Ennen kuin paljastat aiheen "Kuinka työtä mitataan", on tarpeen tehdä pieni poikkeama. Kaikki tässä maailmassa noudattaa fysiikan lakeja. Jokainen prosessi tai ilmiö voidaan selittää tiettyjen fysiikan lakien perusteella. Jokaiselle mitattavalle suurelle on yksikkö, jossa se on tapana mitata. Mittayksiköt ovat kiinteitä ja niillä on sama merkitys kaikkialla maailmassa.

Jpg?.jpg 600w

Kansainvälisten yksiköiden järjestelmä

Syy tähän on seuraava. Vuonna 1960 11. painoja ja mittoja käsittelevässä yleiskonferenssissa otettiin käyttöön mittajärjestelmä, joka tunnetaan kaikkialla maailmassa. Tämän järjestelmän nimi oli Le Système International d'Unités, SI (SI System International). Tästä järjestelmästä on tullut perusta kaikkialla maailmassa hyväksytyille mittayksiköiden määritelmille ja niiden suhteille.

Fyysiset termit ja terminologia

Fysiikassa voiman työn mittausyksikköä kutsutaan nimellä J (Joule) englantilaisen fyysikon James Joulen kunniaksi, joka antoi suuren panoksen fysiikan termodynamiikan osan kehittämiseen. Yksi joule on yhtä suuri kuin yhden N:n (Newtonin) voiman tekemä työ, kun sen käyttö siirtää yhden M (metrin) voiman suuntaan. Yksi N (Newton) on yhtä suuri kuin voima, jonka massa on yksi kg (kilo) kiihtyvyydellä yksi m/s2 (metri sekunnissa) voiman suunnassa.

Jpg?.jpg 600w

Kaava työnhakuun

Merkintä. Fysiikassa kaikki on yhteydessä toisiinsa, minkä tahansa työn suorittaminen liittyy lisätoimintojen suorittamiseen. Esimerkkinä kotitalouden tuuletin. Kun tuuletin kytketään päälle, tuulettimen siivet alkavat pyöriä. Pyörivät terät vaikuttavat ilmavirtaan antaen sille suunnatun liikkeen. Tämä on työn tulos. Mutta työn suorittamiseksi tarvitaan muiden ulkoisten voimien vaikutus, jota ilman toiminnan suorittaminen on mahdotonta. Näitä ovat sähkövirran voimakkuus, teho, jännite ja monet muut toisiinsa liittyvät arvot.

Sähkövirta on pohjimmiltaan elektronien järjestettyä liikettä johtimessa aikayksikköä kohti. Sähkövirta perustuu positiivisesti tai negatiivisesti varautuneisiin hiukkasiin. Niitä kutsutaan sähkövarauksiksi. Merkitään kirjaimilla C, q, Cl (riipus), nimetty ranskalaisen tiedemiehen ja keksijän Charles Coulombin mukaan. SI-järjestelmässä se on varautuneiden elektronien lukumäärän mittayksikkö. 1 C on yhtä suuri kuin varattujen hiukkasten tilavuus, joka virtaa johtimen poikkileikkauksen läpi aikayksikköä kohti. Ajan yksikkö on yksi sekunti. Sähkövarauksen kaava on esitetty alla olevassa kuvassa.

Jpg?.jpg 600w

Kaava sähkövarauksen löytämiseksi

Sähkövirran voimakkuus on merkitty kirjaimella A (ampeeri). Ampeeri on fysiikan yksikkö, joka kuvaa sen voiman työn mittausta, joka kuluu siirtämään varauksia johtimessa. Sen ytimessä sähkövirta on elektronien järjestetty liike johtimessa sähkömagneettisen kentän vaikutuksesta. Johtimella tarkoitetaan materiaalia tai sulaa suolaa (elektrolyyttiä), jolla on vähän vastustusta elektronien kulkua vastaan. Sähkövirran voimakkuuteen vaikuttaa kaksi fyysistä suuruutta: jännite ja vastus. Niitä käsitellään alla. Virta on aina suoraan verrannollinen jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen vastukseen.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-4-768x552..jpg 800w

Kaava virran voimakkuuden löytämiseksi

Kuten edellä mainittiin, sähkövirta on elektronien järjestettyä liikettä johtimessa. Mutta on yksi varoitus: niiden liikkumiseen tarvitaan tietty vaikutus. Tämä vaikutus luodaan luomalla potentiaaliero. Sähkövaraus voi olla positiivinen tai negatiivinen. Positiivisilla varauksilla on aina taipumus negatiivisiin varauksiin. Tämä on välttämätöntä järjestelmän tasapainon kannalta. Positiivisesti ja negatiivisesti varautuneiden hiukkasten lukumäärän eroa kutsutaan sähköjännitteeksi.

Gif?.gif 600w

Kaava jännitteen löytämiseksi

Teho on energiamäärä, joka kuluu yhden J (joulen) työn tekemiseen yhden sekunnin aikana. Fysiikan mittayksikkö on W (W), SI-järjestelmässä W (W). Koska sähköteho otetaan huomioon, tässä se on tietyn toiminnon suorittamiseen tietyn ajanjakson aikana kulutetun sähköenergian arvo.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-6-120x74..jpg 750w

Kaava sähkövoiman löytämiseksi

Lopuksi on huomattava, että työn mittayksikkö on skalaarisuure, sillä on suhde fysiikan kaikkiin osiin ja sitä voidaan tarkastella paitsi sähködynamiikan tai lämpötekniikan, myös muiden osien puolelta. Artikkelissa tarkastellaan lyhyesti arvoa, joka luonnehtii voiman työn mittayksikköä.

Video

Mekaaninen työ on fyysisten kappaleiden liikkeelle ominaista energiaa, jolla on skalaarimuoto. Se on yhtä suuri kuin kehoon vaikuttavan voiman moduuli kerrottuna tämän voiman aiheuttamalla siirtymämoduulilla ja niiden välisen kulman kosinilla.

Formula 1 - Mekaaninen työ.

F - Kehoon vaikuttava voima.

s - kehon liike.

cosa - Voiman ja siirtymän välisen kulman kosini.

