Bevor das Thema „Wie Arbeit gemessen wird“ offengelegt wird, ist ein kleiner Exkurs notwendig. Alles auf dieser Welt gehorcht den Gesetzen der Physik. Jeder Vorgang oder jedes Phänomen lässt sich anhand bestimmter physikalischer Gesetze erklären. Für jede messbare Größe gibt es eine Einheit, in der es üblich ist, sie zu messen. Maßeinheiten sind fest und haben weltweit die gleiche Bedeutung.

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System der Internationalen Einheiten

Der Grund dafür ist folgender. 1960 wurde auf der elften Generalkonferenz für Maß und Gewicht ein Maßsystem verabschiedet, das weltweit anerkannt ist. Dieses System wurde Le Système International d'Unités, SI (SI System International) genannt. Dieses System ist zur Grundlage für die weltweit akzeptierten Definitionen von Maßeinheiten und deren Verhältnis geworden.

Physikalische Begriffe und Terminologie

In der Physik heißt die Einheit zur Messung der Arbeit einer Kraft J (Joule), zu Ehren des englischen Physikers James Joule, der einen großen Beitrag zur Entwicklung des Abschnitts der Thermodynamik in der Physik geleistet hat. Ein Joule entspricht der Arbeit, die eine Kraft von einem N (Newton) verrichtet, wenn sich ihre Anwendung um einen M (Meter) in Richtung der Kraft bewegt. Ein N (Newton) entspricht einer Kraft mit einer Masse von einem kg (Kilogramm) bei einer Beschleunigung von einem m/s2 (Meter pro Sekunde) in Richtung der Kraft.

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Die Formel für die Jobsuche

Notiz. In der Physik ist alles miteinander verbunden, die Ausführung jeder Arbeit ist mit der Ausführung zusätzlicher Aktionen verbunden. Ein Beispiel ist ein Haushaltsventilator. Beim Einschalten des Lüfters beginnen sich die Lüfterflügel zu drehen. Rotierende Lamellen wirken auf den Luftstrom und geben ihm eine gerichtete Bewegung. Das ist das Ergebnis der Arbeit. Aber um die Arbeit auszuführen, ist der Einfluss anderer äußerer Kräfte notwendig, ohne die die Ausführung der Handlung unmöglich ist. Dazu gehören die Stärke des elektrischen Stroms, Leistung, Spannung und viele andere zusammenhängende Werte.

Elektrischer Strom ist im Wesentlichen die geordnete Bewegung von Elektronen in einem Leiter pro Zeiteinheit. Elektrischer Strom basiert auf positiv oder negativ geladenen Teilchen. Sie werden elektrische Ladungen genannt. Bezeichnet mit den Buchstaben C, q, Kl (Pendant), benannt nach dem französischen Wissenschaftler und Erfinder Charles Coulomb. Im SI-System ist es eine Maßeinheit für die Anzahl geladener Elektronen. 1 C ist gleich dem Volumen geladener Teilchen, die pro Zeiteinheit durch den Querschnitt des Leiters fließen. Die Zeiteinheit ist eine Sekunde. Die Formel für die elektrische Ladung ist unten in der Abbildung dargestellt.

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Die Formel zum Auffinden elektrischer Ladung

Die Stärke des elektrischen Stroms wird mit dem Buchstaben A (Ampere) bezeichnet. Ein Ampere ist eine physikalische Einheit, die die Messung der Arbeit einer Kraft charakterisiert, die aufgewendet wird, um Ladungen entlang eines Leiters zu bewegen. Im Kern ist ein elektrischer Strom eine geordnete Bewegung von Elektronen in einem Leiter unter dem Einfluss eines elektromagnetischen Feldes. Mit Leiter ist ein Material oder geschmolzenes Salz (Elektrolyt) gemeint, das dem Durchgang von Elektronen einen geringen Widerstand entgegensetzt. Zwei physikalische Größen beeinflussen die Stärke eines elektrischen Stroms: Spannung und Widerstand. Sie werden weiter unten besprochen. Strom ist immer direkt proportional zur Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand.

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Die Formel zum Finden der Stromstärke

Wie oben erwähnt, ist elektrischer Strom die geordnete Bewegung von Elektronen in einem Leiter. Aber es gibt eine Einschränkung: Für ihre Bewegung ist eine gewisse Schlagkraft erforderlich. Dieser Effekt entsteht durch die Erzeugung einer Potentialdifferenz. Die elektrische Ladung kann positiv oder negativ sein. Positive Ladungen tendieren immer zu negativen Ladungen. Dies ist für das Gleichgewicht des Systems erforderlich. Die Differenz zwischen der Anzahl positiv und negativ geladener Teilchen nennt man elektrische Spannung.

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Die Formel zum Finden der Spannung

Leistung ist die Energiemenge, die aufgewendet wird, um die Arbeit von einem J (Joule) in einem Zeitraum von einer Sekunde zu verrichten. Die Maßeinheit in der Physik wird mit W (Watt) bezeichnet, im SI-System W (Watt). Da es sich um elektrische Leistung handelt, handelt es sich hier um den Wert der elektrischen Energie, die aufgewendet wird, um eine bestimmte Handlung in einem bestimmten Zeitraum auszuführen.

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Die Formel zum Auffinden elektrischer Leistung

Abschließend ist festzuhalten, dass die Maßeinheit der Arbeit eine skalare Größe ist, mit allen Teilgebieten der Physik in Beziehung steht und nicht nur von der Seite der Elektrodynamik oder der Wärmetechnik, sondern auch von anderen Teilgebieten betrachtet werden kann. Der Artikel betrachtet kurz den Wert, der die Maßeinheit der Kraftarbeit charakterisiert.

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Wirkt auf einen Körper eine Kraft, so arbeitet diese Kraft, um diesen Körper zu bewegen. Bevor Sie eine Definition der Arbeit in der krummlinigen Bewegung eines materiellen Punktes geben, betrachten Sie Sonderfälle:

In diesem Fall mechanische Arbeit EIN entspricht:

EIN= Fs cos=
,

oder A=Fcos× s = F S × s ,

woF S - Projektion Stärke bewegen. In diesem Fall F s = konst, und die geometrische Bedeutung der Arbeit EIN ist die Fläche des in Koordinaten konstruierten Rechtecks F S , , s.

Lassen Sie uns ein Diagramm der Kraftprojektion auf die Bewegungsrichtung erstellen F S als Funktion der Verschiebung s. Wir stellen die Gesamtverschiebung als Summe von n kleinen Verschiebungen dar
. Für klein ich -te Verschiebung
Arbeit ist

oder der Bereich des schattierten Trapezes in der Abbildung.

Vollständige mechanische Arbeit, um sich von einem Punkt zu bewegen 1 exakt 2 wird gleich sein:

.

Der Wert unter dem Integral repräsentiert die elementare Arbeit an einer infinitesimalen Verschiebung
:

- Grundarbeit.

Wir zerlegen die Bewegungsbahn eines materiellen Punktes in unendlich kleine Verschiebungen und die Arbeit der Kraft durch Verschieben eines materiellen Punktes von einem Punkt 1 exakt 2 definiert als krummliniges Integral:

–mit krummliniger Bewegung arbeiten.

Beispiel 1: Die Arbeit der Schwerkraft
während der krummlinigen Bewegung eines materiellen Punktes.

.

