일과 기계적 에너지의 물리적 의미. 일은 어떻게 측정되나요?

입자에 작용하는 모든 힘의 작용은 입자의 운동 에너지를 증가시키는 방향으로 진행됩니다.

ㅏ 12 = 티 2 - 티 1

중력장(또는 일반적으로 모든 잠재적인 장)이 있는 경우 가스 분자는 중력의 영향을 받습니다. 결과적으로 기체 분자의 농도는 법칙에 따라 높이에 따라 달라지는 것으로 밝혀졌습니다. 볼츠만 분포:

N = N경험치 0(- 으앙 / KT)

어디 N- 높이에서의 분자 농도 시간, N 0 - 초기 수준의 분자 농도 시간= 0, 중- 입자의 질량, g- 중력 가속도, 케이- 볼츠만 상수, 티- 온도.

물리학에서 보수세력(잠재력) - 궤적의 모양에 의존하지 않는 힘(힘 적용의 시작점과 끝점에만 의존함). 이는 다음과 같은 정의를 의미합니다. 보존력은 닫힌 궤적을 따라 작용한 힘이 0인 힘입니다.

잠재력- 보존력 분야에서 신체를 특정 기준점에서 특정 지점으로 이동하기 위해 수행해야 하는 작업입니다.

위치 에너지는 공간의 특정 지점에서 측정되며, 선택은 추가 계산의 편의성에 따라 결정됩니다. 특정 지점을 선택하는 과정을 이라고 합니다. 위치에너지의 정상화. 위치 에너지의 정확한 정의는 힘 분야에서만 주어질 수 있으며, 그 작업은 신체의 초기 및 최종 위치에만 의존하고 운동 경로에는 의존하지 않는다는 것도 분명합니다. 이러한 세력을 보수적이라고합니다.

예를 들어, 지구 표면 근처 물체의 위치 에너지는 다음 공식으로 계산됩니다. 중- 체질량, g - 자유 낙하 가속도의 크기, 시간- 높이, 지구 표면은 0으로 간주됩니다.

자유도 - 공간에서 분자의 움직임을 설명하는 변수의 최소 수입니다.

정리:

분자 시스템이 온도 T에서 평형 상태에 있으면 분자의 Wk 운동은 각 자유도에 걸쳐 균등하게 분포됩니다. 자유의 에너지는 1\2kT입니다.

열 운동- 물질을 형성하는 입자의 혼란스러운(무질서한) 움직임 과정. 원자와 분자의 열 운동이 가장 자주 고려됩니다.

역학적 에너지 보존 법칙- 보수적인 기계 시스템의 기계적 에너지는 시간이 지나도 보존됩니다. 간단히 말해서 소산력(예: 마찰력)이 없으면 기계적 에너지는 무(無)에서 발생하지 않으며 어디에서도 사라질 수 없습니다.

슬라이딩 마찰력- 상대 운동 중에 접촉하는 물체 사이에 발생하는 힘. 몸체 사이에 액체 또는 기체 층(윤활제)이 없는 경우 이러한 마찰을 호출합니다. 마른. 그렇지 않으면 마찰을 "유체"라고 합니다. 건식 마찰의 특징은 정지 마찰이 있다는 것입니다.

맥스웰 분포- 물리학과 화학에서 발견되는 확률 분포. 이는 압력과 확산을 포함한 가스의 기본 특성 중 많은 부분을 설명하는 가스 운동 이론의 기초가 됩니다. Maxwell 분포는 전자 전송 프로세스 및 기타 현상에도 적용할 수 있습니다. Maxwell의 분포는 가스 내 개별 분자의 다양한 특성에 적용됩니다. 이는 일반적으로 기체 내 분자의 에너지 분포로 생각되지만, 분자의 속도, 운동량, 모듈러스 분포에도 적용될 수 있습니다. 이는 또한 많은 이산 에너지 수준에 대한 이산 분포로 표현되거나 에너지 연속체에 대한 연속 분포로 표현될 수도 있습니다.

에너지 보존의 법칙- 고립된(폐쇄된) 시스템의 에너지는 시간이 지남에 따라 보존된다는 자연의 기본 법칙입니다. 즉, 에너지는 무(無)에서 생겨날 수도 없고, 어떤 것으로 사라질 수도 없으며, 단지 한 형태에서 다른 형태로 이동할 수 있을 뿐입니다. 에너지 보존 법칙은 물리학의 다양한 분야에서 발견되며 다양한 유형의 에너지 보존에서 나타납니다. 예를 들어, 고전 역학에서 법칙은 다음과 같이 나타납니다.] 에너지 보존 법칙은 열역학 제1법칙이라고 하며 다음과 같이 말합니다.

개연성

통계분포함수(통계물리학의 분포함수)는 통계물리학의 기본 개념 중 하나이다. 분포 함수에 대한 지식은 고려 중인 시스템의 확률적 특성을 완전히 결정합니다.

모든 시스템의 기계적 상태는 좌표에 의해 고유하게 결정됩니다. q 나는그리고 충동 피 나는그 입자( 나는=1,2,…,d; 디- 시스템의 자유도 수). 일련의 수량은 위상 공간을 형성합니다. 위상 공간 요소에서 시스템을 찾을 확률 (점으로 큐, 피내부)는 다음 공식으로 제공됩니다.

이 함수를 완전 통계 분포 함수(또는 간단히 분포 함수)라고 합니다. 실제로 이는 위상 공간에서 점을 나타내는 밀도를 나타냅니다.

확률변수의 분산- 주어진 무작위 변수의 확산 정도, 즉 수학적 기대치로부터의 편차를 측정합니다. 지정 디[엑스] 러시아 문학 및 (영어) 변화) 외국에서. 통계에서는 or라는 표기를 자주 사용합니다. 분산의 제곱근을 표준편차, 표준편차 또는 표준확산이라고 합니다.