Tällä kaavalla on yleinen muoto. Jos kohdistetun voiman ja siirtymän välinen kulma on nolla, niin kosini on 1. Vastaavasti työ on yhtä suuri kuin voiman ja siirtymän tulo. Yksinkertaisesti sanottuna, jos kappale liikkuu voiman kohdistamissuuntaan, mekaaninen työ on yhtä suuri kuin voiman ja siirtymän tulo.

Toinen erikoistapaus on, kun kehoon vaikuttavan voiman ja sen siirtymän välinen kulma on 90 astetta. Tässä tapauksessa 90 asteen kosini on vastaavasti nolla, työ on yhtä suuri kuin nolla. Ja todellakin tapahtuu, että käytämme voimaa yhteen suuntaan, ja keho liikkuu kohtisuorassa sitä vastaan. Eli keho ei ilmeisesti liiku voimamme vaikutuksen alaisena. Siten voimamme työ kehon liikuttamiseksi on nolla.

Kuva 1 - Voimien työ kehoa liikutettaessa.

Jos kehoon vaikuttaa useampi kuin yksi voima, lasketaan kehoon vaikuttava kokonaisvoima. Ja sitten se korvataan kaavalla ainoana voimana. Voiman vaikutuksen alainen kappale voi liikkua paitsi suorassa linjassa myös mielivaltaista lentorataa pitkin. Tässä tapauksessa työ lasketaan pienelle liikkeen osalle, jota voidaan pitää suorana ja sitten summata koko polun varrelta.

Työ voi olla sekä positiivista että negatiivista. Eli jos siirtymä ja voima osuvat yhteen suuntaan, niin työ on positiivinen. Ja jos voimaa kohdistetaan yhteen suuntaan ja keho liikkuu toisessa, niin työ on negatiivinen. Esimerkki negatiivisesta työstä on kitkavoiman työ. Koska kitkavoima on suunnattu liikettä vastaan. Kuvittele kehon liikkuminen tasoa pitkin. Kehoon kohdistuva voima työntää sitä tiettyyn suuntaan. Tämä voima tekee positiivista työtä kehon liikuttamiseksi. Mutta samalla kitkavoima tekee negatiivista työtä. Se hidastaa kehon liikettä ja suuntautuu sen liikettä kohti.

Kuva 2 - Liikevoima ja kitka.

Mekaniikkatyö mitataan jouleina. Yksi joule on työ, jonka tekee yhden Newtonin voima, kun kappale liikkuu metrin. Kehon liikesuunnan lisäksi myös kohdistetun voiman suuruus voi muuttua. Esimerkiksi kun jousi puristetaan kokoon, siihen kohdistettu voima kasvaa suhteessa kuljettuun matkaan. Tässä tapauksessa työ lasketaan kaavan mukaan.

Formula 2 - Jousen puristustyö.

k on jousen jäykkyys.

x - siirtokoordinaatti.

Mekaaninen työ (voimatyö) on sinulle tuttu jo peruskoulun fysiikan kurssilta. Muista siellä annettu mekaanisen työn määritelmä seuraavissa tapauksissa.

Jos voima on suunnattu samaan suuntaan kuin kehon siirtymä, niin voiman tekemä työ

Tässä tapauksessa voiman tekemä työ on positiivinen.

Jos voima on suunnattu vastakkaiseen suuntaan kehon liikettä vastaan, niin voiman tekemä työ on

Tässä tapauksessa voiman tekemä työ on negatiivinen.

Jos voima f_vec suunnataan kohtisuoraan kappaleen siirtymään s_vec, niin voiman työ on nolla:

Työ on skalaarisuure. Työyksikköä kutsutaan jouleksi (merkitty: J) englantilaisen tiedemiehen James Joulen kunniaksi, jolla oli tärkeä rooli energian säilymislain löytämisessä. Kaavasta (1) seuraa:

1 J = 1 N*m.

1. 0,5 kg painavaa tankoa siirrettiin pöytää pitkin 2 m kohdistaen siihen 4 N suuruinen kimmovoima (kuva 28.1). Tangon ja pöydän välinen kitkakerroin on 0,2. Mitä työtä baarissa tehdään:
a) painovoima m?
b) normaalit reaktiovoimat ?
c) kimmovoima?
d) liukukitkavoimat tr?

Useiden kehoon vaikuttavien voimien kokonaistyö voidaan löytää kahdella tavalla:
1. Etsi kunkin voiman työ ja lisää nämä teokset merkit huomioon ottaen.
2. Etsi kaikkien kehoon kohdistuvien voimien resultantti ja laske resultantin työ.

Molemmat menetelmät johtavat samaan tulokseen. Varmista tämä palaamalla edelliseen tehtävään ja vastaamalla tehtävän 2 kysymyksiin.

2. Mikä on yhtä suuri kuin:
a) kaikkien lohkoon vaikuttavien voimien työn summa?
b) kaikkien tankoon vaikuttavien voimien resultantti?
c) resultantin työ? Yleisessä tapauksessa (kun voima f_vec suunnataan mielivaltaiseen kulmaan siirtymään s_vec) voiman työn määritelmä on seuraava.

Vakiovoiman työ A on yhtä suuri kuin voimamoduulin F kerrottuna siirtymämoduulilla s ja voiman suunnan ja siirtymäsuunnan välisen kulman α kosinilla:

A = Fs cos α (4)

3. Osoita, että työn yleinen määritelmä johtaa seuraavassa kaaviossa esitettyihin johtopäätöksiin. Muotoile ne suullisesti ja kirjoita ne muistikirjaasi.

4. Pöydällä olevaan tankoon, jonka moduuli on 10 N, kohdistetaan voima. Mikä on tämän voiman ja tangon liikkeen välinen kulma, jos siirrettäessä tankoa pöytää pitkin 60 cm tämä voima teki työn: a) 3 J; b) -3 J; c) -3 J; d) -6 J? Tee selittävät piirustukset.

2. Painovoiman työ

Liikkukoon kappale, jonka massa on m, pystysuunnassa alkukorkeudesta h n loppukorkeuteen h k.

Jos kappale liikkuu alas (h n > h k, kuva 28.2, a), liikkeen suunta on sama kuin painovoiman suunta, joten painovoiman työ on positiivinen. Jos keho liikkuu ylöspäin (h n< h к, рис. 28.2, б), то работа силы тяжести отрицательна.