Weiter als konstanter Wert kann aus dem Integralzeichen und dem Integral entnommen werden gemäß der Figur wird eine vollständige Verschiebung darstellen . .

Wenn wir die Höhe des Punktes bezeichnen 1 von der Erdoberfläche durch , und die Höhe des Punktes 2 durch , dann

Wir sehen, dass in diesem Fall die Arbeit durch die Position des materiellen Punktes im Anfangs- und Endzeitpunkt der Zeit bestimmt wird und nicht von der Form der Bahn oder des Pfades abhängt. Die durch die Schwerkraft geleistete Arbeit in einem geschlossenen Weg ist Null:
.

Kräfte, deren Arbeit auf einem geschlossenen Weg Null ist, werden aufgerufenkonservativ .

Beispiel 2 : Die Arbeit der Reibungskraft.

Dies ist ein Beispiel für eine nicht-konservative Kraft. Um dies zu zeigen, genügt es, die Elementararbeit der Reibungskraft zu betrachten:

,

jene. die Arbeit der Reibungskraft ist immer negativ und kann auf einer geschlossenen Bahn nicht gleich Null sein. Die pro Zeiteinheit verrichtete Arbeit wird genannt Energie. Wenn rechtzeitig
Arbeit ist getan
, dann ist die Macht

–mechanische Kraft.

Nehmen
als

,

wir erhalten den Ausdruck für Macht:

.

Die SI-Arbeitseinheit ist das Joule:
= 1 J = 1 N 1 m, und die Einheit der Leistung ist Watt: 1 W = 1 J / s.

mechanische Energie.

Energie ist ein allgemeines quantitatives Maß für die Bewegung der Wechselwirkung aller Arten von Materie. Energie verschwindet nicht und entsteht nicht aus dem Nichts: Sie kann nur von einer Form in eine andere übergehen. Der Begriff Energie verbindet alle Phänomene in der Natur. Entsprechend den verschiedenen Bewegungsformen der Materie werden verschiedene Energiearten betrachtet - mechanische, innere, elektromagnetische, nukleare usw.

Die Begriffe Energie und Arbeit sind eng miteinander verbunden. Es ist bekannt, dass Arbeit zu Lasten der Energiereserve geht und umgekehrt durch Arbeit die Energiereserve in jedem Gerät erhöht werden kann. Mit anderen Worten, Arbeit ist ein quantitatives Maß für die Energieänderung:

.

Sowohl Energie als auch Arbeit in SI wird in Joule gemessen: [ E]=1 J.

Es gibt zwei Arten mechanischer Energie – kinetische und potentielle.

Kinetische Energie (oder die Bewegungsenergie) wird durch die Massen und Geschwindigkeiten der betrachteten Körper bestimmt. Stellen Sie sich einen materiellen Punkt vor, der sich unter der Wirkung einer Kraft bewegt . Die Arbeit dieser Kraft erhöht die kinetische Energie eines materiellen Punktes
. Berechnen wir in diesem Fall ein kleines Inkrement (Differential) der kinetischen Energie:

Beim Rechnen
mit dem zweiten Newtonschen Gesetz
, und auch
- Geschwindigkeitsmodul eines materiellen Punktes. Dann
kann dargestellt werden als:

-

- kinetische Energie eines sich bewegenden materiellen Punktes.

Multiplizieren und Dividieren dieses Ausdrucks durch
, und unter Berücksichtigung dessen
, wir bekommen

-

- Zusammenhang zwischen Impuls und kinetischer Energie eines sich bewegenden materiellen Punktes.

Potenzielle Energie ( oder die Energie der Position von Körpern) wird durch die Wirkung konservativer Kräfte auf den Körper bestimmt und hängt nur von der Position des Körpers ab .

Wir haben gesehen, dass die Schwerkraft funktioniert
mit krummliniger Bewegung eines materiellen Punktes
kann als Differenz zwischen den Werten der Funktion dargestellt werden
an der Stelle genommen 1 und auf den Punkt 2 :

.

Es stellt sich heraus, dass immer dann, wenn die Kräfte konservativ sind, die Arbeit dieser Kräfte auf dem Weg ist 1
2 kann dargestellt werden als:

.

Funktion , die nur von der Position des Körpers abhängt - heißt potentielle Energie.

Dann bekommen wir für elementare Arbeit

–Arbeit ist gleich dem Verlust an potentieller Energie.

Ansonsten können wir sagen, dass die Arbeit aufgrund der potenziellen Energiereserve erledigt ist.

der Wert , gleich der Summe der kinetischen und potentiellen Energie des Teilchens, wird als mechanische Gesamtenergie des Körpers bezeichnet:

–gesamte mechanische Energie des Körpers.

Abschließend stellen wir fest, dass wir das zweite Newtonsche Gesetz verwenden
, kinetisches Energiedifferential
kann dargestellt werden als:

.

Potentielle Energiedifferenz
, wie oben erwähnt, ist gleich:

.

Also, wenn die Macht eine konservative Kraft ist und es keine anderen äußeren Kräfte gibt , d.h. in diesem Fall bleibt die gesamte mechanische Energie des Körpers erhalten.

Mechanische Arbeit. Arbeitseinheiten.

Im Alltag verstehen wir unter dem Begriff „Arbeit“ alles.

In der Physik der Begriff Arbeit Etwas anderes. Dies ist eine bestimmte physikalische Größe, was bedeutet, dass sie gemessen werden kann. In Physik ist das Studium in erster Linie mechanische Arbeit .

Betrachten Sie Beispiele für mechanische Arbeit.

Der Zug bewegt sich unter der Wirkung der Zugkraft der Elektrolokomotive, während er mechanische Arbeit verrichtet. Wenn eine Waffe abgefeuert wird, wirkt die Druckkraft der Pulvergase - sie bewegt das Geschoss entlang des Laufs, während die Geschwindigkeit des Geschosses zunimmt.

Aus diesen Beispielen ist ersichtlich, dass mechanische Arbeit verrichtet wird, wenn sich der Körper unter Einwirkung einer Kraft bewegt. Mechanische Arbeit wird auch dann verrichtet, wenn die auf den Körper wirkende Kraft (z. B. die Reibungskraft) die Geschwindigkeit seiner Bewegung verringert.

Wenn wir den Schrank bewegen wollen, drücken wir mit Kraft darauf, aber wenn er sich nicht gleichzeitig bewegt, leisten wir keine mechanische Arbeit. Man kann sich den Fall vorstellen, dass sich der Körper ohne Beteiligung von Kräften (durch Trägheit) bewegt, in diesem Fall wird auch keine mechanische Arbeit verrichtet.

So, mechanische Arbeit wird nur dann verrichtet, wenn eine Kraft auf den Körper wirkt und er sich bewegt .

Es ist leicht zu verstehen, dass die geleistete Arbeit umso größer ist, je größer die auf den Körper wirkende Kraft und je länger der Weg ist, den der Körper unter der Wirkung dieser Kraft zurücklegt.

Die mechanische Arbeit ist direkt proportional zur aufgebrachten Kraft und direkt proportional zum zurückgelegten Weg. .

Daher haben wir uns darauf geeinigt, die mechanische Arbeit durch das Produkt aus Kraft und dem in dieser Richtung zurückgelegten Weg dieser Kraft zu messen:

Arbeit = Kraft × Weg

wo SONDERN- Arbeit, F- Stärke und s- zurückgelegte Strecke.

