Fyzikálny význam práce a mechanickej energie. Ako sa meria práca?

Práca všetkých síl pôsobiacich na časticu smeruje k zvýšeniu kinetickej energie častice:

A 12 = T 2 - T 1

V prítomnosti gravitačného poľa (alebo vo všeobecnosti akéhokoľvek potenciálneho poľa) sú molekuly plynu vystavené gravitačnej sile. Výsledkom je, že koncentrácia molekúl plynu závisí od výšky v súlade so zákonom Boltzmannovo rozdelenie:

n = n 0 exp(- mgh / kT)

Kde n- koncentrácia molekúl vo výške h, n 0 - koncentrácia molekúl na počiatočnej úrovni h= 0, m- hmotnosť častíc, g- gravitačné zrýchlenie, k- Boltzmannova konštanta, T- teplota.

Vo fyzike konzervatívne sily(potenciálne sily) - sily, ktorých práca nezávisí od tvaru trajektórie (závisí len od počiatočného a koncového bodu pôsobenia síl). To vedie k nasledujúcej definícii: konzervatívne sily sú tie sily, ktorých práca pozdĺž akejkoľvek uzavretej trajektórie sa rovná 0.

Potenciálna energia- práca, ktorú je potrebné vykonať na presun telesa z určitého referenčného bodu do daného bodu v poli konzervatívnych síl.

Potenciálna energia sa meria z určitého bodu v priestore, ktorého výber je určený pohodlnosťou ďalších výpočtov. Proces výberu daného bodu sa nazýva normalizácia potenciálnej energie. Je tiež zrejmé, že správnu definíciu potenciálnej energie možno uviesť len v poli síl, ktorých práca závisí len od počiatočných a konečných polôh telies, nie však od dráhy ich pohybu. Takéto sily sa nazývajú konzervatívne.

Napríklad potenciálna energia telesa v blízkosti zemského povrchu sa vypočíta podľa vzorca, kde m- telesná hmotnosť, g - veľkosť zrýchlenia voľného pádu, h- výška, povrch Zeme sa berie ako nula.

stupeň voľnosti – minimálny počet premenných popisujúcich pohyb molekuly v priestore.

Veta:

Ak je systém molekúl v rovnováhe pri teplote T, potom bude Wk pohyb molekúl rozložený rovnomerne po stupňoch voľnosti, s každým stupňom. sloboda má energiu 1\2kT.

Tepelný pohyb- proces chaotického (neusporiadaného) pohybu častíc tvoriacich hmotu. Najčastejšie sa uvažuje o tepelnom pohybe atómov a molekúl.

Zákon zachovania mechanickej energie- mechanická energia konzervatívneho mechanického systému sa v priebehu času zachováva. Jednoducho povedané, pri absencii disipačných síl (napríklad trecích síl) mechanická energia nevzniká z ničoho a nemôže nikde zaniknúť.

Klzné trecie sily- sily vznikajúce medzi dotýkajúcimi sa telesami pri ich vzájomnom pohybe. Ak medzi telesami nie je žiadna kvapalná alebo plynná vrstva (mazivo), potom sa takéto trenie nazýva suché. V opačnom prípade sa trenie nazýva "tekutina". Charakteristickým znakom suchého trenia je prítomnosť statického trenia.

Maxwellova distribúcia- rozdelenie pravdepodobnosti nachádzajúce sa vo fyzike a chémii. Je základom kinetickej teórie plynov, ktorá vysvetľuje mnohé zo základných vlastností plynov vrátane tlaku a difúzie. Maxwellova distribúcia je použiteľná aj pre procesy elektronického prenosu a iné javy. Maxwellovo rozdelenie platí pre mnohé vlastnosti jednotlivých molekúl v plyne. Zvyčajne sa to považuje za distribúciu energií molekúl v plyne, ale môže sa použiť aj na distribúciu rýchlostí, hybnosti a modulu molekúl. Môže sa tiež vyjadriť ako diskrétne rozdelenie na mnohých diskrétnych energetických úrovniach alebo ako spojité rozdelenie na určité kontinuum energie.

Zákon zachovania energie- základný prírodný zákon, ktorý hovorí, že energia izolovaného (uzavretého) systému sa v priebehu času zachováva. Inými slovami, energia nemôže vzniknúť z ničoho a nemôže v ničom zaniknúť, môže sa len presúvať z jednej formy do druhej. Zákon zachovania energie sa nachádza v rôznych odvetviach fyziky a prejavuje sa v zachovaní rôznych druhov energie. Napríklad v klasickej mechanike sa zákon prejavuje v]] zákon zachovania energie sa nazýva prvý termodynamický zákon a hovorí

Pravdepodobnosť

Štatistická distribučná funkcia (distribučná funkcia v štatistickej fyzike) je jedným zo základných pojmov štatistickej fyziky. Znalosť distribučnej funkcie úplne určuje pravdepodobnostné vlastnosti posudzovaného systému.

Mechanický stav akéhokoľvek systému je jednoznačne určený súradnicami čchi a impulzy p i jeho častice ( i=1,2,..., d; d- počet stupňov voľnosti systému). Súbor veličín tvorí fázový priestor. Pravdepodobnosť nájdenia systému v prvku fázového priestoru (s bodkou q, p vnútri) je daný vzorcom:

Funkcia sa nazýva úplná štatistická distribučná funkcia (alebo jednoducho distribučná funkcia). V skutočnosti predstavuje hustotu reprezentujúcich bodov vo fázovom priestore.