Molemmissa tapauksissa painovoiman tekemä työ

A \u003d mg (h n - h k). (5)

Etsitään nyt painovoiman tekemä työ kulmassa pystysuoraan nähden.

5. Pieni kappale, jonka massa on m, liukui pitkin kaltevaa tasoa, jonka pituus on s ja korkeus h (kuva 28.3). Kalteva taso muodostaa kulman α pystysuoran kanssa.

a) Mikä on painovoimasuunnan ja tangon liikesuunnan välinen kulma? Tee selittävä piirustus.
b) Ilmaise painovoiman työ yksiköillä m, g, s, α.
c) Ilmaise s arvoilla h ja α.
d) Ilmaise painovoiman työ yksiköissä m, g, h.
e) Mikä on painovoiman työ, kun tanko liikkuu ylöspäin pitkin samaa tasoa?

Tämän tehtävän suoritettuasi varmistit, että painovoiman työ ilmaistaan ​​kaavalla (5) myös silloin, kun keho liikkuu kulmassa pystysuoraan nähden - sekä ylös että alas.

Mutta silloin painovoiman työn kaava (5) pätee, kun kappale liikkuu mitä tahansa lentorataa pitkin, koska mikä tahansa liikerata (kuva 28.4, a) voidaan esittää joukona pieniä "kaltevia tasoja" (kuva 28.4, b). .

Tällä tavalla,
painovoiman työ liikkeen aikana, mutta mikä tahansa liikerata ilmaistaan ​​kaavalla

A t \u003d mg (h n - h k),

missä h n - rungon alkukorkeus, h to - sen lopullinen korkeus.
Painovoiman työ ei riipu liikeradan muodosta.

Esimerkiksi painovoiman työ siirrettäessä kappaletta pisteestä A pisteeseen B (kuva 28.5) lentorataa 1, 2 tai 3 pitkin on sama. Tästä seuraa erityisesti, että painovoiman työ liikkuessaan suljettua lentorataa pitkin (kun keho palaa lähtöpisteeseen) on yhtä suuri kuin nolla.

6. Pallo, jonka massa on m, roikkuu l-pituisessa langassa, poikkeutetaan 90º pitäen lanka kireällä ja vapautetaan ilman työntöä.
a) Mikä on painovoiman työ sinä aikana, jolloin pallo siirtyy tasapainoasentoon (kuva 28.6)?
b) Mikä on langan kimmovoiman työ samassa ajassa?
c) Mikä on palloon samanaikaisesti kohdistettujen resultantvoimien työ?

3. Joustovoiman työ

Kun jousi palaa muotoutumattomaan tilaan, kimmovoima tekee aina positiivista työtä: sen suunta on sama kuin liikesuunta (kuva 28.7).

Etsi elastisen voiman työ.
Tämän voiman moduuli on suhteessa muodonmuutosmoduuliin x suhteella (katso § 15)

Tällaisen voiman työ löytyy graafisesti.

Huomaa ensin, että vakiovoiman työ on numeerisesti yhtä suuri kuin voiman ja siirtymän kaavion alla olevan suorakulmion ala (kuva 28.8).

Kuvassa 28.9 on F(x):n käyrä kimmovoimalle. Jaetaan henkisesti koko kehon siirtymä niin pieniin aikaväleihin, että kuhunkin niistä kohdistuvaa voimaa voidaan pitää vakiona.

Sitten työ jokaisella näistä intervalleista on numeerisesti yhtä suuri kuin kaavion vastaavan osan alla olevan kuvan ala. Kaikki työ on yhtä suuri kuin näiden alueiden työn summa.

Näin ollen tässä tapauksessa työ on myös numeerisesti yhtä suuri kuin F(x)-riippuvuusgraafin alla olevan kuvan pinta-ala.

7. Todista se käyttämällä kuvaa 28.10

kimmovoiman työ jousen palatessa muodonmuutostamattomaan tilaan ilmaistaan ​​kaavalla

A = (kx 2)/2. (7)

8. Osoita kuvan 28.11 käyrän avulla, että kun jousen muodonmuutos muuttuu arvosta x n arvoon x k, kimmovoiman työ ilmaistaan ​​kaavalla

Kaavasta (8) näemme, että kimmovoiman työ riippuu vain jousen alkuperäisestä ja lopullisesta muodonmuutoksesta, joten jos kappale ensin muotoutuu ja sitten palaa alkutilaansa, niin kimmoisen työ voima on nolla. Muista, että painovoimalla on sama ominaisuus.

9. Alkuhetkellä jousen, jonka jäykkyys on 400 N/m, jännitys on 3 cm. Jousta venytetään vielä 2 cm.
a) Mikä on jousen lopullinen muodonmuutos?
b) Mikä on jousen kimmovoiman tekemä työ?

10. Alkuhetkellä jousta, jonka jäykkyys on 200 N/m, venytetään 2 cm ja viimeisellä hetkellä se puristuu 1 cm. Mikä on jousen kimmovoiman työ?

4. Kitkavoiman työ

Anna kehon liukua kiinteällä tuella. Runkoon vaikuttava liukukitkavoima on aina suunnattu liikettä vastapäätä ja siten liukukitkavoiman työ on negatiivinen mihin tahansa liikesuuntaan (kuva 28.12).

Siksi, jos tankoa siirretään oikealle ja tapilla samalla etäisyydellä vasemmalle, vaikka se palaa alkuasentoonsa, liukukitkavoiman kokonaistyö ei ole yhtä suuri kuin nolla. Tämä on tärkein ero liukukitkavoiman työn ja painovoiman ja kimmovoiman työn välillä. Muista, että näiden voimien työ liikutettaessa kehoa suljettua liikerataa pitkin on yhtä suuri kuin nolla.

11. Tankoa, jonka massa oli 1 kg, siirrettiin pöytää pitkin siten, että sen liikerata muodostui neliöksi, jonka sivu oli 50 cm.
a) Palasiko lohko alkupisteeseensä?
b) Mikä on tankoon vaikuttavan kitkavoiman kokonaistyö? Tangon ja pöydän välinen kitkakerroin on 0,3.

5. Teho

Usein ei vain tehty työ ole tärkeää, vaan myös työn nopeus. Sille on ominaista voima.