Eine Arbeitseinheit ist die Arbeit, die eine Kraft von 1 N auf einem Weg von 1 m verrichtet.

Arbeitseinheit - Joule (J ) ist nach dem englischen Wissenschaftler Joule benannt. Auf diese Weise,

1 J = 1 Nm.

Auch benutzt Kilojoule (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Formel A = Fs anwendbar, wenn die Macht F ist konstant und fällt mit der Bewegungsrichtung des Körpers zusammen.

Stimmt die Richtung der Kraft mit der Bewegungsrichtung des Körpers überein, so verrichtet diese Kraft positive Arbeit.

Wenn die Bewegung des Körpers entgegen der Richtung der aufgebrachten Kraft, beispielsweise der Gleitreibungskraft, erfolgt, dann leistet diese Kraft negative Arbeit.

Wenn die Richtung der auf den Körper wirkenden Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung ist, dann leistet diese Kraft keine Arbeit, die Arbeit ist null:

Wenn wir in Zukunft von mechanischer Arbeit sprechen, werden wir sie kurz in einem Wort nennen - Arbeit.

Beispiel. Berechnen Sie die geleistete Arbeit beim Anheben einer Granitplatte mit einem Volumen von 0,5 m3 auf eine Höhe von 20 m. Die Dichte von Granit beträgt 2500 kg / m 3.

Gegeben:

ρ \u003d 2500 kg / m 3

Entscheidung:

wobei F die Kraft ist, die aufgebracht werden muss, um die Platte gleichmäßig anzuheben. Diese Kraft ist im Modul gleich der Kraft der Litze FStrang, die auf die Platte wirkt, d. h. F = FStrang. Und die Schwerkraft kann durch die Masse der Platte bestimmt werden: Ftyazh = gm. Wir berechnen die Masse der Platte, indem wir ihr Volumen und ihre Granitdichte kennen: m = ρV; s = h, d.h. der Weg ist gleich der Aufstiegshöhe.

Also 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.

Antworten: A = 245 kJ.

Hebel.Kraft.Energie

Unterschiedliche Motoren benötigen unterschiedliche Zeiten, um die gleiche Arbeit zu erledigen. Beispielsweise hebt ein Kran auf einer Baustelle in wenigen Minuten Hunderte von Ziegeln in das oberste Stockwerk eines Gebäudes. Wenn ein Arbeiter diese Steine ​​bewegen würde, würde er dafür mehrere Stunden brauchen. Ein anderes Beispiel. Ein Pferd kann in 10-12 Stunden einen Hektar Land pflügen, während ein Traktor mit einem mehrteiligen Pflug ( Pflugschar- Teil des Pfluges, der die Erdschicht von unten schneidet und auf die Deponie befördert; Multi-Share - viele Shares), wird diese Arbeit 40-50 Minuten lang erledigt.

Es ist klar, dass ein Kran die gleiche Arbeit schneller erledigt als ein Arbeiter und ein Traktor schneller als ein Pferd. Die Arbeitsgeschwindigkeit wird durch einen besonderen Wert namens Leistung gekennzeichnet.

Leistung ist gleich dem Verhältnis von Arbeit zu Zeit, in der sie erledigt wurde.

Um die Leistung zu berechnen, muss die Arbeit durch die Zeit geteilt werden, in der diese Arbeit verrichtet wird. Leistung = Arbeit / Zeit.

wo N- Energie, EIN- Arbeit, t- Zeit der geleisteten Arbeit.

Leistung ist ein konstanter Wert, wenn jede Sekunde die gleiche Arbeit geleistet wird, in anderen Fällen das Verhältnis Beim bestimmt die mittlere Leistung:

N cf = Beim . Als Einheit der Leistung wurde die Leistung angenommen, bei der die Arbeit in J in 1 s verrichtet wird.

Diese Einheit heißt Watt ( Di) zu Ehren eines anderen englischen Wissenschaftlers Watt.

1 Watt = 1 Joule/ 1 Sekunde, oder 1 W = 1 J/s.

Watt (Joule pro Sekunde) - W (1 J / s).

Größere Leistungseinheiten sind in der Technik weit verbreitet - Kilowatt (kW), Megawatt (MW) .

1 MW = 1.000.000 W

1kW = 1000W

1 mW = 0,001 W

1 W = 0,000001 MW

1 W = 0,001 kW

1 W = 1000 mW

Beispiel. Finden Sie die Stärke des Wasserflusses, der durch den Damm fließt, wenn die Höhe des Wasserfalls 25 m beträgt und seine Durchflussrate 120 m3 pro Minute beträgt.

Gegeben:

ρ = 1000 kg/m3

Entscheidung:

Masse des fallenden Wassers: m = ρV,

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

Auf Wasser wirkende Schwerkraft:

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

Erledigte Arbeit pro Minute:

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

Durchflussleistung: N = A/t,

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

Antworten: N = 0,5 MW.

Verschiedene Motoren haben Leistungen, die von Hundertstel und Zehntel Kilowatt (Motor eines Elektrorasierers, Nähmaschine) bis zu Hunderttausenden von Kilowatt (Wasser- und Dampfturbinen) reichen.

Tabelle 5

Leistung einiger Motoren, kW.

Jeder Motor hat ein Schild (Motorpass), das einige Daten über den Motor enthält, einschließlich seiner Leistung.

Die menschliche Leistung beträgt unter normalen Arbeitsbedingungen durchschnittlich 70-80 Watt. Beim Sprüngen, Treppensteigen kann eine Person eine Leistung von bis zu 730 Watt und in einigen Fällen sogar noch mehr entwickeln.

Aus der Formel N = A/t folgt das

Um die Arbeit zu berechnen, müssen Sie die Leistung mit der Zeit multiplizieren, in der diese Arbeit ausgeführt wurde.

Beispiel. Der Raumlüftermotor hat eine Leistung von 35 Watt. Wie viel Arbeit erledigt er in 10 Minuten?

Lassen Sie uns die Bedingung des Problems aufschreiben und es lösen.

Gegeben:

Entscheidung:

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

Antworten EIN= 21 kJ.

einfache Mechanismen.

Seit jeher nutzt der Mensch verschiedene Geräte, um mechanische Arbeiten zu verrichten.

Jeder weiß, dass ein schwerer Gegenstand (Stein, Schrank, Maschine), der nicht von Hand bewegt werden kann, mit einem ziemlich langen Stock - einem Hebel - bewegt werden kann.

Derzeit wird angenommen, dass mit Hilfe von Hebeln vor dreitausend Jahren beim Bau der Pyramiden im alten Ägypten schwere Steinplatten bewegt und in eine große Höhe gehoben wurden.

In vielen Fällen kann eine schwere Last, anstatt sie auf eine bestimmte Höhe zu heben, auf einer schiefen Ebene auf die gleiche Höhe gerollt oder gezogen oder mit Blöcken angehoben werden.

Geräte zur Energieumwandlung werden genannt Mechanismen .

Zu den einfachen Mechanismen gehören: Hebel und ihre Varianten - Block, Tor; schiefe Ebene und ihre Varianten - Keil, Schraube. In den meisten Fällen werden einfache Mechanismen verwendet, um einen Kraftzuwachs zu erzielen, d. h. die auf den Körper einwirkende Kraft um ein Vielfaches zu erhöhen.