어떤 확률 공간에서 정의된 확률변수라고 하자. 그 다음에

기호는 어디에 있나요? 중수학적 기대를 의미합니다.

고전역학에서는 고조파 발진기평형 위치에서 벗어날 때 복원력을 경험하는 시스템입니다. 에프, 변위에 비례 엑스(훅의 법칙에 따르면):

어디 케이시스템의 강성을 설명하는 양의 상수입니다.

만약에 에프시스템에 작용하는 유일한 힘인 경우 시스템을 호출합니다. 단순한또는 보수 고조파 발진기. 이러한 시스템의 자유 진동은 평형 위치 주위의 주기적인 움직임(고조파 진동)을 나타냅니다. 주파수와 진폭은 일정하며 주파수는 진폭에 의존하지 않습니다.

이동 속도(점성 마찰)에 비례하는 마찰력(댐핑)도 있는 경우 이러한 시스템을 호출합니다. 페이딩또는 소산 발진기. 마찰이 너무 크지 않으면 시스템은 거의 주기적인 동작, 즉 일정한 주파수와 기하급수적으로 감소하는 진폭을 갖는 정현파 진동을 수행합니다. 감쇠 발진기의 자유 발진 주파수는 마찰이 없는 유사한 발진기의 자유 발진 주파수보다 다소 낮은 것으로 나타났습니다.

발진기가 자체 장치에 맡겨지면 자유롭게 발진한다고 합니다. 외부 힘(시간 종속)이 있는 경우 발진기는 강제 진동을 경험한다고 합니다.

무작위 이벤트- 결과의 하위 집합 무작위 실험; 무작위 실험이 여러 번 반복될 때 사건 발생 빈도는 확률의 추정치 역할을 합니다.

무작위 실험의 결과 결코 발생하지 않는 무작위 사건을 불가능이라고 하며 기호로 표시합니다. 무작위 실험의 결과로 항상 발생하는 무작위 사건을 신뢰할 수 있다고 하며 기호 Ω으로 표시합니다.

개연성(확률 측정) - 무작위 사건의 신뢰성 측정. 사건 확률의 추정치는 무작위 실험의 긴 일련의 독립적인 반복에서 사건이 발생하는 빈도일 수 있습니다. P. Laplace의 정의에 따르면 확률의 척도는 분자가 모든 유리한 경우의 수이고 분모가 가능한 모든 경우의 수인 분수입니다.

"작업 측정 방법"이라는 주제를 공개하기 전에 약간의 여담이 필요합니다. 이 세상의 모든 것은 물리 법칙을 따릅니다. 각 과정이나 현상은 특정 물리 법칙을 기반으로 설명될 수 있습니다. 측정된 각 수량에는 일반적으로 측정되는 단위가 있습니다. 측정 단위는 일정하며 전 세계적으로 동일한 의미를 갖습니다.

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국제 단위 시스템

그 이유는 다음과 같습니다. 1960년 제11차 도량형 총회에서 전 세계적으로 인정받는 측량 체계가 채택되었습니다. 이 시스템은 Le Système International d'Unités, SI(SI System International)로 명명되었습니다. 이 시스템은 전 세계적으로 인정되는 측정 단위와 그 관계를 결정하는 기초가 되었습니다.

물리적 용어 및 용어

물리학에서 힘의 일을 측정하는 단위는 물리학 열역학 분야의 발전에 큰 공헌을 한 영국 물리학자 제임스 줄(James Joule)을 기리기 위해 J(줄)라고 합니다. 1줄(Joule)은 1N(뉴턴)의 힘을 적용하여 힘의 방향으로 1M(미터)을 움직일 때 한 일과 같습니다. 1N(뉴턴)은 힘의 방향으로 1m/s2(초당 미터)의 가속도를 갖는 1kg(킬로그램) 질량의 힘과 같습니다.

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취업 공식

귀하의 정보를 위해.물리학에서는 모든 것이 서로 연결되어 있으므로 작업을 수행하려면 추가 작업을 수행해야 합니다. 예를 들어 가정용 선풍기를 들 수 있습니다. 팬을 연결하면 팬 블레이드가 회전하기 시작합니다. 회전하는 블레이드는 공기 흐름에 영향을 주어 방향 이동을 제공합니다. 이것이 작업의 결과입니다. 그러나 작업을 수행하려면 다른 외부 힘의 영향이 필요하며, 그것 없이는 작업이 불가능합니다. 여기에는 전류, 전력, 전압 및 기타 여러 관련 값이 포함됩니다.

전류의 핵심은 단위 시간당 도체 내 전자의 규칙적인 이동입니다. 전류는 양전하 또는 음전하를 띤 입자를 기반으로 합니다. 이를 전하라고 합니다. 프랑스 과학자이자 발명가인 Charles Coulomb의 이름을 딴 문자 C, q, Kl(Coulomb)로 표시됩니다. SI 시스템에서는 전하를 띤 전자의 수를 측정하는 단위입니다. 1C는 단위 시간당 도체 단면을 흐르는 하전 입자의 부피와 같습니다. 시간의 단위는 1초입니다. 전하의 공식은 아래 그림과 같습니다.

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전하 구하는 공식

전류의 세기는 문자 A(암페어)로 표시됩니다. 암페어(Ampere)는 도체를 따라 전하를 이동시키기 위해 소비되는 힘의 일을 측정하는 것을 특징으로 하는 물리학의 단위입니다. 기본적으로 전류는 전자기장의 영향을 받아 도체에서 전자가 규칙적으로 이동하는 것입니다. 도체는 전자의 통과에 대한 저항이 거의 없는 물질 또는 용융염(전해질)입니다. 전류의 강도는 전압과 저항이라는 두 가지 물리량의 영향을 받습니다. 이에 대해서는 아래에서 논의하겠습니다. 전류 강도는 항상 전압에 정비례하고 저항에 반비례합니다.