Teho P on tehdyn työn A suhde aikaväliin t, jonka aikana tämä työ tehdään:

(Joskus mekaniikassa tehoa merkitään kirjaimella N ja sähködynamiikassa kirjaimella P. Mielestämme on kätevämpää käyttää samaa tehon nimitystä.)

Tehon yksikkö on watti (merkitty: W), joka on nimetty englantilaisen keksijän James Watin mukaan. Kaavasta (9) seuraa, että

1 W = 1 J/s.

12. Minkä voiman ihminen kehittää nostamalla tasaisesti 10 kg painavaa vesiämpäriä 1 m korkeuteen 2 sekunnin ajaksi?

Usein on kätevää ilmaista voimaa ei työn ja ajan, vaan voiman ja nopeuden suhteen.

Harkitse tapausta, jossa voima on suunnattu siirtymää pitkin. Silloin voiman työ A = Fs. Korvaamalla tämän lausekkeen tehon kaavaan (9), saamme:

P = (Fs)/t = F(s/t) = Fv. (kymmenen)

13. Auto ajaa vaakasuoraa tietä nopeudella 72 km/h. Samaan aikaan sen moottori kehittää 20 kW tehoa. Mikä on auton liikkeen vastustusvoima?

Vihje. Kun auto liikkuu vaakasuoraa tietä pitkin tasaisella nopeudella, vetovoima on absoluuttisesti sama kuin auton vastusvoima.

14. Kuinka kauan kestää 4 tonnia painavan betonilohkon tasainen nostaminen 30 metrin korkeuteen, jos nosturin moottorin teho on 20 kW ja nosturimoottorin hyötysuhde 75 %?

Vihje. Sähkömoottorin hyötysuhde on yhtä suuri kuin kuorman nostotyön suhde moottorin työhön.

Lisäkysymyksiä ja tehtäviä

15. 200 g:n massapallo heitetään parvekkeelta 10 korkealta ja 45º kulmassa horisonttiin nähden. Saavutettuaan 15 metrin enimmäiskorkeuden lennon aikana pallo putosi maahan.
a) Mitä työtä painovoima tekee pallon nostaessa?
b) Mikä on painovoiman työ, kun pallo lasketaan alas?
c) Mitä työtä painovoima tekee pallon koko lennon aikana?
d) Onko ehdossa lisätietoa?

16. 0,5 kg painava kuula on ripustettu jouseen, jonka jäykkyys on 250 N/m, ja se on tasapainossa. Palloa nostetaan niin, että jousi ei muotoile ja vapautuu ilman työntöä.
a) Mihin korkeuteen pallo nostettiin?
b) Mikä on painovoiman työ sinä aikana, jolloin pallo siirtyy tasapainoasentoon?
c) Mikä on kimmovoiman työ sinä aikana, jolloin pallo siirtyy tasapainoasentoon?
d) Mikä on kaikkien palloon kohdistuvien voimien resultantin työ sen aikana, kun pallo liikkuu tasapainoasentoon?

17. 10 kg painava kelkka liukuu alas lumisesta vuoresta, jonka kaltevuuskulma on α = 30º, ilman alkunopeutta ja kulkee jonkin matkan vaakasuoraa pintaa pitkin (kuva 28.13). Kelkan ja lumen välinen kitkakerroin on 0,1. Vuoren pohjan pituus l = 15 m.

a) Mikä on kitkavoiman moduuli kelkan liikkuessa vaakasuoralla pinnalla?
b) Mikä on kitkavoiman työ, kun kelkka liikkuu vaakasuoraa pintaa pitkin 20 m matkalla?
c) Mikä on kitkavoiman moduuli, kun kelkka liikkuu vuorella?
d) Mitä työtä tekee kitkavoima kelkan laskeutumisen aikana?
e) Mitä työtä painovoima tekee kelkan laskeutumisen aikana?
f) Mikä on rekiin vaikuttavien resultanttivoimien työ, kun se laskeutuu vuorelta?

18. 1 tonnin painava auto liikkuu nopeudella 50 km/h. Moottori kehittää 10 kW tehoa. Bensiinin kulutus on 8 litraa 100 km:llä. Bensiinin tiheys on 750 kg/m 3 ja sen ominaispalolämpö 45 MJ/kg. Mikä on moottorin hyötysuhde? Onko tilassa lisätietoa?
Vihje. Lämpömoottorin hyötysuhde on yhtä suuri kuin moottorin tekemän työn suhde polttoaineen palamisen aikana vapautuvaan lämmön määrään.

Teoreettista perustietoa

mekaaninen työ

Konseptin pohjalta esitellään liikkeen energiaominaisuudet mekaaninen työ tai pakkotyö. Jatkuvalla voimalla tehtyä työtä F, on fysikaalinen suure, joka on yhtä suuri kuin voiman ja siirtymän moduulien tulo kerrottuna voimavektorien välisen kulman kosinilla F ja siirtymä S:

Työ on skalaarisuure. Se voi olla joko positiivinen (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). klo α = 90° voiman tekemä työ on nolla. SI-järjestelmässä työ mitataan jouleina (J). Joule on yhtä suuri kuin työ, jonka 1 newtonin voima tekee liikkuakseen 1 metrin voiman suuntaan.

Jos voima muuttuu ajan myötä, työn löytämiseksi he rakentavat kaavion voiman riippuvuudesta siirtymästä ja löytävät kaavion alta olevan kuvan alueen - tämä on työ:

Esimerkki voimasta, jonka moduuli riippuu koordinaatista (siirtymästä), on jousen kimmovoima, joka noudattaa Hooken lakia ( F extr = kx).

Tehoa

Työtä, jonka voima tekee aikayksikköä kohti, kutsutaan tehoa. Tehoa P(joskus kutsutaan nimellä N) on fysikaalinen suure, joka on yhtä suuri kuin työn suhde A aikajänteelle t jonka aikana tämä työ valmistui:

Tämä kaava laskee keskimääräinen teho, eli prosessille yleisesti ominaista voimaa. Joten työ voidaan ilmaista myös teholla: A = Pt(ellei tietenkään tunneta työn tehoa ja aikaa). Tehon yksikköä kutsutaan watiksi (W) tai 1 jouleksi sekunnissa. Jos liike on tasaista, niin:

Tällä kaavalla voimme laskea välitöntä tehoa(teho tietyllä hetkellä), jos nopeuden sijaan korvaamme kaavaan hetkellisen nopeuden arvon. Mistä tietää, mikä teho laskea? Jos tehtävä kysyy tehoa jossain vaiheessa tai jossain pisteessä avaruudessa, niin sitä pidetään hetkellisenä. Jos kysyt tehosta tietyn ajanjakson tai polun osan aikana, etsi keskimääräinen teho.