Einfache Mechanismen finden sich sowohl im Haushalt als auch in allen komplexen Fabrik- und Fabrikmaschinen, die große Stahlbleche schneiden, verdrehen und stanzen oder feinste Fäden ziehen, aus denen dann Stoffe hergestellt werden. Die gleichen Mechanismen finden sich in modernen komplexen Automaten, Druck- und Zählmaschinen.

Hebelarm. Das Kräftegleichgewicht am Hebel.

Betrachten Sie den einfachsten und gebräuchlichsten Mechanismus - den Hebel.

Der Hebel ist ein starrer Körper, der sich um einen festen Träger drehen kann.

Die Abbildungen zeigen, wie ein Arbeiter ein Brecheisen zum Heben einer Last als Hebel verwendet. Im ersten Fall ein Arbeiter mit einer Kraft F drückt auf das Ende des Brecheisens B, in der zweiten - wirft das Ende auf B.

Der Arbeiter muss das Gewicht der Last überwinden P- senkrecht nach unten gerichtete Kraft. Dazu dreht er das Brecheisen um eine Achse, die nur durch das Brecheisen geht bewegungslos Sollbruchstelle - sein Drehpunkt Ö. Gewalt F, mit der der Werker auf den Hebel einwirkt, weniger Kraft P, also bekommt der Arbeiter an Kraft gewinnen. Mit Hilfe eines Hebels können Sie eine so schwere Last heben, dass Sie sie nicht alleine heben können.

Die Figur zeigt einen Hebel, dessen Drehachse ist Ö(Drehpunkt) befindet sich zwischen den Angriffspunkten der Kräfte SONDERN und BEIM. Die andere Abbildung zeigt ein Diagramm dieses Hebels. Beide Kräfte F 1 und F 2 auf den Hebel wirken, sind in die gleiche Richtung gerichtet.

Der kürzeste Abstand zwischen dem Drehpunkt und der Geraden, entlang der die Kraft auf den Hebel wirkt, wird Kraftarm genannt.

Um die Schulter der Kraft zu finden, muss die Senkrechte vom Drehpunkt zur Wirkungslinie der Kraft abgesenkt werden.

Die Länge dieser Senkrechten ist die Schulter dieser Kraft. Das zeigt die Abbildung OA- Schulterkraft F 1; OV- Schulterkraft F 2. Die auf den Hebel wirkenden Kräfte können ihn in zwei Richtungen um die Achse drehen: im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn. Ja, Macht F 1 dreht den Hebel im Uhrzeigersinn und die Kraft F 2 dreht es gegen den Uhrzeigersinn.

Die Bedingung, unter der der Hebel unter Einwirkung von Kräften im Gleichgewicht ist, kann experimentell festgestellt werden. Dabei ist zu beachten, dass das Ergebnis der Wirkung einer Kraft nicht nur von ihrem Zahlenwert (Modul) abhängt, sondern auch davon, an welcher Stelle sie auf den Körper wirkt bzw. wie sie gerichtet ist.

An dem Hebel (siehe Abb.) sind auf beiden Seiten des Drehpunkts verschiedene Gewichte aufgehängt, so dass der Hebel jedes Mal im Gleichgewicht bleibt. Die auf den Hebel wirkenden Kräfte sind gleich den Gewichten dieser Lasten. Für jeden Fall werden die Kraftmodule und ihre Schultern gemessen. Aus der in Abbildung 154 gezeigten Erfahrung ist ersichtlich, dass die Kraft 2 H Machtausgleich 4 H. In diesem Fall ist, wie aus der Abbildung ersichtlich, die Schulter mit geringerer Kraft zweimal größer als die Schulter mit größerer Kraft.

Auf der Grundlage solcher Experimente wurde die Bedingung (Regel) des Gleichgewichts des Hebels festgelegt.

Der Hebel befindet sich im Gleichgewicht, wenn die auf ihn wirkenden Kräfte umgekehrt proportional zu den Schultern dieser Kräfte sind.

Diese Regel kann als Formel geschrieben werden:

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

wo F 1und F 2 - auf den Hebel wirkende Kräfte, l 1und l 2 , - die Schultern dieser Kräfte (siehe Abb.).

Die Regel für das Gleichgewicht des Hebels wurde von Archimedes um 287-212 aufgestellt. BC e. (Aber hieß es im letzten Absatz nicht, dass die Hebel von den Ägyptern benutzt wurden? Oder ist das Wort „etabliert“ hier wichtig?)

Aus dieser Regel folgt, dass eine kleinere Kraft mit einer Hebelwirkung einer größeren Kraft ausgeglichen werden kann. Lassen Sie einen Arm des Hebels dreimal größer sein als der andere (siehe Abb.). Dann ist es möglich, mit einer Kraft von beispielsweise 400 N am Punkt B einen Stein mit einem Gewicht von 1200 N anzuheben. Um eine noch schwerere Last zu heben, muss der Hebelarm verlängert werden, an dem die Arbeiter handelt.

Beispiel. Ein Arbeiter hebt mit einem Hebel eine 240 kg schwere Platte an (siehe Abb. 149). Welche Kraft übt er auf den größeren Arm des Hebels aus, der 2,4 m lang ist, wenn der kleinere Arm 0,6 m lang ist?

Lassen Sie uns die Bedingung des Problems aufschreiben und es lösen.

Gegeben:

Entscheidung:

Nach der Hebelgleichgewichtsregel ist F1/F2 = l2/l1, also F1 = F2 l2/l1, wobei F2 = P das Gewicht des Steins ist. Steingewicht asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

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

Antworten: F1 = 600N.

In unserem Beispiel überwindet der Arbeiter eine Kraft von 2400 N, indem er auf den Hebel eine Kraft von 600 N aufbringt, aber gleichzeitig ist die Schulter, auf der der Arbeiter wirkt, 4-mal länger als die, auf die das Gewicht des Steins wirkt ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Durch Anwendung der Hebelwirkungsregel kann eine kleinere Kraft eine größere Kraft ausgleichen. In diesem Fall muss die Schulter der kleineren Kraft länger sein als die Schulter der größeren Kraft.

Moment der Macht.

Sie kennen bereits die Hebelgleichgewichtsregel:

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

Unter Verwendung der Proportionseigenschaft (das Produkt seiner äußersten Terme ist gleich dem Produkt seiner mittleren Terme) schreiben wir es in dieser Form:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Auf der linken Seite der Gleichung steht das Produkt der Kraft F 1 auf ihrer Schulter l 1 und rechts - das Produkt der Kraft F 2 auf ihrer Schulter l 2 .

Das Produkt aus dem Modul der Kraft, die den Körper und seinen Arm dreht, wird genannt Moment der Kraft; es wird mit dem Buchstaben M bezeichnet. Also,

Ein Hebel befindet sich unter der Wirkung zweier Kräfte im Gleichgewicht, wenn das Kraftmoment, das ihn im Uhrzeigersinn dreht, gleich dem Kraftmoment ist, das ihn gegen den Uhrzeigersinn dreht.

Diese Regel heißt Moment Regel , kann als Formel geschrieben werden:

M1 = M2

In der Tat waren in dem von uns betrachteten Experiment (§ 56) die wirkenden Kräfte gleich 2 N und 4 N, ihre Schultern waren jeweils 4 und 2 Hebeldrücke, d.h. die Momente dieser Kräfte sind gleich, wenn der Hebel ist im Gleichgewicht.

