizică egală cu raportul dintre muncă și timpul de execuție.

Puterea este indicată printr-o literă latină N.

Unitatea SI de putere este watul.

Un watt este puterea la care se efectuează un joule de lucru într-o secundă.

Unitatea de putere este numită după omul de știință englez și inventatorul motorului cu abur James Watt.

Figura 6. James Watt (1736 - 1819)

Combinați formula pentru calcularea muncii cu formula pentru calcularea puterii.

Amintiți-vă acum că raportul dintre drumul parcurs de corp, S, până la momentul mișcării t este viteza corpului v.

În acest fel, puterea este egală cu produsul dintre valoarea numerică a forței și viteza corpului în direcția forței.

Această formulă este convenabilă de utilizat atunci când se rezolvă probleme în care o forță acționează asupra unui corp care se mișcă cu o viteză cunoscută.

Bibliografie

1. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Culegere de sarcini la fizică pentru clasele 7-9 institutii de invatamant. - Ed. a XVII-a. - M.: Iluminismul, 2004.
2. Peryshkin A.V. Fizică. 7 celule - Ed. a XIV-a, stereotip. - M.: Dropia, 2010.
3. Peryshkin A.V. Culegere de probleme de fizică, clasele 7-9: ed. a V-a, stereotip. - M: Editura Exam, 2010.

1. Portalul de internet Physics.ru ().
2. Portalul de internet Festival.1september.ru ().
3. Portalul de internet Fizportal.ru ().
4. Portalul de internet Elkin52.narod.ru ().

Teme pentru acasă

1. Când munca este egală cu zero?
2. Care este munca efectuată pe calea parcursă în direcția forței? In sens invers?
3. Ce lucru face forța de frecare care acționează asupra cărămizii atunci când aceasta se mișcă cu 0,4 m? Forța de frecare este de 5 N.

Informații teoretice de bază

munca mecanica

Caracteristicile energetice ale mișcării sunt introduse pe baza conceptului muncă mecanică sau muncă de forță. Muncă efectuată de o forță constantă F, este o mărime fizică egală cu produsul modulelor forță și deplasare, înmulțit cu cosinusul unghiului dintre vectorii forței Fși deplasare S:

Munca este o mărime scalară. Poate fi fie pozitiv (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). La α = 90° munca efectuată de forță este zero. În sistemul SI, munca este măsurată în jouli (J). Un joule este egal cu munca efectuată de o forță de 1 newton pentru a se deplasa cu 1 metru în direcția forței.

Dacă forța se schimbă în timp, atunci pentru a găsi munca, ei construiesc un grafic al dependenței forței de deplasare și găsesc aria figurii de sub grafic - aceasta este munca:

Un exemplu de forță al cărei modul depinde de coordonată (deplasare) este forța elastică a unui arc, care respectă legea lui Hooke ( F extr = kx).

Putere

Lucrul efectuat de o forță pe unitatea de timp se numește putere. Putere P(uneori denumit N) este o mărime fizică egală cu raportul de lucru A la intervalul de timp t timp in care s-a finalizat aceasta lucrare:

Această formulă calculează putere medie, adică putere care caracterizează în general procesul. Deci, munca poate fi exprimată și în termeni de putere: A = Pt(cu excepția cazului în care, desigur, puterea și timpul de a face munca sunt cunoscute). Unitatea de putere se numește watt (W) sau 1 joule pe secundă. Dacă mișcarea este uniformă, atunci:

Cu această formulă, putem calcula putere instantanee(putere la un moment dat), dacă în loc de viteză înlocuim valoarea vitezei instantanee în formulă. Cum să știi ce putere să numere? Dacă sarcina cere putere într-un punct în timp sau într-un anumit punct în spațiu, atunci este considerată instantanee. Dacă întrebați despre puterea pe o anumită perioadă de timp sau pe o secțiune a căii, atunci căutați puterea medie.

Eficiență – factor de eficiență, este egal cu raportul dintre munca utilă și cheltuită sau puterea utilă cheltuită:

Ce muncă este utilă și ce este cheltuită este determinată de condiția unei anumite sarcini prin raționament logic. De exemplu, dacă o macara lucrează pentru a ridica o încărcătură la o anumită înălțime, atunci munca de ridicare a încărcăturii va fi utilă (deoarece macaraua a fost creată pentru aceasta), iar munca efectuată de motorul electric al macaralei va fi cheltuită.