Rozptyl náhodnej premennej- miera šírenia danej náhodnej veličiny, teda jej odchýlky od matematického očakávania. Určené D[X] v ruskej literatúre a (anglicky) rozptyl) v zahraničí. V štatistike sa často používa zápis alebo. Druhá odmocnina rozptylu sa nazýva štandardná odchýlka, štandardná odchýlka alebo štandardné rozpätie.

Nech je náhodná premenná definovaná na nejakom pravdepodobnostnom priestore. Potom

kde je symbol M znamená matematické očakávanie.

V klasickej mechanike, harmonický oscilátor je systém, ktorý pri premiestnení z rovnovážnej polohy zažíva vratnú silu Fúmerné výtlaku X(podľa Hookovho zákona):

Kde k je kladná konštanta popisujúca tuhosť systému.

Ak F je jediná sila pôsobiaca na sústavu, vtedy sa sústava nazýva jednoduché alebo konzervatívny harmonický oscilátor. Voľné kmity takéhoto systému predstavujú periodický pohyb okolo rovnovážnej polohy (harmonické kmity). Frekvencia a amplitúda sú konštantné a frekvencia nezávisí od amplitúdy.

Ak existuje aj trecia sila (tlmenie) úmerná rýchlosti pohybu (viskózne trenie), potom sa takýto systém nazýva tzv. blednutiu alebo disipačný oscilátor. Ak trenie nie je príliš veľké, potom systém vykonáva takmer periodický pohyb - sínusové kmity s konštantnou frekvenciou a exponenciálne klesajúcou amplitúdou. Frekvencia voľných oscilácií tlmeného oscilátora sa ukazuje byť o niečo nižšia ako frekvencia podobného oscilátora bez trenia.

Ak je oscilátor ponechaný sám na seba, hovorí sa, že osciluje voľne. Ak existuje vonkajšia sila (závislá od času), potom sa hovorí, že oscilátor zažíva nútené oscilácie.

Náhodná udalosť- podmnožina výsledkov náhodný experiment; Keď sa náhodný experiment mnohokrát opakuje, frekvencia výskytu udalosti slúži ako odhad jej pravdepodobnosti.

Náhodná udalosť, ktorá nikdy nenastane ako výsledok náhodného experimentu, sa nazýva nemožná a označuje sa symbolom. Náhodná udalosť, ktorá sa vždy vyskytne ako výsledok náhodného experimentu, sa nazýva spoľahlivá a označuje sa symbolom Ω.

Pravdepodobnosť(pravdepodobnostná miera) - miera spoľahlivosti náhodnej udalosti. Odhadom pravdepodobnosti udalosti môže byť frekvencia jej výskytu v dlhej sérii nezávislých opakovaní náhodného experimentu. Mierou pravdepodobnosti je podľa definície P. Laplacea zlomok, ktorého čitateľom je počet všetkých priaznivých prípadov a menovateľom je počet všetkých možných prípadov.

Pred odhalením témy „Ako sa meria práca“ je potrebné urobiť malú odbočku. Všetko na tomto svete sa riadi fyzikálnymi zákonmi. Každý proces alebo jav možno vysvetliť na základe určitých fyzikálnych zákonov. Pre každú meranú veličinu existuje jednotka, v ktorej sa zvyčajne meria. Jednotky merania sú konštantné a majú rovnaký význam na celom svete.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-1-768x451..jpg 1024w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Systém medzinárodných jednotiek

Dôvod je nasledujúci. V 1960 bol na jedenástej generálnej konferencii pre váhy a miery prijatý systém meraní, ktorý je uznávaný na celom svete. Tento systém dostal názov Le Système International d’Unités, SI (SI System International). Tento systém sa stal základom pre určovanie meracích jednotiek akceptovaných na celom svete a ich vzťahov.

Fyzikálne pojmy a terminológia

Vo fyzike sa jednotka merania práce sily nazýva J (Joule), na počesť anglického fyzika Jamesa Jouleho, ktorý výrazne prispel k rozvoju odvetvia termodynamiky vo fyzike. Jeden Joule sa rovná práci vykonanej silou jedného N (Newton), keď sa jej pôsobenie posunie o jeden M (meter) v smere sily. Jeden N (Newton) sa rovná sile hmotnosti jedného kg (kilogram) so zrýchlením jeden m/s2 (meter za sekundu) v smere sily.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-2-2-210x140.jpg 210w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Vzorec na nájdenie práce

Pre tvoju informáciu. Vo fyzike je všetko prepojené, vykonávanie akejkoľvek práce zahŕňa vykonávanie ďalších akcií. Ako príklad si môžeme vziať domáci ventilátor. Keď je ventilátor zapojený, lopatky ventilátora sa začnú otáčať. Rotujúce lopatky ovplyvňujú prúdenie vzduchu a dávajú mu smerový pohyb. Toto je výsledok práce. Ale na vykonanie práce je potrebný vplyv iných vonkajších síl, bez ktorých je akcia nemožná. Patria sem elektrický prúd, výkon, napätie a mnohé ďalšie súvisiace hodnoty.