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현재 강도를 구하는 공식

위에서 언급한 바와 같이 전류는 도체 내 전자의 규칙적인 이동입니다. 하지만 한 가지 주의할 점은 이동하려면 특정 충격이 필요하다는 것입니다. 이 효과는 전위차를 생성함으로써 생성됩니다. 전하는 양수일 수도 있고 음수일 수도 있습니다. 양전하는 항상 음전하를 향하는 경향이 있습니다. 이는 시스템의 균형을 위해 필요합니다. 양전하를 띤 입자 수와 음전하를 띤 입자 수의 차이를 전압이라고 합니다.

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전압을 구하는 공식

전력은 1초 동안 1J(줄)의 일을 하는 데 소비되는 에너지의 양입니다. 물리학의 측정 ​​단위는 SI 시스템 W(Watt)에서 W(Watt)로 지정됩니다. 전력이 고려되므로 여기서는 일정 기간 동안 특정 작업을 수행하는 데 소비되는 전기 에너지의 값입니다.

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전력 구하는 공식

결론적으로, 일의 측정 단위는 스칼라량이며, 물리학의 모든 분야와 관계가 있고, 전기역학이나 열공학뿐만 아니라 다른 분야의 관점에서도 고려할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 이 기사에서는 힘의 작용 측정 단위를 특징짓는 가치를 간략하게 검토합니다.

동영상

운동의 에너지 특성은 기계적 일 또는 힘의 일이라는 개념을 바탕으로 소개됩니다.

일정한 힘 F에 의해 수행된 일 A → 힘과 변위 모듈에 각도의 코사인을 곱한 것과 같은 물리량입니다. α , 힘 벡터 F →와 변위 s → 사이에 위치합니다.

이 정의는 그림 1에서 설명됩니다. 18 . 1 .

작업 공식은 다음과 같이 작성됩니다.

A = Fs cos α .

일은 스칼라량이다. 이는 (0° ≤ α에서 양수일 ​​수 있습니다.< 90 °) , отрицательной при (90 ° < α ≤ 180 °) . Когда задается прямой угол α , тогда совершаемая сила равняется нулю. Единицы измерения работы по системе СИ - джоули (Д ж) .

1줄은 1N의 힘이 힘의 방향으로 1m를 이동하는 데 한 일과 같습니다.

그림 1 . 18 . 1 . 힘의 일 F →: A = F s cos α = F s s

F s → 힘 F → 이동 방향 s에 투영할 때 → 힘은 일정하게 유지되지 않으며 작은 움직임 Δ s i에 대한 작업 계산 다음 공식에 따라 요약되어 생성됩니다.

A = ∑ Δ A i = ∑ F s i Δ s i .

이 일의 양은 극한(Δs i → 0)으로부터 계산된 다음 적분됩니다.

작품의 그래픽 표현은 그림 1의 그래프 F s (x) 아래에 있는 곡선 그림의 영역에서 결정됩니다. 18 . 2.

그림 1 . 18 . 2. 작업의 그래픽 정의 Δ A i = F s i Δ s i .

좌표에 의존하는 힘의 예로는 Hooke의 법칙을 따르는 용수철의 탄성력이 있습니다. 스프링을 늘리려면 힘 F →를 적용해야 하며, 그 계수는 스프링 신장에 비례합니다. 이는 그림 1에서 볼 수 있습니다. 18 . 삼.

그림 1 . 18 . 삼. 늘어난 스프링. 외력 F →의 방향은 운동 방향 s →와 일치합니다. F s = k x, 여기서 k는 스프링 강성을 나타냅니다.

F → y p = - F →

x 좌표에 대한 외력 계수의 의존성은 직선을 사용하여 플롯할 수 있습니다.

그림 1 . 18 . 4 . 스프링이 늘어날 때 좌표에 대한 외력 계수의 의존성.

위 그림에서 삼각형의 면적을 이용하여 스프링의 오른쪽 자유단의 외력에 행해진 일을 찾는 것이 가능합니다. 수식은 다음과 같은 형식을 취합니다.

이 공식은 스프링을 압축할 때 외력이 한 일을 표현하는 데 적용할 수 있습니다. 두 경우 모두 탄성력 F → y p가 외부 힘 F → 의 작업과 동일하지만 부호가 반대임을 보여줍니다.

정의 2

여러 힘이 몸체에 작용하는 경우 전체 작업에 대한 공식은 몸체에 수행된 모든 작업의 ​​합처럼 보입니다. 물체가 병진 운동할 때 힘의 적용 지점은 동일하게 움직입니다. 즉, 모든 힘의 총 일은 적용된 힘의 합력의 일과 같습니다.

그림 1 . 18 . 5 . 기계 작업의 모델.

전력 결정

힘단위시간당 힘이 한 일이라고 한다.

N으로 표시되는 물리적 전력량을 기록하는 것은 수행된 작업 기간 t에 대한 작업 A의 비율 형식을 취합니다. 즉, 다음과 같습니다.

정의 4

SI 시스템은 와트(Wt)를 전력 단위로 사용하며, 이는 1초에 1J의 일을 하는 힘의 전력과 같습니다.

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"작업" - 기계 작업의 예입니다. 일. 짐은 움직이지 않았고 이동 거리는 0입니다. 가장 긴 거리를 이동한 사람은 누구입니까? 감자 봉지를 2m 끌었습니다. 제임스 프레스콧 줄. 덤벨을 테이블 위에 놓으려면 얼마나 많은 작업이 필요합니까? 작업량 계산 공식. 가스의 내부 에너지는 그것이 차지하는 부피에 의존하지 않습니다.

"에너지와 일" - 잠재적 에너지. 분말 가스는 단 1m 거리에서만 작용합니다. 운동에너지 작용의 예. 에너지의 형태. 위치에너지 작용의 예. 수직으로 설치된 길이 1m의 대포에서 무게 1kg의 포탄이 날아옵니다. 열에너지 작용의 예. 1킬로그램미터의 일을 생산하는 방법.