Deci, puterea utilă și consumată nu au o definiție strictă și sunt găsite prin raționament logic. În fiecare sarcină, noi înșine trebuie să determinăm care a fost în această sarcină scopul efectuării muncii (muncă utilă sau putere) și care a fost mecanismul sau modalitatea de a face toată munca (putere cheltuită sau muncă).

În cazul general, eficiența arată cât de eficient mecanismul convertește un tip de energie în altul. Dacă puterea se modifică în timp, atunci munca se găsește ca aria figurii de sub graficul puterii în funcție de timp:

Energie kinetică

Se numește o mărime fizică egală cu jumătate din produsul masei corpului și pătratul vitezei acestuia energia cinetică a corpului (energia mișcării):

Adică, dacă o mașină cu o masă de 2000 kg se mișcă cu o viteză de 10 m/s, atunci are o energie cinetică egală cu E k \u003d 100 kJ și este capabil să facă o muncă de 100 kJ. Această energie poate fi transformată în căldură (atunci când mașina frânează, anvelopele roților, șoseaua și discurile de frână se încălzesc) sau poate fi cheltuită pentru deformarea mașinii și a caroseriei cu care mașina s-a ciocnit (într-un accident). Când se calculează energia cinetică, nu contează unde se mișcă mașina, deoarece energia, ca și munca, este o mărime scalară.

Un corp are energie dacă poate lucra. De exemplu, un corp în mișcare are energie cinetică, adică energia mișcării și este capabil să lucreze pentru a deforma corpurile sau pentru a oferi accelerație corpurilor cu care are loc o coliziune.

Semnificația fizică a energiei cinetice: pentru ca un corp în repaus cu masă m a început să se miște cu o viteză v este necesar să se facă un lucru egal cu valoarea obținută a energiei cinetice. Dacă masa corporală m deplasându-se cu o viteză v, apoi pentru a o opri, este necesar să faceți un lucru egal cu energia sa cinetică inițială. În timpul frânării, energia cinetică este în principal (cu excepția cazurilor de coliziune, când energia este folosită pentru deformare) „înlăturată” de forța de frecare.

Teorema energiei cinetice: munca forței rezultante este egală cu modificarea energiei cinetice a corpului:

Teorema energiei cinetice este valabilă și în cazul general când corpul se mișcă sub acțiunea unei forțe în schimbare, a cărei direcție nu coincide cu direcția mișcării. Este convenabil să se aplice această teoremă în problemele de accelerare și decelerare a unui corp.

Energie potențială

Alături de energia cinetică sau energia mișcării în fizică, un rol important îl joacă conceptul energia potenţială sau energia de interacţiune a corpurilor.

Energia potențială este determinată de poziția reciprocă a corpurilor (de exemplu, poziția corpului față de suprafața Pământului). Conceptul de energie potențială poate fi introdus doar pentru forțele a căror activitate nu depinde de traiectoria corpului și este determinată doar de pozițiile inițiale și finale (așa-numitele forțe conservatoare ). Munca unor astfel de forțe pe o traiectorie închisă este zero. Această proprietate este deținută de forța gravitațională și forța de elasticitate. Pentru aceste forțe, putem introduce conceptul de energie potențială.

Energia potențială a unui corp în câmpul gravitațional al Pământului calculat prin formula:

Semnificația fizică a energiei potențiale a corpului: energia potențială este egală cu munca efectuată de forța gravitațională la coborârea corpului la nivelul zero ( h este distanța de la centrul de greutate al corpului până la nivelul zero). Dacă un corp are energie potențială, atunci este capabil să lucreze atunci când acest corp cade de la înălțime h până la zero. Lucrarea gravitației este egală cu modificarea energiei potențiale a corpului, luată cu semnul opus:

Adesea, în sarcinile pentru energie, trebuie să găsești de lucru pentru a ridica (întoarce, ieși din groapă) corpul. În toate aceste cazuri, este necesar să se ia în considerare mișcarea nu a corpului în sine, ci doar a centrului său de greutate.

Energia potențială Ep depinde de alegerea nivelului zero, adică de alegerea originii axei OY. În fiecare problemă, nivelul zero este ales din motive de comoditate. Nu energia potențială în sine are sens fizic, ci schimbarea ei atunci când corpul se mută dintr-o poziție în alta. Această modificare nu depinde de alegerea nivelului zero.