Elektrický prúd je vo svojom jadre usporiadaný pohyb elektrónov vo vodiči za jednotku času. Elektrický prúd je založený na kladne alebo záporne nabitých časticiach. Nazývajú sa elektrické náboje. Označuje sa písmenami C, q, Kl (Coulomb), pomenované podľa francúzskeho vedca a vynálezcu Charlesa Coulomba. V sústave SI je to jednotka merania počtu nabitých elektrónov. 1 C sa rovná objemu nabitých častíc, ktoré pretečú prierezom vodiča za jednotku času. Jednotkou času je jedna sekunda. Vzorec pre elektrický náboj je znázornený na obrázku nižšie.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-3-768x486..jpg 848w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Vzorec na nájdenie elektrického náboja

Sila elektrického prúdu je označená písmenom A (ampér). Ampér je jednotka vo fyzike, ktorá charakterizuje meranie práce sily, ktorá je vynaložená na pohyb nábojov pozdĺž vodiča. Elektrický prúd je vo svojom jadre usporiadaný pohyb elektrónov vo vodiči pod vplyvom elektromagnetického poľa. Vodič je materiál alebo roztavená soľ (elektrolyt), ktorá má malý odpor voči prechodu elektrónov. Na silu elektrického prúdu majú vplyv dve fyzikálne veličiny: napätie a odpor. O nich sa bude diskutovať nižšie. Sila prúdu je vždy priamo úmerná napätiu a nepriamo úmerná odporu.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-4-768x552..jpg 800w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Vzorec na zistenie sily prúdu

Ako bolo uvedené vyššie, elektrický prúd je usporiadaný pohyb elektrónov vo vodiči. Je tu však jedno upozornenie: na pohyb potrebujú určitý vplyv. Tento efekt vzniká vytvorením potenciálneho rozdielu. Elektrický náboj môže byť kladný alebo záporný. Pozitívne náboje majú vždy tendenciu k záporným nábojom. To je nevyhnutné pre rovnováhu systému. Rozdiel medzi počtom kladne a záporne nabitých častíc sa nazýva elektrické napätie.

Gif?.gif 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-5-768x499.gif 768w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Vzorec na zistenie napätia

Výkon je množstvo energie vynaloženej na vykonanie jedného J (Joula) práce za časový úsek jednej sekundy. Jednotka merania vo fyzike sa označuje ako W (Watt), v sústave SI W (Watt). Keďže sa berie do úvahy elektrická energia, tu je to hodnota elektrickej energie vynaloženej na vykonanie určitej činnosti za určité časové obdobie.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-6-120x74..jpg 750w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Vzorec na nájdenie elektrickej energie

Na záver treba poznamenať, že mernou jednotkou práce je skalárna veličina, má vzťah ku všetkým odvetviam fyziky a možno o nej uvažovať nielen z pohľadu elektrodynamiky či tepelnej techniky, ale aj iných sekcií. Článok stručne skúma hodnotu charakterizujúcu jednotku merania práce sily.

Video

Energetické charakteristiky pohybu sa zavádzajú na základe pojmu mechanická práca alebo práca sily.

Práca A vykonaná konštantnou silou F → je fyzikálna veličina rovnajúca sa súčinu modulov sily a posunutia vynásobeným kosínusom uhla α , ktorý sa nachádza medzi vektormi sily F → a posunutím s →.

Táto definícia je diskutovaná na obrázku 1. 18. 1.

Pracovný vzorec je napísaný ako,

A = F s cos α .

Práca je skalárna veličina. To umožňuje byť kladný pri (0° ≤ α< 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) .

Joule sa rovná práci, ktorú vykoná sila 1 N na pohyb o 1 m v smere sily.

Obrázok 1. 18. 1. Dielo sily F →: A = F s cos α = F s s

Pri premietaní F s → sila F → na smer pohybu s → sila nezostáva konštantná a výpočet práce pre malé pohyby Δ s i je zhrnutý a vyrobený podľa vzorca:

A = ∑ ∆ A i = ∑ F s i ∆ s i .

Toto množstvo práce sa vypočíta z limity (Δ s i → 0) a potom ide do integrálu.

Grafické znázornenie diela je určené z oblasti krivočiareho útvaru umiestneného pod grafom F s (x) na obrázku 1. 18. 2.

Obrázok 1. 18. 2. Grafické vymedzenie práce Δ A i = F s i Δ s i.

Príkladom sily, ktorá závisí od súradnice, je elastická sila pružiny, ktorá sa riadi Hookovým zákonom. Na natiahnutie pružiny je potrebné vyvinúť silu F →, ktorej modul je úmerný predĺženiu pružiny. To je možné vidieť na obrázku 1. 18. 3.

Obrázok 1. 18. 3. Natiahnutá pružina. Smer vonkajšej sily F → sa zhoduje so smerom pohybu s →. F s = k x, kde k označuje tuhosť pružiny.

F → y p = - F →

Závislosť modulu vonkajšej sily na súradniciach x je možné vykresliť pomocou priamky.

Obrázok 1. 18. 4. Závislosť modulu vonkajšej sily od súradnice pri natiahnutí pružiny.

Z vyššie uvedeného obrázku je možné nájsť prácu vykonanú na vonkajšej sile pravého voľného konca pružiny pomocou plochy trojuholníka. Vzorec bude mať formu

Tento vzorec je použiteľný na vyjadrenie práce vykonanej vonkajšou silou pri stlačení pružiny. Oba prípady ukazujú, že elastická sila F → y p sa rovná práci vonkajšej sily F → , ale s opačným znamienkom.

Definícia 2

Ak na teleso pôsobí niekoľko síl, potom vzorec pre celkovú prácu bude vyzerať ako súčet všetkej práce vykonanej na ňom. Keď sa teleso pohybuje translačne, body pôsobenia síl sa pohybujú rovnako, to znamená, že celková práca všetkých síl sa bude rovnať práci výslednice aplikovaných síl.

Obrázok 1. 18. 5. Model mechanickej práce.

Stanovenie sily

Moc sa nazýva práca vykonaná silou za jednotku času.

Zaznamenávanie fyzikálneho množstva výkonu, označeného N, má formu pomeru práce A k časovému úseku t vykonanej práce, to znamená:

Definícia 4

Systém SI používa watt (W t) ako jednotku výkonu, ktorá sa rovná výkonu sily, ktorá vykoná 1 J práce za 1 s.