Das Kraftmoment kann wie jede physikalische Größe gemessen werden. Als Einheit des Kraftmoments wird ein Kraftmoment von 1 N angenommen, dessen Schulter genau 1 m beträgt.

Diese Einheit heißt Newtonmeter (Nm).

Das Kraftmoment charakterisiert die Wirkung der Kraft und zeigt, dass es gleichzeitig vom Modul der Kraft und von ihrer Schulter abhängt. Tatsächlich wissen wir beispielsweise bereits, dass die Wirkung einer Kraft auf eine Tür sowohl vom Kraftmodul als auch davon abhängt, wo die Kraft angreift. Die Tür lässt sich um so leichter drehen, je weiter von der Drehachse entfernt die auf sie einwirkende Kraft aufgebracht wird. Lösen Sie die Mutter besser mit einem langen Schlüssel als mit einem kurzen. Je einfacher es ist, einen Eimer aus dem Brunnen zu heben, desto länger ist der Griff des Tors usw.

Hebel in Technik, Alltag und Natur.

Die Hebelregel (oder die Momentenregel) liegt der Wirkung verschiedener Arten von Werkzeugen und Geräten zugrunde, die in der Technik und im Alltag verwendet werden, wo Kraftzuwachs oder auf der Straße erforderlich ist.

Bei der Arbeit mit der Schere gewinnen wir an Kraft. Schere - es ist ein Hebel(Reis), dessen Rotationsachse durch eine Schraube erfolgt, die beide Scherenhälften verbindet. wirkende Kraft F 1 ist die Muskelkraft der Hand der Person, die die Schere drückt. Gegenkraft F 2 - die Widerstandskraft eines solchen Materials, das mit einer Schere geschnitten wird. Je nach Verwendungszweck der Schere ist ihre Vorrichtung unterschiedlich. Büroscheren, die zum Schneiden von Papier bestimmt sind, haben lange Klingen und Griffe, die fast gleich lang sind. Es erfordert nicht viel Kraft, Papier zu schneiden, und es ist bequemer, mit einer langen Klinge in einer geraden Linie zu schneiden. Scheren zum Schneiden von Blechen (Abb.) haben viel längere Griffe als die Klingen, da die Widerstandskraft des Metalls groß ist und um sie auszugleichen, muss der Arm der wirkenden Kraft erheblich erhöht werden. Noch mehr Unterschied zwischen der Länge der Griffe und dem Abstand des Schneidteils und der Drehachse in Kabelschneider(Abb.), Entwickelt für das Drahtschneiden.

An vielen Maschinen sind Hebel unterschiedlicher Art erhältlich. Ein Nähmaschinengriff, Fahrradpedale oder Handbremsen, Auto- und Traktorpedale, Klaviertasten sind alles Beispiele für Hebel, die in diesen Maschinen und Werkzeugen verwendet werden.

Beispiele für die Verwendung von Hebeln sind die Griffe von Schraubstöcken und Werkbänken, der Hebel einer Bohrmaschine usw.

Auch die Wirkungsweise von Hebelwaagen basiert auf dem Prinzip des Hebels (Abb.). Die in Abbildung 48 (S. 42) dargestellte Trainingsskala fungiert als gleicharmiger Hebel . BEIM dezimale skalen Der Arm, an dem der Becher mit Gewichten hängt, ist 10-mal länger als der Arm, der die Last trägt. Dies vereinfacht das Wiegen großer Lasten erheblich. Multiplizieren Sie beim Wiegen einer Last auf einer Dezimalwaage das Gewicht der Gewichte mit 10.

Die Waage zum Wiegen von Güterwagen von Autos basiert ebenfalls auf der Hebelregel.

Hebel finden sich auch in verschiedenen Körperteilen von Tieren und Menschen. Dies sind zum Beispiel Arme, Beine, Kiefer. Viele Hebel finden sich im Körper von Insekten (nachdem ich ein Buch über Insekten und die Struktur ihres Körpers gelesen habe), Vögeln, in der Struktur von Pflanzen.

Anwendung des Gleichgewichtsgesetzes des Hebels auf den Block.

Block ist ein Rad mit einer Rille, verstärkt in der Halterung. Ein Seil, Kabel oder eine Kette wird entlang der Rinne des Blocks geführt.

Fester Block Man nennt einen solchen Block, dessen Achse fest ist und der beim Heben von Lasten nicht ansteigt und nicht abfällt (Abb.

Ein fester Block kann als gleicharmiger Hebel betrachtet werden, bei dem die Kräftearme gleich dem Radius des Rades sind (Abb.): OA = OB = r. Ein solcher Block gibt keinen Kraftgewinn. ( F 1 = F 2), ermöglicht es Ihnen jedoch, die Richtung der Kraft zu ändern. Beweglicher Block ist ein Block. deren Achse sich mit der Last hebt und senkt (Abb.). Die Abbildung zeigt den entsprechenden Hebel: Ö- Drehpunkt des Hebels, OA- Schulterkraft R und OV- Schulterkraft F. Seit der Schulter OV 2 mal die Schulter OA, dann die Kraft F 2 mal weniger Leistung R:

F = P/2 .

Auf diese Weise, Der bewegliche Block erhöht die Stärke um das Zweifache .

Dies lässt sich auch mit dem Begriff des Kraftmoments nachweisen. Wenn der Block im Gleichgewicht ist, die Momente der Kräfte F und R sind einander gleich. Aber die Schulter der Stärke F 2-fache Schulterstärke R, was bedeutet, dass die Kraft selbst F 2 mal weniger Leistung R.

Üblicherweise wird in der Praxis eine Kombination aus einem festen und einem beweglichen Block verwendet (Abb.). Der fixierte Block wird nur der Einfachheit halber verwendet. Es gibt keinen Kraftgewinn, sondern ändert die Richtung der Kraft. So können Sie zum Beispiel eine Last heben, während Sie auf dem Boden stehen. Es ist praktisch für viele Menschen oder Arbeiter. Es ergibt jedoch einen Leistungsgewinn von 2-mal mehr als üblich!

Arbeitsgleichheit bei Verwendung einfacher Mechanismen. Die "goldene Regel" der Mechanik.

Die einfachen Mechanismen, die wir betrachtet haben, werden bei der Ausführung von Arbeit in den Fällen verwendet, in denen es notwendig ist, eine andere Kraft durch die Wirkung einer Kraft auszugleichen.

Natürlich stellt sich die Frage: Bringen einfache Mechanismen nicht einen Gewinn an Arbeit, wenn man Kraft oder Weg gewinnt? Die Antwort auf diese Frage kann aus Erfahrung gewonnen werden.

Auf dem Hebel zwei Kräfte mit unterschiedlichem Modul ausgeglichen haben F 1 und F 2 (Abb.), den Hebel in Bewegung setzen. Es stellt sich heraus, dass zur gleichen Zeit der Angriffspunkt einer kleineren Kraft ist F 2 geht weit s 2, und der Angriffspunkt der größeren Kraft F 1 - kleiner Pfad s 1. Nachdem wir diese Wege und Kraftmodule gemessen haben, stellen wir fest, dass die von den Angriffspunkten der Kräfte am Hebel durchlaufenen Wege umgekehrt proportional zu den Kräften sind:

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

Wenn wir also auf den langen Arm des Hebels wirken, gewinnen wir an Kraft, verlieren aber gleichzeitig auf dem Weg die gleiche Menge.