Energia potențială a unui arc întins calculat prin formula:

Unde: k- rigiditatea arcului. Un arc întins (sau comprimat) este capabil să pună în mișcare un corp atașat de el, adică să transmită energie cinetică acestui corp. Prin urmare, un astfel de izvor are o rezervă de energie. Întindere sau compresie X trebuie calculată din starea neformată a corpului.

Energia potențială a unui corp deformat elastic este egală cu munca forței elastice în timpul trecerii de la o stare dată la o stare cu deformare zero. Dacă în starea inițială arcul era deja deformat, iar alungirea lui a fost egală cu X 1, apoi la trecerea la o nouă stare cu alungire X 2, forța elastică va face un lucru egal cu modificarea energiei potențiale, luată cu semnul opus (deoarece forța elastică este întotdeauna îndreptată împotriva deformării corpului):

Energia potențială în timpul deformării elastice este energia de interacțiune a părților individuale ale corpului între ele prin forțe elastice.

Lucrul forței de frecare depinde de distanța parcursă (acest tip de forță al cărui lucru depinde de traiectorie și distanța parcursă se numește: forțe disipative). Conceptul de energie potențială pentru forța de frecare nu poate fi introdus.

Eficienţă

Factorul de eficiență (COP)- o caracteristică a eficienței unui sistem (dispozitiv, mașină) în raport cu conversia sau transferul de energie. Este determinată de raportul dintre energia utilă utilizată și cantitatea totală de energie primită de sistem (formula a fost deja dată mai sus).

Eficiența poate fi calculată atât din punct de vedere al muncii, cât și din punct de vedere al puterii. Munca utilă și cheltuită (puterea) este întotdeauna determinată de un raționament logic simplu.

În motoarele electrice, randamentul este raportul dintre munca mecanică (utilă) efectuată și energie electrica primit de la sursa. În motoarele termice, raportul dintre lucrul mecanic util și cantitatea de căldură consumată. În transformatoarele electrice, raportul dintre energia electromagnetică primită în înfășurarea secundară și energia consumată de înfășurarea primară.

Datorită generalității sale, conceptul de eficiență face posibilă compararea și evaluarea dintr-un punct de vedere unificat atât de diferite sisteme precum reactoare nucleare, generatoare și motoare electrice, centrale termice, dispozitive semiconductoare, obiecte biologice etc.

Din cauza pierderilor de energie inevitabile datorate frecării, încălzirii corpurilor înconjurătoare etc. Eficiența este întotdeauna mai mică decât unitatea.În consecință, eficiența este exprimată ca o fracțiune din energia cheltuită, adică ca o fracție proprie sau ca procent, și este o cantitate adimensională. Eficiența caracterizează cât de eficient funcționează o mașină sau un mecanism. Eficiența centralelor termice ajunge la 35-40%, motoarele cu ardere internă cu supraalimentare și prerăcire - 40-50%, dinamuri și generatoare de mare putere - 95%, transformatoare - 98%.

Sarcina în care trebuie să găsiți eficiența sau este cunoscută, trebuie să începeți cu un raționament logic - ce muncă este utilă și ce este cheltuită.

Legea conservării energiei mecanice

energie mecanică deplină suma energiei cinetice (adică energia mișcării) și potențialului (adică energia interacțiunii corpurilor prin forțele gravitației și elasticității) se numește:

Dacă energia mecanică nu trece în alte forme, de exemplu, în energie internă (termică), atunci suma energiei cinetice și potențiale rămâne neschimbată. Dacă energia mecanică este convertită în energie termică, atunci modificarea energiei mecanice este egală cu munca forței de frecare sau pierderile de energie, sau cantitatea de căldură eliberată și așa mai departe, cu alte cuvinte, modificarea energiei mecanice totale este egal cu munca forțelor externe:

Suma energiilor cinetice și potențiale ale corpurilor care alcătuiesc un sistem închis (adică unul în care nu acționează forțe externe, iar munca lor este egală cu zero, respectiv) și care interacționează între ele prin forțe gravitaționale și forțe elastice, ramane neschimbat:

Această afirmație exprimă legea conservării energiei (LSE) în procesele mecanice. Este o consecință a legilor lui Newton. Legea conservării energiei mecanice este îndeplinită numai atunci când corpurile dintr-un sistem închis interacționează între ele prin forțe de elasticitate și gravitație. În toate problemele legate de legea conservării energiei vor exista întotdeauna cel puțin două stări ale sistemului de corpuri. Legea spune că energia totală a primei stări va fi egală cu energia totală a celei de-a doua stări.