Tehokkuus - tehokkuustekijä, on yhtä kuin hyödyllisen työn suhde käytettyyn tai hyödyllisen tehon suhde käytettyyn:

Se, mikä työ on hyödyllistä ja mitä kuluu, määräytyy tietyn tehtävän ehdoista loogisella päättelyllä. Jos esimerkiksi nosturi tekee työtä nostaakseen kuormaa tietylle korkeudelle, niin kuorman nostotyöstä on hyötyä (koska nosturi on luotu sitä varten), ja nosturin sähkömoottorin tekemä työ kuluu.

Joten hyödyllisellä ja kulutetulla teholla ei ole tiukkaa määritelmää, ja ne löytyvät loogisen päättelyn avulla. Jokaisessa tehtävässä meidän on itse määritettävä, mikä tässä tehtävässä oli työn tekemisen tarkoitus (hyödyllinen työ tai voima) ja mikä oli kaiken työn mekanismi tai tapa (käytetty voima tai työ).

Yleisessä tapauksessa tehokkuus osoittaa, kuinka tehokkaasti mekanismi muuntaa yhden energiatyypin toiseksi. Jos teho muuttuu ajan myötä, niin työ löytyy tehon ja ajan kaavion alla olevan kuvan pinta-alana:

Kineettinen energia

Fysikaalista suurea, joka on puolet kehon massan ja sen nopeuden neliön tulosta, kutsutaan kehon kineettinen energia (liikeenergia):

Eli jos auto, jonka massa on 2000 kg, liikkuu nopeudella 10 m/s, niin sen liike-energia on yhtä suuri kuin E k \u003d 100 kJ ja pystyy tekemään työtä 100 kJ. Tämä energia voidaan muuntaa lämmöksi (kun auto jarruttaa, pyörien renkaat, tie ja jarrulevyt kuumenevat) tai se voidaan käyttää auton ja sen korin muodonmuutokseen, johon auto törmäsi (onnettomuudessa). Kineettistä energiaa laskettaessa ei ole väliä missä auto liikkuu, sillä energia, kuten työ, on skalaarisuure.

Keholla on energiaa, jos se voi tehdä työtä. Esimerkiksi liikkuvalla keholla on liike-energiaa, ts. liikkeen energia, ja se pystyy tekemään työtä muuttaakseen kappaleita tai antamaan kiihtyvyyttä kappaleille, joiden kanssa törmäys tapahtuu.

Kineettisen energian fyysinen merkitys: jotta keho levossa massan kanssa m alkoi liikkua vauhdilla v on tarpeen tehdä työtä, joka vastaa saatua liike-energian arvoa. Jos kehon massa m liikkuu nopeudella v, sitten sen pysäyttämiseksi on tehtävä työtä, joka vastaa sen kineettistä alkuenergiaa. Jarruttamisen aikana kineettistä energiaa pääasiassa (paitsi törmäystapauksissa, jolloin energiaa käytetään muodonmuutokseen) "pois" kitkavoima.

Kineettisen energian lause: resultanttivoiman työ on yhtä suuri kuin kehon liike-energian muutos:

Kineettisen energian teoreema pätee myös yleisessä tapauksessa, kun keho liikkuu muuttuvan voiman vaikutuksesta, jonka suunta ei ole sama kuin liikkeen suunta. Tätä lausetta on kätevä soveltaa kappaleen kiihtyvyyden ja hidastuvuuden ongelmiin.

Mahdollinen energia

Fysiikan kineettisen energian tai liikeenergian ohella konseptilla on tärkeä rooli potentiaalienergia tai kappaleiden vuorovaikutuksen energia.

Potentiaalienergia määräytyy kappaleiden keskinäisen sijainnin perusteella (esimerkiksi kappaleen asento suhteessa maan pintaan). Potentiaalienergian käsite voidaan ottaa käyttöön vain voimille, joiden toiminta ei riipu kehon liikeradalta ja määräytyy vain alku- ja loppuasennon perusteella (ns. konservatiiviset voimat). Tällaisten voimien työ suljetulla lentoradalla on nolla. Tämä ominaisuus on painovoiman ja elastisuusvoiman hallussa. Näille voimille voimme ottaa käyttöön potentiaalisen energian käsitteen.

Maan painovoimakentässä olevan kappaleen potentiaalinen energia lasketaan kaavalla:

Kehon potentiaalienergian fyysinen merkitys: potentiaalienergia on yhtä suuri kuin painovoiman tekemä työ, kun keho lasketaan nollatasolle ( h on etäisyys kehon painopisteestä nollatasoon). Jos keholla on potentiaalienergiaa, se pystyy tekemään työtä, kun tämä keho putoaa korkealta h alas nollaan. Painovoiman työ on yhtä suuri kuin kehon potentiaalisen energian muutos päinvastaisella merkillä:

Usein energiatehtävissä on löydettävä työtä kehon nostamiseksi (kääntämiseksi ympäri, ulos kuopasta). Kaikissa näissä tapauksissa ei ole tarpeen ottaa huomioon itse kehon liikettä, vaan vain sen painopisteen liikettä.

Potentiaalienergia Ep riippuu nollatason valinnasta eli OY-akselin origon valinnasta. Jokaisessa tehtävässä nollataso valitaan mukavuussyistä. Potentiaalienergialla itsessään ei ole fyysistä merkitystä, vaan sen muutoksella, kun keho siirtyy asennosta toiseen. Tämä muutos ei riipu nollatason valinnasta.

Venyneen jousen potentiaalienergia lasketaan kaavalla:

missä: k- jousen jäykkyys. Venytetty (tai puristettu) jousi pystyy saattamaan liikkeelle siihen kiinnitetyn kappaleen, eli välittämään kineettistä energiaa tälle kappaleelle. Siksi sellaisella jousella on energiavarasto. Venytys tai puristus X on laskettava kehon epämuodostumattomasta tilasta.