Produkt der Kraft F auf dem Weg s es gibt arbeit. Unsere Experimente zeigen, dass die Arbeit, die von den auf den Hebel ausgeübten Kräften verrichtet wird, einander gleich ist:

F 1 s 1 = F 2 s 2, d.h. SONDERN 1 = SONDERN 2.

So, Wenn Sie die Hebelwirkung nutzen, wird der Gewinn in der Arbeit nicht funktionieren.

Durch die Verwendung des Hebels können wir entweder an Stärke oder an Distanz gewinnen. Wenn wir mit Gewalt auf den kurzen Arm des Hebels einwirken, gewinnen wir an Distanz, verlieren aber um den gleichen Betrag an Kraft.

Es gibt eine Legende, dass Archimedes, erfreut über die Entdeckung der Hebelregel, ausgerufen hat: "Gib mir einen Drehpunkt, und ich werde die Erde drehen!".

Natürlich könnte Archimedes eine solche Aufgabe nicht bewältigen, selbst wenn man ihm einen Drehpunkt (der außerhalb der Erde liegen müsste) und einen Hebel der erforderlichen Länge bekäme.

Um die Erde nur um 1 cm anzuheben, müsste der lange Arm des Hebels einen enorm langen Bogen beschreiben. Es würde Millionen von Jahren dauern, um das lange Ende des Hebels beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s entlang dieser Bahn zu bewegen!

Gibt keinen Arbeitsgewinn und einen festen Block, was durch Erfahrung leicht zu verifizieren ist (siehe Abb.). Wege, die von Kraftangriffspunkten durchlaufen werden F und F, sind gleich, gleich sind die Kräfte, was bedeutet, dass die Arbeit gleich ist.

Mit Hilfe eines beweglichen Blocks ist es möglich, die geleistete Arbeit zu messen und miteinander zu vergleichen. Um die Last mit Hilfe eines beweglichen Blocks auf eine Höhe h zu heben, muss das Ende des Seils, an dem der Kraftmesser befestigt ist, erfahrungsgemäß (Abb.) auf eine Höhe von 2h bewegt werden.

Auf diese Weise, Wenn sie 2-mal an Kraft gewinnen, verlieren sie 2-mal auf dem Weg, daher bringt der bewegliche Block keinen Arbeitsgewinn.

Das hat die jahrhundertelange Praxis gezeigt keiner der Mechanismen ergibt einen Arbeitsgewinn. Je nach Arbeitsbedingungen kommen verschiedene Mechanismen zum Einsatz, um an Kraft oder auf dem Weg zu gewinnen.

Schon antike Wissenschaftler kannten die für alle Mechanismen geltende Regel: Wie oft gewinnen wir an Stärke, wie oft verlieren wir an Distanz. Diese Regel wurde die "goldene Regel" der Mechanik genannt.

Die Effizienz des Mechanismus.

In Anbetracht der Vorrichtung und Wirkung des Hebels haben wir die Reibung sowie das Gewicht des Hebels nicht berücksichtigt. Unter diesen idealen Bedingungen ist die von der angewandten Kraft verrichtete Arbeit (wir nennen dies Arbeit Komplett), entspricht nützlich Heben von Lasten oder Überwinden von Widerständen.

In der Praxis ist die vom Mechanismus verrichtete Gesamtarbeit immer etwas größer als die Nutzarbeit.

Ein Teil der Arbeit wird gegen die Reibungskraft im Mechanismus und durch die Bewegung seiner Einzelteile verrichtet. Wenn Sie also einen beweglichen Block verwenden, müssen Sie zusätzlich Arbeiten zum Anheben des Blocks selbst, des Seils und zum Bestimmen der Reibungskraft in der Achse des Blocks durchführen.

Welchen Mechanismus wir auch wählen, die mit seiner Hilfe geleistete nützliche Arbeit ist immer nur ein Teil der Gesamtarbeit. Wenn wir also die nützliche Arbeit mit dem Buchstaben Ap bezeichnen, die volle (aufgewandte) Arbeit mit dem Buchstaben Az, können wir schreiben:

Hoch< Аз или Ап / Аз < 1.

Das Verhältnis von Nutzarbeit zur Gesamtarbeit wird als Wirkungsgrad des Mechanismus bezeichnet.

Effizienz wird mit Effizienz abgekürzt.

Wirkungsgrad = Ap / Az.

Der Wirkungsgrad wird normalerweise in Prozent ausgedrückt und mit dem griechischen Buchstaben η bezeichnet, er wird als "dies" gelesen:

η \u003d Ap / Az 100%.

Beispiel: Am kurzen Arm des Hebels hängt eine Masse von 100 kg. Zum Anheben wurde am langen Arm eine Kraft von 250 N aufgebracht, die Last auf eine Höhe h1 = 0,08 m angehoben, während der Angriffspunkt der Antriebskraft auf eine Höhe h2 = 0,4 m abgesenkt wurde der Hebel.

Lassen Sie uns die Bedingung des Problems aufschreiben und es lösen.

Gegeben :

Entscheidung :

η \u003d Ap / Az 100%.

Volle (ausgegebene) Arbeit Az = Fh2.

Nützliche Arbeit 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 %.

Antworten : η = 80 %.

Aber auch hier ist die „goldene Regel“ erfüllt. Ein Teil der Nutzarbeit - 20% davon - wird für die Überwindung der Reibung in der Achse des Hebels und des Luftwiderstands sowie für die Bewegung des Hebels selbst aufgewendet.

Die Effizienz jedes Mechanismus ist immer kleiner als 100 %. Durch das Entwerfen von Mechanismen neigen Menschen dazu, ihre Effizienz zu steigern. Dazu werden die Reibung in den Achsen der Mechanismen und ihr Gewicht reduziert.

Energie.

In Fabriken und Fabriken werden Maschinen und Maschinen von Elektromotoren angetrieben, die elektrische Energie verbrauchen (daher der Name).