Algoritm pentru rezolvarea problemelor cu privire la legea conservării energiei:

1. Găsiți punctele poziției inițiale și finale a corpului.
2. Scrieți ce sau ce energii are corpul în aceste puncte.
3. Echivalează energia inițială și cea finală a corpului.
4. Adăugați alte ecuații necesare din subiectele anterioare de fizică.
5. Rezolvați ecuația rezultată sau sistemul de ecuații folosind metode matematice.

Este important de menționat că legea conservării energiei mecanice a făcut posibilă obținerea unei legături între coordonatele și vitezele corpului în două puncte diferite ale traiectoriei fără a analiza legea mișcării corpului în toate punctele intermediare. Aplicarea legii conservării energiei mecanice poate simplifica foarte mult rezolvarea multor probleme.

În condiții reale, aproape întotdeauna corpurile în mișcare, împreună cu forțele gravitaționale, forțele elastice și alte forțe, sunt acționate de forțele de frecare sau forțele de rezistență ale mediului. Lucrul forței de frecare depinde de lungimea traseului.

Dacă forțele de frecare acționează între corpurile care alcătuiesc un sistem închis, atunci energia mecanică nu este conservată. O parte din energia mecanică este transformată în energie interna corpuri (încălzire). Astfel, energia în ansamblu (adică nu numai energia mecanică) este conservată în orice caz.

În orice interacțiune fizică, energia nu apare și nu dispare. Se schimbă doar de la o formă la alta. Acest fapt stabilit experimental exprimă legea fundamentală a naturii - legea conservării și transformării energiei.

Una dintre consecințele legii conservării și transformării energiei este afirmația că este imposibil să se creeze o „mașină cu mișcare perpetuă” (perpetuum mobile) - o mașină care ar putea lucra la nesfârșit fără a consuma energie.

Sarcini de lucru diverse

Dacă trebuie să găsiți lucrări mecanice în problemă, atunci selectați mai întâi metoda pentru a o găsi:

1. Locuri de munca pot fi gasite folosind formula: A = FS cos α . Găsiți forța care efectuează lucrul și cantitatea de deplasare a corpului sub acțiunea acestei forțe în cadrul de referință selectat. Rețineți că unghiul trebuie ales între vectorii forță și deplasare.
2. Lucrarea unei forțe externe poate fi găsită ca diferență între energia mecanică în situația finală și inițială. Energia mecanică este egală cu suma energiilor cinetice și potențiale ale corpului.
3. Munca efectuată pentru a ridica un corp cu o viteză constantă poate fi găsită prin formula: A = mgh, Unde h- inaltimea la care se ridica centrul de greutate al corpului.
4. Munca poate fi găsită ca produs al puterii și timpului, adică. dupa formula: A = Pt.
5. Munca poate fi găsită ca aria unei figuri sub un grafic al forței față de deplasare sau al puterii față de timp.

Legea conservării energiei și dinamica mișcării de rotație

Sarcinile acestui subiect sunt destul de complexe din punct de vedere matematic, dar cu cunoașterea abordării sunt rezolvate conform unui algoritm complet standard. În toate problemele va trebui să luați în considerare rotația corpului în plan vertical. Soluția se va reduce la următoarea secvență de acțiuni:

1. Este necesar să determinați punctul de interes pentru dvs. (punctul în care este necesar să determinați viteza corpului, forța tensiunii firului, greutatea și așa mai departe).
2. Notează a doua lege a lui Newton în acest punct, având în vedere că corpul se rotește, adică are accelerație centripetă.
3. Notați legea conservării energiei mecanice astfel încât să conțină viteza corpului în acel punct foarte interesant, precum și caracteristicile stării corpului într-o stare despre care se știe ceva.
4. În funcție de condiție, exprimați viteza la pătrat dintr-o ecuație și înlocuiți-o în alta.
5. Efectuați restul operațiilor matematice necesare pentru a obține rezultatul final.

Când rezolvați probleme, rețineți că:

• Condiția pentru trecerea punctului superior în timpul rotației pe filete la o viteză minimă este forța de reacție a suportului N la punctul de sus este 0. Aceeași condiție este îndeplinită la trecerea prin punctul de sus al buclei moarte.
• Când se rotește pe o tijă, condiția pentru trecerea întregului cerc este: viteza minimă în punctul de sus este 0.
• Condiția pentru separarea corpului de suprafața sferei este ca forța de reacție a suportului în punctul de separare să fie zero.