Ak si všimnete chybu v texte, zvýraznite ju a stlačte Ctrl+Enter

"Práca" - Príklady mechanickej práce. Úloha. Náklad sa nepohol, prejdená vzdialenosť je 0. Kto prekonal najväčšiu vzdialenosť? Vrece zemiakov sa ťahalo 2m. James Prescott Joule. Koľko práce je potrebné urobiť, aby ste položili činku na stôl. Vzorec na výpočet práce. Vnútorná energia plynu nezávisí od objemu, ktorý zaberá.

„Energia a práca“ - Potenciálna energia. Práškové plyny pôsobia vo vzdialenosti len 1 m. Príklad pôsobenia kinetickej energie. Formy energie. Príklad pôsobenia potenciálnej energie. Z vertikálne umiestneného dela dlhého 1 m vyletí delová guľa s hmotnosťou 1 kg. Príklad pôsobenia tepelnej energie. Ako vyrobiť kilogramový meter práce.

„Fyzika „Sila, energia, práca““ - Práca. Práca sa rovná skalárnemu súčinu. Muž pohybuje saňami. Súčet kinetických a potenciálnych energií. Práca, sila, energia. Muž je v dobrej fyzickej kondícii. Pojem moci. Rýchlosť pohybu po nepružnom náraze. Elektrovolt. Práca vykonaná konzervatívnou silou. Kinetická energia.

„Mechanická práca fyzika“ - Jednotka práce je joule (J). Význam slova „práca“. Mechanická práca. Pojem práce vo fyzike. 1 MJ = 1 000 000 J. Pohyb zotrvačnosťou. Za jednotku práce sa považuje práca vykonaná silou 1 N na dráhe 1 m. 1 kJ = 1000 J. Jednotky práce. Mechanická práca je priamo úmerná vynaloženej sile a prejdenej vzdialenosti.

„Úlohy pre prácu a moc“ - Podmienka. Pri sériovom zapojení sú prúdy rovnaké. Účinnosť kotla je 80%. Paralelné pripojenie. Vzorce pre prácu a výkon elektrického prúdu. Kotol s účinnosťou 80% je vyrobený z nichrómového drôtu. Vyjadrite dĺžku drôtu zo vzorca. Ktorý odpor generuje najväčší tepelný výkon?

Mechanická práca. Jednotky práce.

V každodennom živote všetko chápeme pod pojmom „práca“.

Vo fyzike pojem Job trochu iné. Je to určitá fyzikálna veličina, čo znamená, že ju možno merať. Vo fyzike sa študuje predovšetkým mechanická práca .

Pozrime sa na príklady mechanickej práce.

Vlak sa pohybuje pod ťažnou silou elektrického rušňa a vykonávajú sa mechanické práce. Keď sa strieľa z pištole, tlaková sila práškových plynov funguje - pohybuje guľkou pozdĺž hlavne a rýchlosť guľky sa zvyšuje.

Z týchto príkladov je zrejmé, že mechanická práca sa vykonáva, keď sa teleso pohybuje pod vplyvom sily. Mechanická práca sa vykonáva aj v prípade, keď sila pôsobiaca na teleso (napríklad trecia sila) znižuje rýchlosť jeho pohybu.

Chceme skriňu posunúť, silno na ňu zatlačíme, ale ak sa nepohne, nevykonávame mechanickú prácu. Možno si predstaviť prípad, keď sa teleso pohybuje bez účasti síl (zotrvačnosťou), v tomto prípade sa tiež nevykonáva mechanická práca.

takže, mechanická práca sa vykonáva iba vtedy, keď na teleso pôsobí sila a pohybuje sa .

Nie je ťažké pochopiť, že čím väčšia sila pôsobí na teleso a čím dlhšia dráha, ktorú telo pod vplyvom tejto sily prejde, tým väčšia je vykonaná práca.

Mechanická práca je priamo úmerná použitej sile a priamo úmerná prejdenej vzdialenosti .

Preto sme sa dohodli, že budeme merať mechanickú prácu súčinom sily a dráhy prejdenej v tomto smere tejto sily:

práca = sila × dráha

Kde A- práca, F- pevnosť a s- prejdená vzdialenosť.

Za jednotku práce sa považuje práca vykonaná silou 1N na dráhe 1 m.

Pracovná jednotka - joule (J ) pomenovaný po anglickom vedcovi Jouleovi. teda

1 J = 1 N m.

Tiež používané kilojoulov (kJ) .

1 kJ = 1 000 J.

Vzorec A = Fs použiteľné, keď sila F konštantný a zhoduje sa so smerom pohybu tela.

Ak sa smer sily zhoduje so smerom pohybu telesa, potom táto sila koná pozitívnu prácu.

Ak sa teleso pohybuje v smere opačnom k ​​smeru pôsobiacej sily, napríklad klznej trecej sily, potom táto sila vykonáva negatívnu prácu.

Ak je smer sily pôsobiacej na teleso kolmý na smer pohybu, potom táto sila nepracuje, práca je nulová:

V budúcnosti, keď hovoríme o mechanickej práci, budeme ju stručne nazývať jedným slovom - práca.

Príklad. Vypočítajte prácu vykonanú pri zdvíhaní žulovej dosky s objemom 0,5 m3 do výšky 20 m Hustota žuly je 2500 kg/m3.