“물리학 “힘, 에너지, 일”” – 일. 일은 스칼라 곱과 같습니다. 한 남자가 썰매를 움직인다. 운동에너지와 위치에너지의 합. 일, 힘, 에너지. 그 남자는 신체적으로 좋은 상태입니다. 권력의 개념. 비탄성 충격 후 이동 속도. 전기 볼트. 보수 세력에 의해 수행된 작업입니다. 운동 에너지.

“물리학자의 기계적 일” – 일의 단위는 줄(J)입니다. "일"이라는 단어의 의미. 기계 작업. 물리학에서의 작업의 개념. 1MJ = 1,000,000J. 관성에 의한 움직임. 일의 단위는 1m의 경로에 1N의 힘이 가해진 일로 간주됩니다. 1kJ = 1000J. 작업 단위. 기계적 일은 가해진 힘과 이동 거리에 정비례합니다.

"일과 권력에 대한 과제" - 조건. 직렬로 연결하면 전류는 동일합니다. 보일러 효율은 80%이다. 병렬 연결. 전류의 일과 힘에 대한 공식. 효율 80%의 보일러는 니크롬선으로 만들어졌습니다. 공식을 통해 와이어의 길이를 표현해 보세요. 가장 많은 열전력을 생성하는 저항은 무엇입니까?

기계 작업. 작업 단위.

일상생활에서 우리는 '일'이라는 개념으로 모든 것을 이해합니다.

물리학에서는 개념을 직업다소 다릅니다. 이는 일정한 물리량이므로 측정할 수 있습니다. 물리학에서는 주로 연구됩니다. 기계적인 작업 .

기계적인 작업의 예를 살펴보겠습니다.

기차는 전기기관차의 견인력을 받아 움직이며 기계적인 작업이 수행됩니다. 총이 발사되면 분말 가스의 압력이 작용하여 총알이 총신을 따라 이동하고 총알의 속도가 증가합니다.

이러한 예에서 신체가 힘의 영향을 받아 움직일 때 기계적 작업이 수행된다는 것이 분명합니다. 신체에 작용하는 힘(예: 마찰력)으로 인해 신체의 이동 속도가 감소하는 경우에도 기계적 작업이 수행됩니다.

캐비닛을 옮기고 싶어서 세게 눌러도 움직이지 않으면 기계적인 작업을 수행하지 않습니다. 힘의 참여 없이(관성에 의해) 신체가 움직이는 경우를 상상할 수 있으며, 이 경우 기계적 작업도 수행되지 않습니다.

그래서, 기계적 일은 물체에 힘이 작용하여 움직일 때만 이루어진다. .

신체에 작용하는 힘이 클수록, 이 힘의 영향을 받아 신체가 이동하는 경로가 길어질수록 더 많은 일이 수행된다는 것을 이해하는 것은 어렵지 않습니다.

기계적 일은 가해진 힘에 정비례하고 이동 거리에 정비례합니다. .

따라서 우리는 힘의 곱과 이 힘의 방향을 따라 이동하는 경로로 기계적 작업을 측정하기로 합의했습니다.

일 = 힘 × 경로

어디 ㅏ- 직업, 에프- 힘과 에스- 이동 거리.

일의 단위는 1m의 경로에 1N의 힘이 가해진 일로 간주됩니다.

작업 단위 - 줄 (제이 ) 영국 과학자 Joule의 이름을 따서 명명되었습니다. 따라서,

1J = 1N·m.

또한 사용됨 킬로줄 (kJ) .

1kJ = 1000J.

공식 A = Fs힘을 가할 때 적용 가능 에프일정하고 신체의 움직임 방향과 일치합니다.

힘의 방향이 물체의 운동 방향과 일치하면 이 힘은 양의 작용을 합니다.

몸체가 적용된 힘(예: 미끄럼 마찰력)의 방향과 반대 방향으로 움직이는 경우 이 힘은 음의 일을 합니다.

물체에 작용하는 힘의 방향이 이동 방향과 수직이면 이 힘은 작용하지 않으며 일은 0입니다.

앞으로는 기계적인 일에 대해 간단히 한마디로 일(work)이라고 부르겠습니다.

예. 부피가 0.5m3인 화강암 석판을 높이 20m까지 들어 올릴 때 수행된 작업을 계산하십시오. 화강암의 밀도는 2500kg/m3입니다.

주어진:

ρ = 2500kg/m 3

해결책:

여기서 F는 슬래브를 균일하게 들어 올리기 위해 가해지는 힘입니다. 이 힘은 슬래브에 작용하는 힘 Fstrand와 모듈러스가 동일합니다. 즉, F = Fstrand입니다. 그리고 중력은 슬래브의 질량에 의해 결정될 수 있습니다: Fweight = gm. 슬래브의 부피와 화강암 밀도를 알고 슬래브의 질량을 계산해 보겠습니다. m = ρV; s = h, 즉 경로는 리프팅 높이와 동일합니다.

따라서 m = 2500kg/m3 · 0.5m3 = 1250kg입니다.

F = 9.8N/kg · 1250kg ≒ 12,250N.

A = 12,250N · 20m = 245,000J = 245kJ.

답변: A =245kJ.

레버.파워.에너지

동일한 작업을 완료하는 데 엔진마다 다른 시간이 필요합니다. 예를 들어, 건설 현장의 크레인은 몇 분 안에 수백 개의 벽돌을 건물 꼭대기 층으로 들어 올립니다. 작업자가 이 벽돌을 옮기면 이를 수행하는 데 몇 시간이 걸릴 것입니다. 다른 예시. 말은 10-12시간 안에 1헥타르의 땅을 갈 수 있는 반면, 다중 공유 쟁기를 갖춘 트랙터( 쟁기질하다- 아래에서 흙층을 잘라서 쓰레기장으로 옮기는 쟁기의 일부. 다중 쟁기질 - 많은 쟁기질), 이 작업은 40~50분 안에 완료됩니다.