Eine komprimierte Feder (Reis), die sich gerade ausrichtet, funktioniert, hebt eine Last auf eine Höhe oder bewegt einen Karren. Eine unbewegliche Last, die über den Boden gehoben wird, verrichtet keine Arbeit, aber wenn diese Last fällt, kann sie Arbeit verrichten (z. B. einen Pfahl in den Boden rammen). Jeder sich bewegende Körper hat die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Eine Stahlkugel A (Reis), die von einer schiefen Ebene heruntergerollt wird und auf einen Holzblock B trifft, bewegt ihn um eine bestimmte Strecke. Dabei wird gearbeitet. Wenn ein Körper oder mehrere zusammenwirkende Körper (ein System von Körpern) Arbeit verrichten können, spricht man von Energie. Energie - eine physikalische Größe, die angibt, welche Arbeit ein Körper (oder mehrere Körper) leisten kann. Energie wird im SI-System in denselben Einheiten wie Arbeit ausgedrückt, also in Joule. Je mehr Arbeit ein Körper leisten kann, desto mehr Energie hat er. Wenn die Arbeit erledigt ist, ändert sich die Energie der Körper. Die verrichtete Arbeit ist gleich der Energieänderung. Potentielle und kinetische Energie. Potenzial (von lat. Potenz - Möglichkeit) Energie wird als Energie bezeichnet, die durch die gegenseitige Position von interagierenden Körpern und Teilen desselben Körpers bestimmt wird. Potenzielle Energie hat zum Beispiel einen Körper, der relativ zur Erdoberfläche angehoben ist, weil die Energie von der relativen Position von ihm und der Erde abhängt. und ihre gegenseitige Anziehungskraft. Wenn wir die potentielle Energie eines auf der Erde liegenden Körpers gleich Null betrachten, dann wird die potentielle Energie eines auf eine bestimmte Höhe angehobenen Körpers durch die Arbeit bestimmt, die die Schwerkraft verrichtet, wenn der Körper auf die Erde fällt. Bezeichnen Sie die potentielle Energie des Körpers E n weil E = A, und die Arbeit ist dann bekanntlich gleich dem Produkt aus Kraft und Weg A = Fh, wo F- Schwere. Daher ist die potentielle Energie En gleich: E = Fh, oder E = gmh, wo g- Erdbeschleunigung, m- Körpermasse, h- die Höhe, auf die der Körper angehoben wird. Das Wasser in den Flüssen, die von Dämmen gehalten werden, hat ein enormes Energiepotential. Das herunterfallende Wasser leistet Arbeit und setzt die mächtigen Turbinen der Kraftwerke in Bewegung. Die potentielle Energie eines Koprahammers (Bild) wird im Bauwesen genutzt, um die Arbeit des Rammens von Pfählen zu verrichten. Durch das Öffnen einer Tür mit einer Feder wird die Feder gedehnt (oder zusammengedrückt). Aufgrund der gewonnenen Energie erledigt die Feder, die sich zusammenzieht (oder gerade richtet), die Arbeit und schließt die Tür. Die Energie komprimierter und unverdrehter Federn wird beispielsweise in Armbanduhren, verschiedenen Uhrwerkspielzeugen usw. verwendet. Jeder elastisch verformte Körper besitzt potentielle Energie. Die potenzielle Energie von komprimiertem Gas wird beim Betrieb von Wärmekraftmaschinen, in Presslufthämmern, die im Bergbau weit verbreitet sind, beim Bau von Straßen, beim Ausheben von festem Boden usw. verwendet. Die Energie, die ein Körper durch seine Bewegung besitzt, nennt man kinetisch (aus dem Griechischen. Kino - Bewegung) Energie. Die kinetische Energie eines Körpers wird mit dem Buchstaben bezeichnet E zu. Bewegtes Wasser, das die Turbinen von Wasserkraftwerken antreibt, verbraucht seine Bewegungsenergie und verrichtet Arbeit. Bewegte Luft hat auch kinetische Energie - den Wind. Wovon hängt kinetische Energie ab? Wenden wir uns der Erfahrung zu (siehe Abb.). Wenn Sie Ball A aus unterschiedlichen Höhen rollen, werden Sie feststellen, dass je größer die Höhe des Balls ist, desto größer ist seine Geschwindigkeit und desto weiter bewegt er die Stange, d.h. er leistet mehr Arbeit. Das bedeutet, dass die kinetische Energie eines Körpers von seiner Geschwindigkeit abhängt. Aufgrund der Geschwindigkeit hat eine fliegende Kugel eine große kinetische Energie. Die kinetische Energie eines Körpers hängt auch von seiner Masse ab. Machen wir unser Experiment noch einmal, aber wir rollen eine andere Kugel – eine größere Masse – von einer schiefen Ebene. Block B bewegt sich weiter, d. h. es wird mehr Arbeit geleistet. Das bedeutet, dass die kinetische Energie der zweiten Kugel größer ist als die der ersten. Je größer die Masse des Körpers und die Geschwindigkeit, mit der er sich bewegt, desto größer ist seine kinetische Energie. Um die kinetische Energie eines Körpers zu bestimmen, wendet man die Formel an: Ek \u003d mv ^ 2 / 2, wo m- Körpermasse, v ist die Geschwindigkeit des Körpers. Die Bewegungsenergie von Körpern wird in der Technik genutzt. Das vom Damm zurückgehaltene Wasser hat, wie bereits erwähnt, eine große potentielle Energie. Wenn es von einem Damm fällt, bewegt sich Wasser und hat die gleiche große kinetische Energie. Es treibt eine Turbine an, die mit einem Stromgenerator verbunden ist. Durch die kinetische Energie des Wassers wird elektrische Energie erzeugt. Die Energie des bewegten Wassers ist von großer volkswirtschaftlicher Bedeutung. Diese Energie wird von leistungsstarken Wasserkraftwerken genutzt. Die Energie des fallenden Wassers ist im Gegensatz zur Kraftstoffenergie eine umweltfreundliche Energiequelle. Alle Körper in der Natur haben relativ zum bedingten Nullwert entweder potentielle oder kinetische Energie und manchmal beides zusammen. Zum Beispiel hat ein fliegendes Flugzeug relativ zur Erde sowohl kinetische als auch potentielle Energie. Wir haben zwei Arten von mechanischer Energie kennengelernt. Andere Energiearten (elektrisch, intern usw.) werden in anderen Abschnitten des Physikkurses berücksichtigt. Die Umwandlung einer Art mechanischer Energie in eine andere. Das Phänomen der Umwandlung einer Art mechanischer Energie in eine andere ist sehr bequem an dem in der Abbildung gezeigten Gerät zu beobachten. Wickeln Sie den Faden um die Achse und heben Sie die Scheibe des Geräts an. Die angehobene Scheibe hat eine gewisse potentielle Energie. Wenn Sie es loslassen, wird es sich drehen und fallen. Beim Fallen nimmt die potentielle Energie der Scheibe ab, gleichzeitig steigt aber ihre kinetische Energie. Am Ende des Falls verfügt die Scheibe über einen solchen Vorrat an kinetischer Energie, dass sie fast wieder auf ihre vorherige Höhe aufsteigen kann. (Ein Teil der Energie wird aufgewendet, um gegen die Reibung zu arbeiten, sodass die Scheibe nicht ihre ursprüngliche Höhe erreicht.) Nach dem Anheben fällt die Scheibe wieder und steigt dann wieder an. In diesem Experiment wird die potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt, wenn sich die Scheibe nach unten bewegt, und wenn sie sich nach oben bewegt, wird kinetische Energie in potentielle Energie umgewandelt. Die Umwandlung von Energie von einer Art in eine andere findet auch statt, wenn zwei elastische Körper beispielsweise auf einen Gummiball auf dem Boden oder eine Stahlkugel auf eine Stahlplatte treffen. Wenn Sie eine Stahlkugel (Reis) über eine Stahlplatte heben und sie von Ihren Händen lösen, wird sie fallen. Wenn der Ball fällt, nimmt seine potenzielle Energie ab und seine kinetische Energie steigt, wenn die Geschwindigkeit des Balls zunimmt. Wenn der Ball auf die Platte trifft, werden sowohl der Ball als auch die Platte komprimiert. Die kinetische Energie, die der Ball besaß, wird in die potentielle Energie der komprimierten Platte und des komprimierten Balls umgewandelt. Dann nehmen die Platte und die Kugel aufgrund der Wirkung elastischer Kräfte ihre ursprüngliche Form an. Der Ball prallt von der Platte ab, und ihre potenzielle Energie wird wieder in die kinetische Energie des Balls umgewandelt: Der Ball springt mit einer Geschwindigkeit nach oben, die fast der Geschwindigkeit entspricht, die er zum Zeitpunkt des Aufpralls auf die Platte hatte. Wenn der Ball aufsteigt, nimmt die Geschwindigkeit des Balls und damit seine kinetische Energie ab und die potentielle Energie zu. Wenn der Ball von der Platte abprallt, steigt er fast auf die gleiche Höhe, von der er zu fallen begann. Am Gipfel des Aufstiegs wird all seine kinetische Energie wieder in potentielle Energie umgewandelt. Naturphänomene gehen in der Regel mit der Umwandlung einer Energieart in eine andere einher. Energie kann auch von einem Körper auf einen anderen übertragen werden. So wird beispielsweise beim Bogenschießen die potentielle Energie einer gespannten Sehne in die kinetische Energie eines fliegenden Pfeils umgewandelt.