Dané:

ρ = 2500 kg/m3

Riešenie:

kde F je sila, ktorá musí byť použitá na rovnomerné zdvihnutie dosky nahor. Táto sila sa v module rovná sile Fstrand pôsobiacej na dosku, t.j. F = Fstrand. A gravitačná sila môže byť určená hmotnosťou dosky: Fweight = gm. Vypočítajme hmotnosť dosky, poznáme jej objem a hustotu žuly: m = ρV; s = h, t.j. dráha sa rovná výške zdvihu.

Takže 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.

Odpoveď: A = 245 kJ.

Páky.Power.Energy

Rôzne motory vyžadujú rôzne časy na dokončenie rovnakej práce. Napríklad žeriav na stavenisku zdvihne stovky tehál na najvyššie poschodie budovy za pár minút. Ak by tieto tehly premiestnil pracovník, trvalo by mu to niekoľko hodín. Ďalší príklad. Kôň dokáže orať hektár pôdy za 10-12 hodín, zatiaľ čo traktor s viacradličným pluhom ( radlica- časť pluhu, ktorá odreže vrstvu zeme zospodu a prenesie ju na skládku; viacradlica - mnoho radlic), táto práca bude hotová za 40-50 minút.

Je jasné, že tú istú prácu robí žeriav rýchlejšie ako robotník a traktor robí tú istú prácu rýchlejšie ako kôň. Rýchlosť práce je charakterizovaná špeciálnou veličinou nazývanou výkon.

Výkon sa rovná pomeru práce k času, počas ktorého bola vykonaná.

Na výpočet výkonu je potrebné rozdeliť prácu časom, počas ktorého bola táto práca vykonaná. výkon = práca/čas.

Kde N- moc, A- práca, t- čas dokončenia práce.

Výkon je konštantná veličina, keď sa rovnakú prácu vykoná každú sekundu, v iných prípadoch pomer A/t určuje priemerný výkon:

N priemer = A/t . Za jednotku výkonu sa považuje výkon, pri ktorom sa práca J vykoná za 1 s.

Táto jednotka sa nazýva watt ( W) na počesť ďalšieho anglického vedca Watta.

1 watt = 1 joule/1 sekundu, alebo 1 W = 1 J/s.

Watt (joule za sekundu) - W (1 J/s).

Väčšie jednotky výkonu sú široko používané v technológii - 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

Príklad. Zistite silu vodného toku pretekajúceho cez priehradu, ak výška pádu vody je 25 m a jej prietok je 120 m3 za minútu.

Dané:

ρ = 1000 kg/m3

Riešenie:

Hmotnosť padajúcej vody: m = ρV,

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

Gravitačná sila pôsobiaca na vodu:

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

Práca vykonaná prietokom za minútu:

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

Prietok: N = A/t,

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

Odpoveď: N = 0,5 MW.

Rôzne motory majú výkony od stotín a desatín kilowattu (motor elektrického holiaceho strojčeka, šijacieho stroja) až po stovky tisíc kilowattov (vodné a parné turbíny).

Tabuľka 5.

Výkon niektorých motorov, kW.

Každý motor má štítok (pas motora), ktorý uvádza niektoré informácie o motore vrátane jeho výkonu.

Ľudská sila za normálnych prevádzkových podmienok je v priemere 70-80 W. Pri skákaní alebo behu do schodov môže človek vyvinúť výkon až 730 W, v niektorých prípadoch aj viac.

Zo vzorca N = A/t vyplýva, že

Na výpočet práce je potrebné vynásobiť výkon časom, počas ktorého bola táto práca vykonaná.

Príklad. Motor izbového ventilátora má výkon 35 wattov. Koľko práce urobí za 10 minút?

Zapíšme si podmienky problému a vyriešme ho.

Dané:

Riešenie:

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

Odpoveď A= 21 kJ.

Jednoduché mechanizmy.

Človek už od nepamäti využíval na vykonávanie mechanickej práce rôzne zariadenia.

Každý vie, že ťažký predmet (kameň, skriňa, obrábací stroj), s ktorým sa nedá hýbať rukou, sa dá posúvať pomocou dostatočne dlhej palice – páky.

V súčasnosti sa verí, že pomocou pák sa pred tromi tisíckami rokov pri stavbe pyramíd v starovekom Egypte presúvali a dvíhali ťažké kamenné dosky do veľkých výšok.

V mnohých prípadoch je možné namiesto zdvíhania ťažkého nákladu do určitej výšky ho zrolovať alebo vytiahnuť do rovnakej výšky pozdĺž naklonenej roviny alebo zdvihnúť pomocou blokov.

Zariadenia slúžiace na premenu sily sú tzv mechanizmov .

Jednoduché mechanizmy zahŕňajú: páky a ich odrody - blok, brána; naklonená rovina a jej odrody - klin, skrutka. Vo väčšine prípadov sa používajú jednoduché mechanizmy na získanie sily, to znamená na niekoľkonásobné zvýšenie sily pôsobiacej na telo.

Jednoduché mechanizmy sa nachádzajú ako v domácnostiach, tak aj vo všetkých zložitých priemyselných a priemyselných strojoch, ktoré režú, skrúcajú a lisujú veľké oceľové plechy alebo ťahajú najjemnejšie nite, z ktorých sa potom vyrábajú látky. Rovnaké mechanizmy možno nájsť v moderných zložitých automatoch, tlačiarenských a počítacích strojoch.

Rameno páky. Rovnováha síl na páke.

Uvažujme o najjednoduchšom a najbežnejšom mechanizme - páke.

Páka je pevné teleso, ktoré sa môže otáčať okolo pevnej podpery.

Obrázky ukazujú, ako robotník používa páčidlo ako páku na zdvíhanie bremena. V prvom prípade pracovník silou F stlačí koniec páčidla B, v druhom - zvyšuje koniec B.