Coliziuni inelastice

Legea conservării energiei mecanice și legea conservării impulsului fac posibilă găsirea de soluții la problemele mecanice în cazurile în care forțele care acționează sunt necunoscute. Un exemplu de astfel de probleme este interacțiunea de impact a corpurilor.

Impact (sau coliziune) Se obișnuiește să se numească interacțiunea pe termen scurt a corpurilor, în urma căreia vitezele lor suferă modificări semnificative. În timpul ciocnirii corpurilor, între ele acționează forțe de impact pe termen scurt, a căror amploare, de regulă, este necunoscută. Prin urmare, este imposibil să se ia în considerare interacțiunea impactului direct cu ajutorul legilor lui Newton. Aplicarea legilor conservării energiei și a impulsului în multe cazuri face posibilă excluderea procesului de coliziune din considerare și obținerea unei relații între vitezele corpurilor înainte și după ciocnire, ocolind toate valorile intermediare ale acestor mărimi.

Deseori trebuie să ne confruntăm cu impactul interacțiunii corpurilor în viața de zi cu zi, în tehnologie și în fizică (în special în fizica atomului și a particulelor elementare). În mecanică, sunt adesea folosite două modele de interacțiune a impactului - impacturi absolut elastice și absolut inelastice.

Impact absolut inelastic Se numește o astfel de interacțiune șoc, în care corpurile sunt conectate (se lipesc) unele cu altele și merg mai departe ca un singur corp.

Într-un impact perfect inelastic, energia mecanică nu este conservată. Trece parțial sau complet în energia internă a corpurilor (încălzire). Pentru a descrie orice impact, trebuie să scrieți atât legea conservării impulsului, cât și legea conservării energiei mecanice, ținând cont de căldura eliberată (este foarte de dorit să desenați un desen în prealabil).

Impact absolut elastic

Impact absolut elastic se numește ciocnire în care se conservă energia mecanică a unui sistem de corpuri. În multe cazuri, ciocnirile de atomi, molecule și particule elementare respectă legile impactului absolut elastic. Cu un impact absolut elastic, odată cu legea conservării impulsului, legea conservării energiei mecanice este îndeplinită. Un exemplu simplu de ciocnire perfect elastică este impactul central a două bile de biliard, dintre care una era în repaus înainte de coliziune.

pumn central bile se numește ciocnire, în care vitezele bilelor înainte și după impact sunt direcționate de-a lungul liniei de centre. Astfel, folosind legile de conservare a energiei mecanice și a impulsului, este posibil să se determine vitezele bilelor după ciocnire, dacă sunt cunoscute vitezele lor înainte de ciocnire. Greva centrală este foarte rar implementată în practică, mai ales dacă vorbim despre ciocnirile de atomi sau molecule. În coliziunea elastică non-centrală, vitezele particulelor (bilelor) înainte și după ciocnire nu sunt direcționate de-a lungul aceleiași linii drepte.

Un caz special de impact elastic non-central este ciocnirea a două bile de biliard de aceeași masă, dintre care una era staționară înainte de ciocnire, iar viteza celei de-a doua nu era direcționată de-a lungul liniei centrelor bilelor. În acest caz, vectorii viteză ai bilelor după ciocnirea elastică sunt întotdeauna direcționați perpendicular unul pe celălalt.

Legile de conservare. Sarcini dificile

Corpuri multiple

În unele sarcini privind legea conservării energiei, cablurile cu ajutorul cărora anumite obiecte se mișcă pot avea masă (adică să nu fie lipsite de greutate, așa cum s-ar putea să fii deja obișnuit). În acest caz, trebuie luată în considerare și munca de mutare a unor astfel de cabluri (și anume, centrele lor de greutate).