크레인이 작업자보다 동일한 작업을 더 빠르게 수행하고 트랙터가 말보다 동일한 작업을 더 빠르게 수행한다는 것은 분명합니다. 작업 속도는 전력이라는 특별한 양으로 특징 지어집니다.

전력은 작업이 수행된 시간에 대한 작업의 비율과 같습니다.

전력을 계산하려면 작업을 수행한 시간으로 작업을 나누어야 합니다.힘 = 일 / 시간.

어디 N- 힘, ㅏ- 직업, 티- 작업이 완료된 시간입니다.

전력은 매초 동일한 작업이 수행될 때 일정한 양입니다. 에평균 전력을 결정합니다.

N평균 = 에 . 전력의 단위는 J의 일이 1초 동안 수행되는 전력으로 간주됩니다.

이 단위를 와트(watt)라고 합니다. 여) 또 다른 영국 과학자 Watt를 기리기 위해.

1와트 = 1줄/1초, 또는 1W = 1J/초.

와트(초당 줄) - W(1J/s).

더 큰 전력 단위가 기술에서 널리 사용됩니다. 킬로와트 (kW), 메가와트 (MW) .

1MW = 1,000,000W

1kW = 1000W

1mW = 0.001W

1W = 0.000001MW

1W = 0.001kW

1W = 1000mW

예. 폭포 높이가 25m이고 유속이 분당 120m3일 때 댐을 통해 흐르는 물 흐름의 힘을 구하십시오.

주어진:

ρ = 1000kg/m3

해결책:

떨어지는 물의 질량: m = ρV,

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

물에 작용하는 중력:

F = 9.8m/s2 120,000kg ≒ 1,200,000N(12,105N)

분당 흐름으로 수행되는 작업:

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

흐름 전력: N = A/t,

N = 30,000,000J / 60초 = 500,000W = 0.5MW.

답변: N = 0.5MW.

다양한 엔진의 출력은 100분의 1~10킬로와트(전기 면도기, 재봉틀의 모터)부터 수십만 킬로와트(물 및 증기 터빈)에 이릅니다.

표 5.

일부 엔진의 출력, kW.

각 엔진에는 출력을 포함하여 엔진에 대한 일부 정보를 나타내는 플레이트(엔진 여권)가 있습니다.

정상적인 작동 조건에서 인력의 전력은 평균 70-80W입니다. 점프하거나 계단을 올라갈 때 사람은 최대 730W의 전력을 개발할 수 있으며 어떤 경우에는 그 이상까지 발전할 수 있습니다.

공식 N = A/t로부터 다음이 도출됩니다.

작업을 계산하려면 해당 작업이 수행된 시간을 전력에 곱해야 합니다.

예. 룸 팬 모터의 출력은 35와트입니다. 그는 10분 동안 얼마나 많은 일을 합니까?

문제의 조건을 적어서 해결해보자.

주어진:

해결책:

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

답변 ㅏ= 21kJ.

간단한 메커니즘.

옛날부터 인간은 기계 작업을 수행하기 위해 다양한 장치를 사용해 왔습니다.

손으로 이동할 수 없는 무거운 물체(돌, 캐비닛, 공작 기계)는 충분히 긴 막대(레버)를 사용하여 이동할 수 있다는 것을 누구나 알고 있습니다.

현재 3000년 전 고대 이집트의 피라미드 건설 과정에서 레버의 도움으로 무거운 석판이 이동되어 매우 높은 높이로 올라간 것으로 믿어집니다.

무거운 짐을 특정 높이까지 들어올리는 대신 경사면을 따라 같은 높이까지 굴리거나 당기거나 블록을 이용해 들어올리는 경우가 많다.

힘을 변환하는 데 사용되는 장치를 메커니즘 .

간단한 메커니즘에는 다음이 포함됩니다. 레버 및 그 종류 - 블록, 게이트; 경사면 및 그 종류 - 쐐기, 나사. 대부분의 경우 힘을 얻기 위해, 즉 신체에 작용하는 힘을 여러 번 증가시키기 위해 간단한 메커니즘이 사용됩니다.

간단한 메커니즘은 큰 강철 시트를 자르고, 비틀고, 스탬핑하거나 직물을 만드는 가장 가는 실을 뽑는 가정용 기계와 모든 복잡한 산업 및 산업 기계에서 발견됩니다. 현대의 복잡한 자동 기계, 인쇄 및 계수 기계에서도 동일한 메커니즘을 찾을 수 있습니다.

레버 암. 레버에 가해지는 힘의 균형.

가장 간단하고 가장 일반적인 메커니즘인 레버를 고려해 보겠습니다.

레버는 고정된 지지대를 중심으로 회전할 수 있는 강체입니다.

사진은 작업자가 지렛대를 지렛대로 사용하여 화물을 들어 올리는 방법을 보여줍니다. 첫 번째 경우, 힘을 가진 노동자 에프쇠지렛대 끝을 누른다 비, 두 번째 - 끝을 올립니다 비.

작업자는 하중의 무게를 극복해야 합니다. 피- 수직으로 아래쪽으로 향하는 힘. 이를 위해 그는 유일한 축을 통과하는 축 주위로 지렛대를 돌립니다. 움직이지 않는한계점은 지지점이다 에 대한. 힘 에프작업자가 레버에 작용하는 힘은 적습니다. 피, 따라서 근로자는 다음과 같은 혜택을 받습니다. 힘을 얻다. 지렛대를 이용하면 혼자서는 들 수 없을 만큼 무거운 짐을 들어올릴 수 있습니다.

그림은 회전축이 다음과 같은 레버를 보여줍니다. 에 대한(받침점)은 힘의 적용 지점 사이에 위치합니다. ㅏ그리고 안에. 또 다른 그림은 이 레버의 다이어그램을 보여줍니다. 두 세력 모두 에프 1과 에프레버에 작용하는 2개는 한 방향으로 향합니다.