Kimmoisasti muotoaan muutetun kappaleen potentiaalienergia on yhtä suuri kuin elastisen voiman työ siirtyessä tietystä tilasta tilaan, jossa muodonmuutos on nolla. Jos jousi oli alkutilassa jo epämuodostunut ja sen venymä oli yhtä suuri x 1, sitten siirtyessä uuteen tilaan venymällä x 2, kimmovoima toimii yhtä paljon kuin potentiaalienergian muutos, otettuna päinvastaisella merkillä (koska kimmovoima on aina suunnattu kappaleen muodonmuutosta vastaan):

Potentiaalinen energia elastisen muodonmuutoksen aikana on kehon yksittäisten osien vuorovaikutuksen energiaa toistensa kanssa elastisten voimien vaikutuksesta.

Kitkavoiman työ riippuu kuljetusta etäisyydestä (tämän tyyppistä voimaa, jonka toiminta riippuu liikeradasta ja kuljetusta matkasta, kutsutaan: hajottavat voimat). Kitkavoiman potentiaalienergian käsitettä ei voida ottaa käyttöön.

Tehokkuus

Tehokkuuskerroin (COP)- järjestelmän (laitteen, koneen) tehokkuuden ominaisuus suhteessa energian muuntamiseen tai siirtoon. Se määräytyy käytetyn hyödyllisen energian suhteena järjestelmän vastaanottamaan kokonaisenergiamäärään (kaava on jo annettu edellä).

Tehokkuus voidaan laskea sekä työn että tehon perusteella. Hyödyllinen ja käytetty työ (voima) määräytyy aina yksinkertaisella loogisella päättelyllä.

Sähkömoottoreissa hyötysuhde on suoritetun (hyödyllisen) mekaanisen työn suhde lähteestä saatuun sähköenergiaan. Lämpökoneissa hyödyllisen mekaanisen työn suhde kulutetun lämmön määrään. Sähkömuuntajissa toisiokäämissä vastaanotetun sähkömagneettisen energian suhde ensiökäämin kuluttamaan energiaan.

Yleisyydestään johtuen hyötysuhteen käsite antaa mahdollisuuden vertailla ja arvioida yhtenäisestä näkökulmasta erilaisia ​​järjestelmiä, kuten ydinreaktoreita, sähkögeneraattoreita ja -moottoreita, lämpövoimaloita, puolijohdelaitteita, biologisia esineitä jne.

Johtuen kitkasta, ympäröivien kappaleiden kuumenemisesta jne. aiheutuvista väistämättömistä energiahäviöistä. Tehokkuus on aina pienempi kuin yhtenäisyys. Vastaavasti hyötysuhde ilmaistaan ​​kulutetun energian murto-osana, eli oikeana murto-osana tai prosentteina, ja se on dimensioton suure. Tehokkuus kuvaa kuinka tehokkaasti kone tai mekanismi toimii. Lämpövoimalaitosten hyötysuhde on 35-40%, ahtamalla ja esijäähdytyksellä varustetut polttomoottorit - 40-50%, dynamot ja suuritehoiset generaattorit - 95%, muuntajat - 98%.

Tehtävä, jossa tehokkuus on löydettävä tai se tiedetään, on aloitettava loogisella päättelyllä - mikä työ on hyödyllistä ja mitä kuluu.

Mekaanisen energian säilymislaki

täyttä mekaanista energiaa kineettisen energian (eli liikeenergian) ja potentiaalin (eli kappaleiden painovoima- ja kimmovoimavoimien vuorovaikutuksen energia) summaa kutsutaan:

Jos mekaaninen energia ei siirry muihin muotoihin, esimerkiksi sisäiseen (lämpö)energiaan, niin liike- ja potentiaalienergian summa pysyy muuttumattomana. Jos mekaaninen energia muunnetaan lämpöenergiaksi, niin mekaanisen energian muutos on yhtä suuri kuin kitkavoiman työ tai energiahäviöt tai vapautuvan lämmön määrä jne. eli mekaanisen kokonaisenergian muutos on yhtä suuri kuin ulkoisten voimien työ:

Niiden kappaleiden kineettisten ja potentiaalisten energioiden summa, jotka muodostavat suljetun järjestelmän (eli sellaisen, jossa ei vaikuta ulkoisia voimia ja niiden työ on vastaavasti nolla) ja jotka ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa gravitaatiovoimien ja kimmovoimien avulla, pysyy muuttumattomana:

Tämä lausunto ilmaisee energian säilymisen laki (LSE) mekaanisissa prosesseissa. Se on seurausta Newtonin laeista. Mekaanisen energian säilymislaki täyttyy vain, kun suljetun järjestelmän kappaleet ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa kimmo- ja painovoimavoimien avulla. Kaikissa energian säilymislain ongelmissa on aina vähintään kaksi kappalejärjestelmän tilaa. Laki sanoo, että ensimmäisen tilan kokonaisenergia on yhtä suuri kuin toisen tilan kokonaisenergia.

Algoritmi energian säilymislain ongelmien ratkaisemiseksi:

1. Etsi kehon alku- ja loppuasennon pisteet.
2. Kirjoita muistiin, mitä tai mitä energioita keholla on näissä kohdissa.
3. Yhdistä kehon alku- ja loppuenergia.
4. Lisää muut tarvittavat yhtälöt aiemmista fysiikan aiheista.
5. Ratkaise tuloksena oleva yhtälö tai yhtälöjärjestelmä matemaattisilla menetelmillä.

On tärkeää huomata, että mekaanisen energian säilymislaki mahdollisti yhteyden muodostamisen kehon koordinaattien ja nopeuksien välille kahdessa eri liikeradan pisteessä ilman, että kehon liikelakia oli analysoitu kaikissa välipisteissä. Mekaanisen energian säilymislain soveltaminen voi yksinkertaistaa huomattavasti monien ongelmien ratkaisua.

Todellisissa olosuhteissa lähes aina liikkuviin kappaleisiin sekä gravitaatiovoimiin, elastisiin voimiin ja muihin voimiin vaikuttavat väliaineen kitka- tai vastusvoimat. Kitkavoiman työ riippuu polun pituudesta.