"Arbeit" - Beispiele für mechanische Arbeit. Aufgabe. Die Last hat sich nicht bewegt, die zurückgelegte Strecke ist 0. Wer hat die längste Strecke zurückgelegt. Ein Sack Kartoffeln wurde 2m weit mitgeschleift. James Prescott Joule. Welche Arbeit muss geleistet werden, um die Hantel auf den Tisch zu legen. Formel zur Berechnung der Arbeit. Die innere Energie eines Gases hängt nicht vom Volumen ab, das es einnimmt.

"Energie und Arbeit" - Potentielle Energie. Pulvergase wirken erst in 1m Entfernung. Ein Beispiel für die Wirkung kinetischer Energie. Energieformen. Ein Beispiel für die Wirkung potentieller Energie. Aus einer senkrecht aufgestellten Kanone von 1 m Länge fliegt eine 1 kg schwere Kanonenkugel heraus. Ein Beispiel für die Wirkung von Wärmeenergie. Wie man einen Kilogrammmeter zum Laufen bringt.

"Physik" Kraft, Energie, Arbeit "" - Arbeit. Die Arbeit ist gleich dem Skalarprodukt. Der Mann bewegt den Schlitten. Die Summe aus kinetischer und potentieller Energie. Arbeit, Kraft, Energie. Die Person ist in guter körperlicher Verfassung. Das Konzept der Macht. Bewegungsgeschwindigkeit nach unelastischem Aufprall. Elektrovolt. Arbeit einer konservativen Kraft. Kinetische Energie.

"Mechanische Arbeit eines Physikers" - Die Einheit der Arbeit ist das Joule (J). Die Bedeutung des Wortes "Arbeit". Mechanische Arbeit. Der Begriff der Arbeit in der Physik. 1 MJ \u003d 1.000.000 J. Trägheitsbewegung. Eine Arbeitseinheit ist die Arbeit, die eine Kraft von 1 N über eine Distanz von 1 m verrichtet. 1kJ = 1000J. Arbeitseinheiten. Die mechanische Arbeit ist direkt proportional zur aufgebrachten Kraft und dem zurückgelegten Weg.

"Aufgaben für Arbeit und Macht" - Bedingung. Bei Reihenschaltung sind die Ströme gleich. Kesselwirkungsgrad 80 %. Parallele Verbindung. Formeln für Arbeit und Leistung des elektrischen Stroms. Der Kessel mit einem Wirkungsgrad von 80% besteht aus Nichromdraht. Drückt die Länge des Drahtes aus der Formel aus. Welcher Widerstand erzeugt die meiste Wärme?

Die energetischen Eigenschaften der Bewegung werden anhand des Begriffs der mechanischen Arbeit bzw. der Arbeit einer Kraft eingeführt.

Bestimmung 1

Die von einer konstanten Kraft F → verrichtete Arbeit A ist eine physikalische Größe gleich dem Produkt aus Kraft- und Wegmodul, multipliziert mit dem Kosinus des Winkels α liegt zwischen Kraftvektoren F → und Verschiebung s → .

Diese Definition wird in Abbildung 1 diskutiert. achtzehn . ein .

Die Arbeitsformel wird wie folgt geschrieben:

A = F s cos α .

Arbeit ist eine skalare Größe. Dadurch ist es möglich bei (0° ≤ α positiv zu sein< 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) .

Ein Joule entspricht der Arbeit, die eine Kraft von 1 N verrichtet, um sich 1 m in Richtung der Kraft zu bewegen.

Bild 1 . achtzehn . ein . Arbeitskraft F → : A = F s cos α = F s s

Bei Projektion F s → Kraft F → auf die Bewegungsrichtung s → bleibt die Kraft nicht konstant, und die Berechnung der Arbeit für kleine Verschiebungen Δ s i zusammengefasst und hergestellt nach der Formel:

EIN = ∑ ∆ EIN ich = ∑ F. s ich ∆ s ich .

Dieser Arbeitsaufwand errechnet sich aus dem Grenzwert (Δ s i → 0), danach geht er in das Integral ein.

Das grafische Bild der Arbeit wird aus dem Bereich der krummlinigen Figur bestimmt, der sich unter dem Diagramm F s (x) von Abbildung 1 befindet. achtzehn . 2.

Bild 1 . achtzehn . 2. Grafische Definition der Arbeit Δ A i = F s ich Δ s i .

Ein Beispiel für eine koordinatenabhängige Kraft ist die elastische Kraft einer Feder, die dem Hookeschen Gesetz gehorcht. Um die Feder zu dehnen, muss eine Kraft F → aufgebracht werden, deren Modul proportional zur Dehnung der Feder ist. Dies ist in Abbildung 1 zu sehen. achtzehn . 3 .

Bild 1 . achtzehn . 3 . Gestreckte Feder. Die Richtung der äußeren Kraft F → fällt mit der Verschiebungsrichtung s → zusammen. F s = k x , wobei k die Steifigkeit der Feder ist.

F → y p p = - F →

Die Abhängigkeit des Moduls der äußeren Kraft von den Koordinaten x lässt sich im Diagramm mit einer Geraden darstellen.

Bild 1 . achtzehn . 4 . Abhängigkeit des Moduls der äußeren Kraft von der Koordinate bei gespannter Feder.

Aus der obigen Abbildung kann anhand der Fläche des Dreiecks die Arbeit an der äußeren Kraft des rechten freien Endes der Feder ermittelt werden. Die Formel nimmt die Form an

Diese Formel ist anwendbar, um die Arbeit auszudrücken, die durch eine äußere Kraft geleistet wird, wenn eine Feder zusammengedrückt wird. Beide Fälle zeigen, dass die elastische Kraft F → y p p gleich der Arbeit der äußeren Kraft F → ist, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen.

Bestimmung 2

Wirken mehrere Kräfte auf den Körper, so sieht die Formel für die Gesamtarbeit aus wie die Summe aller an ihm verrichteten Arbeiten. Wenn sich der Körper vorwärts bewegt, bewegen sich die Angriffspunkte der Kräfte auf die gleiche Weise, dh die Gesamtarbeit aller Kräfte ist gleich der Arbeit der Resultierenden der angewandten Kräfte.

Bild 1 . achtzehn . 5 . Modell der mechanischen Arbeit.

Machtbestimmung

Bestimmung 3

Leistung ist die Arbeit, die eine Kraft pro Zeiteinheit verrichtet.

Die Aufzeichnung der mit N bezeichneten physikalischen Leistungsgröße erfolgt in Form des Verhältnisses der Arbeit A zum Zeitintervall t der verrichteten Arbeit, d. h.:

Bestimmung 4

Das SI-System verwendet das Watt (Wt) als Einheit der Leistung, was der Leistung einer Kraft entspricht, die in 1 s eine Arbeit von 1 J verrichtet.

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