지렛대에 힘이 작용하는 지점과 직선 사이의 최단 거리를 힘의 팔이라고 합니다.

이 수직선의 길이는 이 힘의 팔이 됩니다. 그림은 OA- 어깨 힘 에프 1; 산부인과- 어깨 힘 에프 2. 레버에 작용하는 힘은 축을 중심으로 시계 방향 또는 시계 반대 방향의 두 방향으로 레버를 회전시킬 수 있습니다. 응 힘내 에프 1. 레버를 시계방향으로 돌리면 힘이 가해집니다. 에프 2는 시계 반대 방향으로 회전합니다.

레버에 가해지는 힘의 영향으로 레버가 평형을 이루는 조건은 실험적으로 설정할 수 있습니다. 힘의 작용 결과는 그 수치(계수)뿐만 아니라 물체에 적용되는 지점이나 방향에 따라 달라진다는 점을 기억해야 합니다.

레버가 균형을 유지할 때마다 지지대의 양쪽에 있는 레버(그림 참조)에 다양한 추가 매달려 있습니다. 레버에 작용하는 힘은 이러한 하중의 무게와 같습니다. 각 경우에 대해 힘 모듈과 해당 어깨가 측정됩니다. 그림 154의 경험을 통해 힘 2가 N힘의 균형을 맞춘다 4 N. 이 경우 그림에서 알 수 있듯이 힘이 약한 어깨가 힘이 센 어깨보다 2배 더 크다.

이러한 실험을 바탕으로 지렛대 평형의 조건(규칙)이 확립되었다.

지레에 작용하는 힘이 이러한 힘의 팔에 반비례할 때 지레는 평형 상태에 있습니다.

이 규칙은 다음과 같은 공식으로 작성할 수 있습니다.

에프 1/에프 2 = 엘 2/ 엘 1 ,

어디 에프 1그리고에프 2 - 레버에 작용하는 힘, 엘 1그리고엘 2 , - 이러한 힘의 어깨입니다(그림 참조).

지렛대 평형의 법칙은 287~212년경 아르키메데스에 의해 확립되었습니다. 기원전 이자형. (그런데 마지막 문단에서 지렛대는 이집트인들이 사용했다고 하더군요. 아니면 여기서 "확립"이라는 단어가 중요한 역할을 하는 걸까요?)

이 규칙에 따르면 레버를 사용하여 더 큰 힘의 균형을 맞추기 위해 더 작은 힘을 사용할 수 있습니다. 레버의 한쪽 팔을 다른 쪽 팔보다 3배 더 크게 만듭니다(그림 참조). 그런 다음 B 지점에 예를 들어 400N의 힘을 가하면 무게가 1200N인 돌을 들어 올릴 수 있습니다. 더 무거운 하중을 들어 올리려면 작업자가 작용하는 레버 암의 길이를 늘려야 합니다.

예. 작업자는 레버를 사용하여 무게 240kg의 슬래브를 들어 올립니다(그림 149 참조). 작은 팔이 0.6m라면 그는 2.4m의 더 큰 레버 팔에 어떤 힘을 가합니까?

문제의 조건을 적어서 해결해보자.

주어진:

해결책:

지렛대 평형의 법칙에 따르면, F1/F2 = l2/l1, 여기서 F1 = F2 l2/l1, 여기서 F2 = P는 돌의 무게입니다. 석재 무게 asd = gm, F = 9.8 N 240 kg ≒ 2400 N

그러면 F1 = 2400N · 0.6/2.4 = 600N입니다.

답변: F1 = 600N.

이 예에서 작업자는 600N의 힘을 지렛대에 적용하여 2400N의 힘을 극복하지만 이 경우 작업자가 작용하는 팔은 돌의 무게가 작용하는 팔보다 4배 더 깁니다. ( 엘 1 : 엘 2 = 2.4m: 0.6m = 4).

지렛대의 법칙을 적용하면 더 작은 힘이 더 큰 힘의 균형을 이룰 수 있습니다. 이 경우 힘이 약한 어깨는 힘이 강한 어깨보다 길어야 합니다.

힘의 순간.

당신은 이미 지렛대 평형의 법칙을 알고 있습니다.

에프 1 / 에프 2 = 엘 2 / 엘 1 ,

비율의 속성(최단 구성원의 곱은 중간 구성원의 곱과 동일함)을 사용하여 다음 형식으로 작성합니다.

에프 1엘 1 = 에프 2 엘 2 .

방정식의 왼쪽에는 힘의 곱이 있습니다. 에프 1 그녀의 어깨에 엘 1, 오른쪽 - 힘의 산물 에프 2 그녀의 어깨에 엘 2 .

몸체와 어깨를 회전시키는 힘의 계수의 곱을 힘의 순간; 문자 M으로 지정됩니다. 이는

지레를 시계 방향으로 회전시키는 힘의 모멘트가 시계 반대 방향으로 회전시키는 힘의 모멘트와 같으면 지레는 두 힘의 작용 하에서 평형 상태에 있습니다.

이 규칙은 순간의 법칙 , 수식으로 작성할 수 있습니다.

M1 = M2

실제로 우리가 고려한 실험(§ 56)에서 작용하는 힘은 2N과 4N이었고 어깨의 어깨는 각각 4와 2의 레버 압력에 해당했습니다. 즉, 레버가 평형 상태에 있을 때 이러한 힘의 모멘트는 동일합니다. .

다른 물리량과 마찬가지로 힘의 순간도 측정할 수 있습니다. 힘의 모멘트 단위는 1N의 힘의 모멘트로 간주되며, 그 팔의 길이는 정확히 1m입니다.

이 단위는 뉴턴 미터 (N·m).