Jos kitkavoimat vaikuttavat suljetun järjestelmän muodostavien kappaleiden välillä, mekaaninen energia ei säily. Osa mekaanisesta energiasta muunnetaan kappaleiden sisäiseksi energiaksi (lämpeneminen). Siten energia kokonaisuutena (eli ei vain mekaaninen energia) säilyy joka tapauksessa.

Missään fyysisessä vuorovaikutuksessa energiaa ei synny eikä katoa. Se vain muuttuu muodosta toiseen. Tämä kokeellisesti vahvistettu tosiasia ilmaisee luonnon peruslain - energian säilymisen ja muuntamisen laki.

Yksi energian säilymisen ja muuntamisen lain seurauksista on väite, jonka mukaan on mahdotonta luoda "ikuisliikettä" (perpetuum mobile) - konetta, joka voisi tehdä työtä loputtomiin kuluttamatta energiaa.

Erilaisia ​​työtehtäviä

Jos tarvitset mekaanista työtä ongelmaan, valitse ensin menetelmä sen löytämiseksi:

1. Työpaikat löytyvät kaavalla: A = FS cos α . Etsi työn tekevä voima ja kappaleen siirtymän määrä tämän voiman vaikutuksesta valitussa vertailukehyksessä. Huomaa, että kulma on valittava voima- ja siirtymävektorin välillä.
2. Ulkoisen voiman työ voidaan löytää mekaanisen energian erona loppu- ja alkutilanteessa. Mekaaninen energia on yhtä suuri kuin kehon kineettisten ja potentiaalisten energioiden summa.
3. Työ, joka tehdään kehon nostamiseksi vakionopeudella, löytyy kaavasta: A = mgh, missä h- korkeus, johon se nousee kehon painopiste.
4. Työ löytyy voiman ja ajan tuotteena, ts. kaavan mukaan: A = Pt.
5. Työ voidaan löytää kuvion pinta-alana voima vs. siirtymä tai teho vs. aika -kaavion alla.

Energian säilymisen laki ja pyörivän liikkeen dynamiikka

Tämän aiheen tehtävät ovat matemaattisesti melko monimutkaisia, mutta lähestymistavan tiedossa ne ratkaistaan ​​täysin vakioalgoritmin mukaan. Kaikissa ongelmissa on otettava huomioon rungon pyöriminen pystytasossa. Ratkaisu pelkistetään seuraavaan toimintosarjaan:

1. On tarpeen määrittää sinua kiinnostava kohta (piste, jossa on tarpeen määrittää kehon nopeus, langan kireyden voima, paino ja niin edelleen).
2. Kirjoita tähän kohtaan Newtonin toinen laki, koska keho pyörii, eli sillä on keskikiihtyvyys.
3. Kirjoita ylös mekaanisen energian säilymislaki niin, että se sisältää kehon nopeuden tuossa erittäin mielenkiintoisessa kohdassa sekä kehon tilan ominaisuudet jossain tilassa, josta tiedetään jotain.
4. Ehdosta riippuen ilmaista nopeus neliöitynä yhtälöstä ja korvaa se toisella.
5. Suorita loput tarvittavat matemaattiset operaatiot saadaksesi lopputuloksen.

Kun ratkaiset ongelmia, muista, että:

• Edellytys ylemmän pisteen ohittamiseksi pyörimisen aikana kierteillä miniminopeudella on tuen reaktiovoima N yläpisteessä on 0. Sama ehto täyttyy kulkiessaan kuolleen silmukan yläpisteen läpi.
• Tangolla pyöritettäessä ehto koko ympyrän ohittamiselle on: miniminopeus yläpisteessä on 0.
• Kappaleen irtoamisen ehto pallon pinnasta on, että tuen reaktiovoima erotuspisteessä on nolla.

Joustamattomat törmäykset

Mekaanisen energian säilymislaki ja liikemäärän säilymislaki mahdollistavat ratkaisujen löytämisen mekaanisiin ongelmiin tapauksissa, joissa vaikuttavia voimia ei tunneta. Esimerkki tällaisista ongelmista on kappaleiden vaikutusvuorovaikutus.

Törmäys (tai törmäys) On tapana kutsua kappaleiden lyhytaikaista vuorovaikutusta, jonka seurauksena niiden nopeudet muuttuvat merkittävästi. Kappaleiden törmäyksen aikana niiden väliin vaikuttavat lyhytaikaiset iskuvoimat, joiden suuruus on pääsääntöisesti tuntematon. Siksi vaikutusvuorovaikutusta on mahdotonta tarkastella suoraan Newtonin lakien avulla. Energian ja liikemäärän säilymisen lakien soveltaminen mahdollistaa monissa tapauksissa törmäysprosessin jättämisen huomioimatta ja yhteyden saamiseksi kappaleiden nopeuksien välillä ennen törmäystä ja sen jälkeen ohittaen näiden määrien kaikki väliarvot.

Usein joutuu käsittelemään kappaleiden vaikutusvuorovaikutusta arjessa, tekniikassa ja fysiikassa (erityisesti atomin ja alkuainehiukkasten fysiikassa). Mekaniikassa käytetään usein kahta iskuvuorovaikutuksen mallia - ehdottoman elastiset ja ehdottoman joustamattomat iskut.

Täysin joustamaton vaikutus Tällaista shokkivuorovaikutusta kutsutaan, jossa kappaleet liitetään (kiinni) toisiinsa ja liikkuvat eteenpäin yhtenä kappaleena.

Täysin joustamattomassa törmäyksessä mekaaninen energia ei säily. Se siirtyy osittain tai kokonaan kappaleiden sisäiseen energiaan (lämpeneminen). Mahdollisten vaikutusten kuvaamiseksi sinun on kirjoitettava muistiin sekä liikemäärän että mekaanisen energian säilymislaki, ottaen huomioon vapautuva lämpö (on erittäin toivottavaa piirtää ensin piirustus).