Pracovník potrebuje prekonať hmotnosť bremena P- sila smerujúca kolmo nadol. Aby to urobil, otočí páčidlo okolo osi prechádzajúcej jediným nehybný bod zlomu je bod jeho opory O. sila F ktorým pracovník pôsobí na páku je menšia sila P, teda pracovník dostáva získať na sile. Pomocou páky zdvihnete také ťažké bremeno, že ho nedokážete zdvihnúť sami.

Na obrázku je znázornená páka, ktorej os otáčania je O(otočný bod) sa nachádza medzi bodmi pôsobenia síl A A IN. Ďalší obrázok ukazuje schému tejto páky. Obe sily F 1 a F 2 pôsobiace na páku smerujú jedným smerom.

Najkratšia vzdialenosť medzi otočným bodom a priamkou, pozdĺž ktorej sila pôsobí na páku, sa nazýva rameno sily.

Dĺžka tejto kolmice bude ramenom tejto sily. Obrázok to ukazuje OA- sila ramien F 1; OB- sila ramien F 2. Sily pôsobiace na páku ju môžu otáčať okolo svojej osi v dvoch smeroch: v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek. Áno, silu F 1 otáča pákou v smere hodinových ručičiek a silou F 2 sa otáča proti smeru hodinových ručičiek.

Stav, v ktorom je páka v rovnováhe pod vplyvom síl, ktoré na ňu pôsobia, možno určiť experimentálne. Je potrebné mať na pamäti, že výsledok pôsobenia sily závisí nielen od jej číselnej hodnoty (modulu), ale aj od bodu, v ktorom pôsobí na teleso, prípadne od toho, ako smeruje.

Rôzne závažia sú zavesené na páke (pozri obrázok) na oboch stranách otočného bodu, takže zakaždým páka zostane v rovnováhe. Sily pôsobiace na páku sa rovnajú hmotnostiam týchto bremien. Pre každý prípad sa merajú silové moduly a ich ramená. Zo skúseností znázornených na obrázku 154 je zrejmé, že sila 2 N vyrovnáva silu 4 N. V tomto prípade, ako je zrejmé z obrázku, je rameno s menšou silou 2-krát väčšie ako rameno s väčšou silou.

Na základe takýchto experimentov bola stanovená podmienka (pravidlo) rovnováhy páky.

Páka je v rovnováhe, keď sily, ktoré na ňu pôsobia, sú nepriamo úmerné ramenám týchto síl.

Toto pravidlo možno napísať ako vzorec:

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

Kde F 1A F 2 - sily pôsobiace na páku, l 1A l 2 , - ramená týchto síl (pozri obrázok).

Pravidlo rovnováhy páky zaviedol Archimedes okolo roku 287 - 212. BC e. (v poslednom odseku však bolo povedané, že páky používali Egypťania? Alebo tu hrá dôležitú úlohu slovo „usadený“?)

Z tohto pravidla vyplýva, že na vyváženie väčšej sily pomocou páky možno použiť menšiu silu. Nech je jedno rameno páky 3-krát väčšie ako druhé (pozri obrázok). Potom pôsobením sily napríklad 400 N v bode B zdvihnete kameň s hmotnosťou 1200 N. Na zdvihnutie ešte ťažšieho bremena je potrebné zväčšiť dĺžku ramena páky, na ktoré pracovník pôsobí.

Príklad. Pracovník pomocou páky zdvihne dosku s hmotnosťou 240 kg (pozri obr. 149). Akou silou pôsobí na väčšie rameno páky 2,4 m, ak má menšie rameno 0,6 m?

Zapíšme si podmienky problému a vyriešme ho.

Dané:

Riešenie:

Podľa pravidla pákovej rovnováhy je F1/F2 = l2/l1, odkiaľ F1 = F2 l2/l1, kde F2 = P je hmotnosť kameňa. Hmotnosť kameňa asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Potom F1 = 2400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Odpoveď: F1 = 600 N.

V našom príklade pracovník prekoná silu 2400 N, pričom na páku pôsobí silou 600 N. Ale v tomto prípade je rameno, na ktoré pracovník pôsobí, 4-krát dlhšie ako to, na ktoré pôsobí váha kameňa. ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Uplatnením pravidla pákového efektu môže menšia sila vyvážiť väčšiu silu. V tomto prípade by rameno s menšou silou malo byť dlhšie ako rameno s väčšou silou.

Moment sily.

Pravidlo rovnováhy páky už poznáte:

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

Pomocou vlastnosti proporcie (súčin jej krajných členov sa rovná súčinu jej stredných členov) ju zapíšeme v tomto tvare:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Na ľavej strane rovnosti je súčin sily F 1 na jej ramene l 1 a vpravo súčin sily F 2 na jej ramene l 2 .

Súčin modulu sily otáčajúcej teleso a jeho rameno sa nazýva moment sily; označuje sa písmenom M. To znamená

Páka je v rovnováhe pri pôsobení dvoch síl, ak moment sily, ktorá ju otáča v smere hodinových ručičiek, sa rovná momentu sily, ktorá ju otáča proti smeru hodinových ručičiek.

Toto pravidlo sa nazýva pravidlo momentov , možno napísať ako vzorec:

M1 = M2

Skutočne, v experimente, ktorý sme uvažovali (§ 56), boli pôsobiace sily rovné 2 N a 4 N, ich ramená predstavovali 4 a 2 tlaky páky, t. j. momenty týchto síl sú rovnaké, keď je páka v rovnováhe. .

Moment sily, ako každá fyzikálna veličina, sa dá merať. Za jednotku momentu sily sa považuje moment sily 1 N, ktorého rameno je presne 1 m.