힘의 순간은 힘의 작용을 특징짓고 힘의 계수와 지렛대 모두에 동시에 의존한다는 것을 보여줍니다. 실제로, 예를 들어 우리는 문에 작용하는 힘이 힘의 크기와 힘이 가해지는 위치에 따라 달라진다는 것을 이미 알고 있습니다. 문을 돌리는 것이 더 쉬울수록 문에 작용하는 힘이 회전축에서 멀어질수록 적용됩니다. 짧은 렌치보다 긴 렌치로 너트를 푸는 것이 좋습니다. 우물에서 양동이를 들어 올리는 것이 더 쉬울수록 게이트 손잡이가 길어집니다.

기술, 일상생활, 자연을 활용합니다.

지렛대 법칙(또는 순간의 법칙)은 힘의 증가나 여행이 필요한 기술 및 일상 생활에서 사용되는 다양한 종류의 도구 및 장치의 작용의 기초가 됩니다.

가위로 작업하면 힘이 늘어납니다. 가위 - 이건 레버야(그림) 가위의 양쪽 절반을 연결하는 나사를 통해 회전축이 발생합니다. 작용력 에프 1은 가위를 쥐는 사람의 손의 근력이다. 반력 에프 2는 가위로 자르는 재료의 저항력입니다. 가위의 목적에 따라 디자인이 달라집니다. 종이 절단용으로 설계된 사무용 가위는 칼날이 길고 손잡이가 거의 같은 길이입니다. 종이를 자르는 데는 큰 힘이 필요하지 않으며, 칼날이 길어 직선으로 자르기가 더 쉽습니다. 판금 절단용 가위(그림)에는 칼날보다 손잡이가 훨씬 더 깁니다. 금속의 저항력이 크기 때문에 균형을 맞추려면 작용하는 힘의 팔을 크게 늘려야 합니다. 손잡이 길이와 절단부 및 회전축 거리의 차이가 더욱 커집니다. 와이어 커터(그림), 와이어 절단용으로 설계되었습니다.

많은 기계에는 다양한 유형의 레버가 있습니다. 재봉틀의 손잡이, 자전거의 페달이나 핸드브레이크, 자동차와 트랙터의 페달, 피아노의 건반 등이 모두 이러한 기계와 도구에 사용되는 레버의 예입니다.

레버 사용의 예로는 바이스 및 작업대의 핸들, 드릴링 머신의 레버 등이 있습니다.

레버 스케일의 작동은 레버의 원리를 기반으로 합니다(그림). 그림 48(p. 42)에 표시된 훈련 척도는 다음과 같은 역할을 합니다. 균등 암 레버 . 안에 소수점 이하 자릿수무게가 있는 컵이 매달려 있는 어깨는 무게를 지탱하는 어깨보다 10배 더 깁니다. 이렇게 하면 큰 하중의 무게를 측정하는 것이 훨씬 쉬워집니다. 소수점 이하로 무게를 측정할 때는 해당 무게의 질량에 10을 곱해야 합니다.

자동차 화물차의 무게를 측정하는 저울 장치도 지렛대의 법칙에 기초합니다.

레버는 동물과 인간 신체의 다른 부분에서도 발견됩니다. 예를 들어 팔, 다리, 턱이 있습니다. 많은 레버는 곤충의 몸(곤충과 몸의 구조에 관한 책을 읽음으로써), 새, 식물의 구조에서 찾을 수 있습니다.

블록에 레버의 평형 법칙을 적용합니다.

차단하다홀더에 장착된 홈이 있는 휠입니다. 로프, 케이블 또는 체인이 블록 홈을 통과합니다.

고정 블록 이를 축이 고정되어 하중을 들어올려도 오르내리지 않는 블록이라고 합니다(그림).

고정 블록은 힘의 팔이 바퀴의 반경과 동일한 동일 암 레버로 간주될 수 있습니다(그림). OA = OB = r. 이러한 블록은 강도를 향상시키지 않습니다. ( 에프 1 = 에프 2) 그러나 힘의 방향을 바꿀 수 있습니다. 이동식 블록 - 이것은 블록입니다. 하중에 따라 상승 및 하강하는 축입니다(그림). 그림은 해당 레버를 보여줍니다. 에 대한- 레버의 받침점, OA- 어깨 힘 아르 자형그리고 산부인과- 어깨 힘 에프. 어깨부터 산부인과어깨 2배 OA, 그러면 힘 에프 2배 적은 힘 아르 자형:

F = P/2 .

따라서, 움직일 수 있는 블록은 강도를 2배 증가시킵니다. .

이는 힘의 모멘트 개념을 사용하여 증명할 수 있습니다. 블록이 평형 상태에 있을 때, 힘의 모멘트 에프그리고 아르 자형서로 동등합니다. 하지만 힘의 어깨 에프레버리지 2배 아르 자형, 따라서 전력 자체 에프 2배 적은 힘 아르 자형.

일반적으로 실제로는 고정 블록과 이동 블록의 조합이 사용됩니다(그림). 고정 블록은 편의를 위해서만 사용됩니다. 힘에 이득을 주지는 않지만 힘의 방향을 바꿉니다. 예를 들어, 땅에 서서 짐을 들어올릴 수 있습니다. 이는 많은 사람이나 근로자에게 유용합니다. 하지만 평소보다 2배 더 많은 힘이 증가합니다!

간단한 메커니즘을 사용할 때의 작업 평등. 역학의 "황금률".

우리가 고려한 간단한 메커니즘은 한 힘의 작용을 통해 다른 힘의 균형을 맞춰야 하는 경우 작업을 수행할 때 사용됩니다.

당연히 다음과 같은 질문이 제기됩니다. 권력이나 길에서는 이득을 주지만, 단순한 메커니즘은 일에서도 이득을 주지 않습니까? 이 질문에 대한 답은 경험을 통해 얻을 수 있습니다.