Dacă două corpuri legate printr-o tijă fără greutate se rotesc într-un plan vertical, atunci:

1. alegeți un nivel zero pentru calcularea energiei potențiale, de exemplu, la nivelul axei de rotație sau la nivelul celui mai jos punct în care se află una dintre sarcini și faceți un desen;
2. se scrie legea conservării energiei mecanice, în care în stânga se scrie suma energiilor cinetice și potențiale ale ambelor corpuri în situația inițială, iar suma energiilor cinetice și potențiale ale ambelor corpuri în situația finală. este scris în partea dreaptă;
3. luați în considerare că vitezele unghiulare ale corpurilor sunt aceleași, atunci vitezele liniare ale corpurilor sunt proporționale cu razele de rotație;
4. dacă este necesar, notați a doua lege a lui Newton pentru fiecare dintre corpuri separat.

explozie de proiectil

În cazul unei explozii de proiectil, se eliberează energie explozivă. Pentru a găsi această energie, este necesar să se scadă energia mecanică a proiectilului înainte de explozie din suma energiilor mecanice ale fragmentelor după explozie. De asemenea, vom folosi legea conservării impulsului scrisă sub forma teoremei cosinusului (metoda vectorială) sau sub formă de proiecții pe axele selectate.

Ciocniri cu o placă grea

Se lasa spre o farfurie grea care se misca cu viteza v, o minge ușoară de masă se mișcă m cu viteza u n. Deoarece impulsul mingii este mult mai mic decât impulsul plăcii, viteza plăcii nu se va schimba după impact și va continua să se miște cu aceeași viteză și în aceeași direcție. Ca rezultat al impactului elastic, mingea va zbura de pe placă. Aici este important să înțelegeți asta viteza mingii în raport cu placa nu se va modifica. În acest caz, pentru viteza finală a mingii obținem:

Astfel, viteza mingii după impact este mărită de două ori viteza peretelui. Un raționament similar pentru cazul în care mingea și placa se mișcau în aceeași direcție înainte de impact duce la rezultatul că viteza mingii este redusă de două ori viteza peretelui:

În fizică și matematică, printre altele, trebuie îndeplinite trei condiții esențiale:

1. Studiați toate subiectele și finalizați toate testele și sarcinile prezentate în materialele de studiu de pe acest site. Pentru a face acest lucru, nu aveți nevoie de nimic, și anume: să dedicați trei până la patru ore în fiecare zi pregătirii pentru CT la fizică și matematică, studierii teoriei și rezolvării problemelor. Cert este că CT-ul este un examen în care nu este suficient doar să cunoști fizica sau matematică, trebuie și să poți să rezolvi rapid și fără eșecuri un număr mare de probleme pe diverse teme și complexitate variabilă. Acesta din urmă poate fi învățat doar prin rezolvarea a mii de probleme.
2. Învață toate formulele și legile din fizică și formulele și metodele din matematică. De fapt, este și foarte simplu să faci asta, există doar aproximativ 200 de formule necesare în fizică și chiar puțin mai puțin în matematică. La fiecare dintre aceste materii există aproximativ o duzină de metode standard de rezolvare a problemelor de un nivel de bază de complexitate, care pot fi și învățate, și astfel, complet automat și fără dificultate, rezolvă majoritatea transformării digitale la momentul potrivit. După aceea, va trebui să te gândești doar la cele mai dificile sarcini.
3. Participați la toate cele trei etape ale testării repetiții la fizică și matematică. Fiecare RT poate fi vizitat de două ori pentru a rezolva ambele opțiuni. Din nou, pe DT, pe lângă capacitatea de a rezolva rapid și eficient probleme și cunoașterea formulelor și metodelor, este, de asemenea, necesar să fiți capabil să planificați corect timpul, să distribuiți forțele și, cel mai important, să completați corect formularul de răspuns. , fără a confunda nici numărul de răspunsuri și sarcini, nici propriul nume de familie. De asemenea, în timpul RT, este important să te obișnuiești cu stilul de a pune întrebări în sarcini, care poate părea foarte neobișnuit pentru o persoană nepregătită pe DT.

Implementarea cu succes, diligentă și responsabilă a acestor trei puncte vă va permite să arătați un rezultat excelent la CT, maximul de care sunteți capabil.

Ați găsit o eroare?

Dacă credeți că ați găsit o eroare în Materiale de antrenament, apoi scrieți, vă rog, despre asta prin poștă. Puteți scrie despre eroare și pe rețeaua de socializare (). În scrisoare, indicați subiectul (fizică sau matematică), numele sau numărul temei sau testului, numărul sarcinii sau locul din text (pagină) în care, în opinia dumneavoastră, există o eroare. De asemenea, descrieți care este presupusa eroare. Scrisoarea ta nu va trece neobservată, eroarea fie va fi corectată, fie ți se va explica de ce nu este o greșeală.