Táto jednotka sa nazýva newton meter (Nm).

Moment sily charakterizuje pôsobenie sily a ukazuje, že závisí súčasne od modulu sily aj od jej pákového efektu. V skutočnosti už napríklad vieme, že pôsobenie sily na dvere závisí jednak od veľkosti sily, jednak od toho, kde sila pôsobí. Čím ľahšie je otáčanie dverí, tým ďalej od osi otáčania pôsobí sila na ne. Je lepšie odskrutkovať maticu dlhým kľúčom ako krátkym. Čím ľahšie je zdvihnúť vedro zo studne, tým dlhšia je rukoväť brány atď.

Páky v technológii, každodennom živote a prírode.

Pravidlo pákového efektu (alebo pravidlo momentov) je základom pôsobenia rôznych druhov nástrojov a zariadení používaných v technike a každodennom živote, kde sa vyžaduje naberanie sily alebo cestovanie.

Pri práci s nožnicami získavame na sile. Nožnice - toto je páka(obr.), ktorého os otáčania prebieha cez skrutku spájajúcu obe polovice nožníc. Herecká sila F 1 je svalová sila ruky osoby, ktorá zviera nožnice. Protisila F 2 je odporová sila materiálu strihaného nožnicami. V závislosti od účelu nožníc sa ich dizajn líši. Kancelárske nožnice, určené na strihanie papiera, majú dlhé čepele a rúčky, ktoré sú takmer rovnako dlhé. Rezanie papiera nevyžaduje veľkú silu a dlhá čepeľ uľahčuje priame rezanie. Nožnice na strihanie plechu (obr.) majú rukoväte oveľa dlhšie ako čepele, keďže odporová sila kovu je veľká a na jej vyváženie je potrebné výrazne zvýšiť rameno pôsobiacej sily. Rozdiel medzi dĺžkou rukovätí a vzdialenosťou reznej časti a osou otáčania je ešte väčší nožnice na drôt(obr.), určený na rezanie drôtu.

Mnoho strojov má rôzne typy pák. Rukoväť šijacieho stroja, pedále alebo ručná brzda bicykla, pedále auta a traktora a klávesy klavíra, to všetko sú príklady pák používaných v týchto strojoch a nástrojoch.

Príkladom použitia pák sú rukoväte zverákov a pracovných stolov, páka vŕtačky atď.

Činnosť pákových váh je založená na princípe páky (obr.). Tréningové škály zobrazené na obrázku 48 (str. 42) fungujú ako rovnoramenná páka . IN desatinné stupnice Rameno, na ktorom je zavesený pohár so závažím, je 10x dlhšie ako rameno nesúce záťaž. Vďaka tomu je váženie veľkých nákladov oveľa jednoduchšie. Pri vážení bremena na desatinnej stupnici by ste mali hmotnosť závaží vynásobiť 10.

Na pravidle páky je založené aj zariadenie váh na váženie nákladných vagónov.

Páky sa nachádzajú aj na rôznych častiach tela zvierat a ľudí. Sú to napríklad ruky, nohy, čeľuste. Mnoho pák možno nájsť v tele hmyzu (prečítaním knihy o hmyze a stavbe ich tiel), vtákov a v štruktúre rastlín.

Aplikácia zákona rovnováhy páky na blok.

Blokovať Je to koleso s drážkou, osadené v držiaku. Lano, kábel alebo reťaz prechádza drážkou bloku.

Pevný blok Toto sa nazýva blok, ktorého os je pevná a pri zdvíhaní bremien sa nedvíha ani neklesá (obr.).

Pevný blok možno považovať za rovnoramennú páku, v ktorej sa ramená síl rovnajú polomeru kolesa (obr. OA = OB = r. Takýto blok neposkytuje nárast sily. ( F 1 = F 2), ale umožňuje vám zmeniť smer sily. Pohyblivý blok - toto je blok. ktorého os stúpa a klesá spolu s nákladom (obr.). Na obrázku je znázornená príslušná páka: O- bod otáčania páky, OA- sila ramien R A OB- sila ramien F. Od ramena OB 2 krát rameno OA, potom sila F 2 krát menšia sila R:

F = P/2 .

teda pohyblivý blok poskytuje 2-násobné zvýšenie pevnosti .

Dá sa to dokázať pomocou konceptu momentu sily. Keď je blok v rovnováhe, momenty síl F A R navzájom rovnocenné. Ale rameno sily F 2-násobok pákového efektu R a teda aj samotná sila F 2 krát menšia sila R.

Zvyčajne sa v praxi používa kombinácia pevného bloku a pohyblivého bloku (obr.). Pevný blok sa používa len pre pohodlie. Nedáva zisk na sile, ale mení smer sily. Umožňuje vám napríklad zdvihnúť náklad, keď stojíte na zemi. To príde vhod mnohým ľuďom alebo pracovníkom. Poskytuje však nárast sily 2-krát väčší ako zvyčajne!

Rovnosť práce pri použití jednoduchých mechanizmov. "Zlaté pravidlo" mechaniky.

Jednoduché mechanizmy, ktoré sme uvažovali, sa používajú pri vykonávaní práce v prípadoch, keď je potrebné vyrovnávať inú silu pôsobením jednej sily.

Prirodzene, vyvstáva otázka: keď prinášajú zisk na moci alebo ceste, neprinášajú jednoduché mechanizmy zisk v práci? Odpoveď na túto otázku možno získať zo skúseností.