레버에 가해지는 두 가지 크기의 힘의 균형을 유지함으로써 에프 1과 에프 2(그림), 레버를 움직이게 설정합니다. 동시에 더 작은 힘을 적용하는 지점이 밝혀졌습니다. 에프 2는 더 나아간다 에스 2, 그리고 더 큰 힘의 적용 지점 에프 1 - 더 짧은 경로 에스 1. 이러한 경로와 힘 모듈을 측정한 결과, 레버에 힘을 가하는 지점이 통과하는 경로가 힘에 반비례한다는 것을 알 수 있습니다.

에스 1 / 에스 2 = 에프 2 / 에프 1.

따라서 지렛대의 긴 팔에 작용하면 힘이 증가하지만 동시에 그 과정에서 같은 양만큼 잃습니다.

힘의 산물 에프도중에 에스일이 있습니다. 우리의 실험은 지렛대에 가해진 힘이 한 일이 서로 같다는 것을 보여줍니다:

에프 1 에스 1 = 에프 2 에스 2, 즉 ㅏ 1 = ㅏ 2.

그래서, 레버리지를 사용하면 직장에서 승리할 수 없습니다.

레버리지를 사용하면 힘이나 거리를 얻을 수 있습니다. 레버의 짧은 팔에 힘을 가하면 거리가 늘어나지만 힘은 그만큼 줄어듭니다.

지렛대의 법칙을 발견하고 기뻐한 아르키메데스가 이렇게 외쳤다는 전설이 있습니다. “나에게 지지대를 주면 지구를 뒤집어 놓겠습니다!”

물론 아르키메데스는 지지대(지구 외부에 있어야 함)와 필요한 길이의 레버를 받았음에도 불구하고 그러한 작업에 대처할 수 없었습니다.

지구를 1cm만 높이려면 지렛대의 긴 팔이 엄청난 길이의 호를 그려야 합니다. 예를 들어 1m/s의 속도로 이 경로를 따라 레버의 긴 끝을 이동하려면 수백만 년이 걸릴 것입니다!

고정된 블록은 작업에 아무런 이득을 주지 않습니다.이는 실험적으로 확인하기 쉽습니다(그림 참조). 힘의 적용 지점이 통과하는 경로 에프그리고 에프, 힘이 동일하고, 이는 작업이 동일함을 의미합니다.

움직이는 블록을 이용하여 작업한 내용을 측정하고 비교할 수 있습니다. 이동식 블록을 사용하여 하중을 높이 h까지 들어 올리려면 경험에서 알 수 있듯이 (그림) 동력계가 부착된 로프 끝을 2h 높이까지 이동해야 합니다.

따라서, 힘이 2배 증가하면 도중에 2배를 잃기 때문에 이동식 블록은 작업에 이득을 주지 않습니다.

수세기 동안의 관행에 따르면 어떤 메커니즘도 성능 향상을 제공하지 않습니다.그들은 근무 조건에 따라 힘이나 여행에서 승리하기 위해 다양한 메커니즘을 사용합니다.

이미 고대 과학자들은 모든 메커니즘에 적용할 수 있는 규칙을 알고 있었습니다. 힘으로 몇 번 승리하더라도 거리에서 지는 횟수는 같습니다. 이 규칙은 역학의 "황금률"이라고 불립니다.

메커니즘의 효율성.

레버의 디자인과 작용을 고려할 때 레버의 무게뿐만 아니라 마찰도 고려하지 않았습니다. 이러한 이상적인 조건에서 적용된 힘이 수행한 작업(우리는 이 작업을 호출함) 가득한), 동일하다 유용한짐을 들어 올리거나 저항을 극복하는 작업을 수행합니다.

실제로 메커니즘이 수행하는 총 작업은 항상 유용한 작업보다 약간 더 큽니다.

작업의 일부는 메커니즘의 마찰력에 맞서 개별 부품을 움직여 수행됩니다. 따라서 이동식 블록을 사용하는 경우에는 블록 자체와 로프를 들어 올리는 작업을 추가로 수행하고 블록 축의 마찰력을 결정해야 합니다.

우리가 어떤 메커니즘을 사용하더라도 그 도움으로 수행되는 유용한 작업은 항상 전체 작업의 일부일 뿐입니다. 즉, 유용한 작업을 Ap로 표시하고 총(비용) 작업을 Az로 표시하여 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

위로< Аз или Ап / Аз < 1.

총 작업에 대한 유용한 작업의 비율을 메커니즘의 효율성이라고 합니다.

효율성 요소는 효율성으로 축약됩니다.

효율성 = Ap / Az.

효율성은 일반적으로 백분율로 표시되며 그리스 문자 eta로 표시되며 "eta"로 읽습니다.

eta = Ap / Az · 100%.

예: 100kg의 하중이 레버의 짧은 암에 매달려 있습니다. 이를 들어 올리기 위해 긴 팔에 250N의 힘을 가하여 하중을 높이 h1 = 0.08m까지 올리고, 추진력이 작용하는 지점은 h2 = 0.4m 높이까지 떨어뜨린다. 레버의 효율성.

문제의 조건을 적어서 해결해보자.

주어진 :

해결책 :

eta = Ap / Az · 100%.

총(소모) 작업 Az = Fh2.

유용한 작업 Ap = Рh1

P = 9.8 100kg ≒ 1000N.

Ap = 1000N · 0.08 = 80J.

Az = 250N · 0.4m = 100J.

eta = 80J/100J 100% = 80%.

답변 : eta = 80%.

하지만 이 경우에도 '황금률'이 적용됩니다. 유용한 작업의 일부(20%)는 레버 축의 마찰과 공기 저항을 극복하고 레버 자체의 움직임을 극복하는 데 사용됩니다.

모든 메커니즘의 효율성은 항상 100% 미만입니다. 메커니즘을 설계할 때 사람들은 효율성을 높이려고 노력합니다. 이를 달성하기 위해 메커니즘 축의 마찰과 무게가 줄어듭니다.

에너지.

공장과 공장에서 기계와 기계는 전기 에너지(따라서 이름)를 소비하는 전기 모터로 구동됩니다.