Înainte de a dezvălui subiectul „Cum se măsoară munca”, este necesar să faceți o mică digresiune. Totul în această lume respectă legile fizicii. Fiecare proces sau fenomen poate fi explicat pe baza anumitor legi ale fizicii. Pentru fiecare cantitate măsurabilă, există o unitate în care se obișnuiește să o măsoare. Unitățile de măsură sunt fixe și au aceeași semnificație în întreaga lume.

Motivul pentru aceasta este următorul. În 1960, la a unsprezecea conferință generală a greutăților și măsurilor, a fost adoptat un sistem de măsurători, care este recunoscut în întreaga lume. Acest sistem a fost numit Le Système International d'Unités, SI (SI System International). Acest sistem a devenit baza pentru definițiile unităților de măsură acceptate în întreaga lume și raportul acestora.

Termeni fizici și terminologie

În fizică, unitatea de măsurare a muncii unei forțe se numește J (Joule), în onoarea fizicianului englez James Joule, care a adus o mare contribuție la dezvoltarea secțiunii de termodinamică în fizică. Un joule este egal cu munca efectuată de o forță de un N (Newton) atunci când aplicarea sa se mișcă cu un M (metru) în direcția forței. Un N (Newton) este egal cu o forță cu o masă de un kg (kilogram) la o accelerație de un m/s2 (metru pe secundă) în direcția forței.

Pentru informația dumneavoastră.În fizică, totul este interconectat, efectuarea oricărei lucrări este asociată cu efectuarea de acțiuni suplimentare. Un exemplu este un ventilator de uz casnic. Când ventilatorul este pornit, palele ventilatorului încep să se rotească. Lamele rotative acționează asupra fluxului de aer, oferindu-i o mișcare direcțională. Acesta este rezultatul muncii. Dar pentru a efectua munca este necesară influența altor forțe externe, fără de care efectuarea acțiunii este imposibilă. Acestea includ puterea curentului electric, puterea, tensiunea și multe alte valori interdependente.

Curentul electric, în esența sa, este mișcarea ordonată a electronilor într-un conductor pe unitatea de timp. Curentul electric se bazează pe particule încărcate pozitiv sau negativ. Se numesc sarcini electrice. Notat cu literele C, q, Kl (Pendant), numit după omul de știință și inventatorul francez Charles Coulomb. În sistemul SI, este o unitate de măsură pentru numărul de electroni încărcați. 1 C este egal cu volumul particulelor încărcate care curg prin secțiunea transversală a conductorului pe unitatea de timp. Unitatea de timp este o secundă. Formula pentru sarcina electrică este prezentată mai jos în figură.

Puterea curentului electric este notată cu litera A (amperi). Un amper este o unitate în fizică care caracterizează măsurarea muncii unei forțe care este cheltuită pentru a deplasa sarcini de-a lungul unui conductor. În centrul său, un curent electric este o mișcare ordonată a electronilor într-un conductor sub influența unui câmp electromagnetic. Prin conductor se înțelege un material sau sare topită (electrolitul) care are o rezistență redusă la trecerea electronilor. Două mărimi fizice afectează puterea unui curent electric: tensiunea și rezistența. Ele vor fi discutate mai jos. Curentul este întotdeauna direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența.

După cum am menționat mai sus, curentul electric este mișcarea ordonată a electronilor într-un conductor. Dar există o avertizare: pentru mișcarea lor, este nevoie de un anumit impact. Acest efect este creat prin crearea unei diferențe de potențial. Sarcina electrică poate fi pozitivă sau negativă. Sarcinile pozitive tind întotdeauna la sarcini negative. Acest lucru este necesar pentru echilibrul sistemului. Diferența dintre numărul de particule încărcate pozitiv și negativ se numește tensiune electrică.

Puterea este cantitatea de energie cheltuită pentru a lucra cu un J (joule) într-o perioadă de timp de o secundă. Unitatea de măsură în fizică se notează cu W (Watt), în sistemul SI W (Watt). Deoarece se consideră puterea electrică, aici este valoarea energiei electrice cheltuite pentru a efectua o anumită acțiune într-o perioadă de timp.

În concluzie, trebuie remarcat că unitatea de măsură a muncii este o mărime scalară, are o relație cu toate secțiunile fizicii și poate fi luată în considerare nu numai din partea electrodinamicii sau a ingineriei termice, ci și a altor secțiuni. Articolul are în vedere pe scurt valoarea care caracterizează unitatea de măsură a muncii de forță.

Video