Vyvažovaním dvoch rôznych síl pôsobiacich na páku F 1 a F 2 (obr.), uveďte páku do pohybu. Ukazuje sa, že súčasne je bod aplikácie menšej sily F 2 ide ešte ďalej s 2 a miesto pôsobenia väčšej sily F 1 - kratšia cesta s 1. Po zmeraní týchto dráh a silových modulov zistíme, že dráhy, ktorými prechádzajú body pôsobenia síl na páku, sú nepriamo úmerné silám:

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

Pôsobením na dlhé rameno páky teda naberáme na sile, no zároveň cestou rovnako strácame.

Produkt sily F na ceste s je tam práca. Naše experimenty ukazujú, že práca vykonaná silami pôsobiacimi na páku je navzájom rovná:

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

takže, Pri použití pákového efektu nebudete môcť vyhrať v práci.

Použitím pákového efektu môžeme získať buď silu, alebo vzdialenosť. Pôsobením sily na krátke rameno páky získavame vzdialenosť, ale rovnako strácame na sile.

Existuje legenda, o ktorej Archimedes, potešený objavom pravidla pákového efektu, zvolal: „Dajte mi oporu a ja prevrátim Zem!

Samozrejme, Archimedes by si s takouto úlohou nevedel poradiť ani keby dostal oporný bod (ktorý mal byť mimo Zeme) a páku potrebnej dĺžky.

Aby sa zem zdvihla len o 1 cm, dlhé rameno páky by muselo opísať oblúk obrovskej dĺžky. Posunutie dlhého konca páky po tejto dráhe, napríklad rýchlosťou 1 m/s, by trvalo milióny rokov!

Stacionárny blok neprináša žiadny zisk v práci,čo sa dá ľahko overiť experimentálne (pozri obrázok). Cesty, ktorými prechádzajú miesta pôsobenia síl F A F, sú rovnaké, sily sú rovnaké, čo znamená, že práca je rovnaká.

Pomocou pohyblivého bloku môžete merať a porovnávať vykonanú prácu. Na zdvihnutie bremena do výšky h pomocou pohyblivého bloku je potrebné posunúť koniec lana, na ktorom je silomer pripevnený, ako ukazuje skúsenosť (obr.), do výšky 2h.

teda ak získajú 2-násobný nárast sily, stratia na ceste 2-násobok, preto pohyblivý blok neprináša zisk v práci.

Ukázala to stáročná prax Žiadny z mechanizmov neprináša zvýšenie výkonu. Používajú rôzne mechanizmy, aby zvíťazili v sile alebo v cestovaní, v závislosti od pracovných podmienok.

Už starovekí vedci poznali pravidlo platné pre všetky mechanizmy: bez ohľadu na to, koľkokrát vyhráme v sile, toľkokrát prehráme na diaľku. Toto pravidlo sa nazývalo „zlaté pravidlo“ mechaniky.

Účinnosť mechanizmu.

Pri zvažovaní konštrukcie a pôsobenia páky sme nebrali do úvahy trenie, ako aj hmotnosť páky. za týchto ideálnych podmienok je práca vykonaná aplikovanou silou (nazveme ju prácou plný), rovná sa užitočné práce pri zdvíhaní bremien alebo prekonávaní akéhokoľvek odporu.

V praxi je celková práca vykonaná mechanizmom vždy o niečo väčšia ako užitočná práca.

Časť práce sa robí proti trecej sile v mechanizme a pohybom jeho jednotlivých častí. Takže pri použití pohyblivého bloku musíte dodatočne vykonať prácu na zdvihnutí samotného bloku, lana a určenie trecej sily v osi bloku.

Nech už použijeme akýkoľvek mechanizmus, užitočná práca vykonaná s jeho pomocou vždy tvorí len časť celkovej práce. To znamená, že keď označíme užitočnú prácu písmenom Ap, celkovú (vynaloženú) prácu písmenom Az, môžeme napísať:

Hore< Аз или Ап / Аз < 1.

Pomer užitočnej práce k celkovej práci sa nazýva účinnosť mechanizmu.

Faktor účinnosti sa označuje skrátene ako účinnosť.

Účinnosť = Ap / Az.

Účinnosť sa zvyčajne vyjadruje v percentách a označuje sa gréckym písmenom η, čítaným ako „eta“:

η = Ap / Az · 100 %.

Príklad: Na krátkom ramene páky je zavesené bremeno s hmotnosťou 100 kg. Na jeho zdvihnutie pôsobí na dlhé rameno sila 250 N. Bremeno sa zdvihne do výšky h1 = 0,08 m, pričom miesto pôsobenia hnacej sily klesá do výšky h2 = 0,4 m. účinnosť páky.

Zapíšme si podmienky problému a vyriešme ho.

Dané :

Riešenie :

η = Ap / Az · 100 %.

Celková (vynaložená) práca Az = Fh2.

Užitočná práca Ap = Рh1

P = 9,8 100 kg ≈ 1 000 N.

Ap = 1000 N · 0,08 = 80 J.

Az = 250 N · 0,4 m = 100 J.

n = 80 J/100 J 100 % = 80 %.

Odpoveď : η = 80 %.

Ale aj v tomto prípade platí „zlaté pravidlo“. Časť užitočnej práce - 20% - sa vynakladá na prekonanie trenia v osi páky a odporu vzduchu, ako aj na pohyb samotnej páky.

Účinnosť akéhokoľvek mechanizmu je vždy nižšia ako 100%. Pri navrhovaní mechanizmov sa ľudia snažia zvýšiť ich efektivitu. Aby sa to dosiahlo, znižuje sa trenie v osiach mechanizmov a ich hmotnosť.

Energia.

V továrňach a továrňach sú stroje a stroje poháňané elektromotormi, ktoré spotrebúvajú elektrickú energiu (odtiaľ názov).