Täysin joustava vaikutus

Täysin joustava vaikutus Sitä kutsutaan törmäykseksi, jossa kappalejärjestelmän mekaaninen energia säilyy. Monissa tapauksissa atomien, molekyylien ja alkuainehiukkasten törmäykset noudattavat ehdottoman elastisen iskun lakeja. Absoluuttisen elastisella iskulla, liikemäärän säilymislain kanssa, mekaanisen energian säilymislaki täyttyy. Yksinkertainen esimerkki täydellisen joustavasta törmäyksestä olisi kahden biljardipallon keskitörmäys, joista toinen oli levossa ennen törmäystä.

keskilyönti palloja kutsutaan törmäykseksi, jossa pallojen nopeudet ennen ja jälkeen törmäyksen suuntautuvat keskiviivaa pitkin. Siten mekaanisen energian ja liikemäärän säilymislakeja käyttämällä on mahdollista määrittää pallojen nopeudet törmäyksen jälkeen, jos niiden nopeudet ennen törmäystä tunnetaan. Keskeinen vaikutus toteutuu käytännössä hyvin harvoin, varsinkin kun on kyse atomien tai molekyylien törmäyksistä. Ei-keskisessä elastisessa törmäyksessä hiukkasten (pallojen) nopeudet ennen ja jälkeen törmäyksen eivät suuntaudu samaa suoraa pitkin.

Ei-keskeisen elastisen törmäyksen erikoistapaus on kahden samanmassaisen biljardipallon törmäys, joista toinen oli paikallaan ennen törmäystä ja toisen nopeutta ei suunnattu pallojen keskipisteiden linjaa pitkin. Tällöin pallojen nopeusvektorit elastisen törmäyksen jälkeen on aina suunnattu kohtisuoraan toisiinsa nähden.

Suojelulakeja. Vaikeita tehtäviä

Useita ruumiita

Joissakin energian säilymislain tehtävissä kaapeleilla, joiden avulla tietyt esineet liikkuvat, voi olla massaa (eli ne eivät ole painottomia, kuten olet jo tottunut). Tässä tapauksessa on myös otettava huomioon tällaisten kaapeleiden siirtäminen (eli niiden painopisteet).

Jos kaksi painottomalla sauvalla yhdistettyä kappaletta pyörii pystytasossa, niin:

1. valitse nollataso potentiaalisen energian laskemiseksi, esimerkiksi pyörimisakselin tasolla tai alimman pisteen tasolla, jossa yksi kuormista sijaitsee, ja piirrä;
2. on kirjoitettu mekaanisen energian säilymislaki, jonka vasemmalle puolelle on kirjoitettu molempien kappaleiden liike- ja potentiaalienergioiden summa lähtötilanteessa ja molempien kappaleiden kineettisten ja potentiaalisten energioiden summa lopputilanteessa on kirjoitettu oikealle puolelle;
3. ota huomioon, että kappaleiden kulmanopeudet ovat samat, silloin kappaleiden lineaarinopeudet ovat verrannollisia pyörimissäteisiin;
4. kirjoita tarvittaessa Newtonin toinen laki kullekin kappaleelle erikseen.

Ammus puhkesi

Ammuspurkauksen sattuessa vapautuu räjähtävää energiaa. Tämän energian löytämiseksi on välttämätöntä vähentää räjähdystä edeltävän ammuksen mekaaninen energia räjähdyksen jälkeisten sirpaleiden mekaanisten energioiden summasta. Käytämme myös liikemäärän säilymislakia, joka on kirjoitettu kosinilauseen muodossa (vektorimenetelmä) tai projektioiden muodossa valituille akseleille.

Törmäykset raskaan levyn kanssa

Päästä kohti painavaa levyä, joka liikkuu nopeudella v, kevyt massapallo liikkuu m nopeudella u n. Koska pallon liikemäärä on paljon pienempi kuin levyn liikemäärä, levyn nopeus ei muutu törmäyksen jälkeen ja se jatkaa liikkumista samalla nopeudella ja samaan suuntaan. Elastisen iskun seurauksena pallo lentää pois levyltä. Tässä on tärkeää ymmärtää se pallon nopeus suhteessa levyyn ei muutu. Tässä tapauksessa pallon lopulliselle nopeudelle saamme:

Siten pallon nopeus iskun jälkeen kasvaa kaksi kertaa seinän nopeudella. Samankaltainen perustelu tapaukseen, jossa pallo ja levy liikkuivat samaan suuntaan ennen törmäystä, johtaa siihen, että pallon nopeus pienenee kaksi kertaa seinän nopeudella:

Fysiikassa ja matematiikassa on muun muassa täytyttävä kolme olennaista ehtoa:

1. Opiskele kaikkia aiheita ja suorita kaikki tämän sivuston oppimateriaaleissa annetut testit ja tehtävät. Tätä varten et tarvitse mitään, nimittäin: omistaa kolmesta neljään tuntia päivittäin fysiikan ja matematiikan CT: hen valmistautumiseen, teorian opiskeluun ja ongelmien ratkaisemiseen. Tosiasia on, että CT on koe, jossa ei riitä vain fysiikan tai matematiikan tunteminen, vaan sinun on myös pystyttävä ratkaisemaan nopeasti ja ilman epäonnistumisia suuri määrä erilaisia ​​​​aiheita ja vaihtelevan monimutkaisuuden ongelmia. Jälkimmäinen voidaan oppia vain ratkaisemalla tuhansia ongelmia.
2. Opi kaikki fysiikan kaavat ja lait sekä matematiikan kaavat ja menetelmät. Itse asiassa se on myös hyvin yksinkertaista, fysiikassa on vain noin 200 tarvittavaa kaavaa ja matematiikassa jopa hieman vähemmän. Jokaisessa näistä aineista on noin tusina standardimenetelmää perusmonimutkaisuuden ongelmien ratkaisemiseksi, jotka ovat myös opittavissa ja siten täysin automaattisesti ja vaivattomasti ratkaistavissa suurimman osan digitaalisesta muunnoksesta oikeaan aikaan. Sen jälkeen sinun tarvitsee vain ajatella vaikeimpia tehtäviä.
3. Osallistu kaikkiin kolmeen fysiikan ja matematiikan harjoitustestin vaiheeseen. Jokaisessa RT:ssä voi käydä kahdesti molempien vaihtoehtojen ratkaisemiseksi. Jälleen DT:llä kyvyn nopeasti ja tehokkaasti ratkaista ongelmia sekä kaavojen ja menetelmien tuntemisen lisäksi on myös osattava oikein suunnitella aikaa, jakaa voimat ja ennen kaikkea täyttää vastauslomake oikein , sekoittamatta vastausten ja tehtävien numeroita tai omaa sukunimeäsi. Myös RT:n aikana on tärkeää tottua tehtävien kysymystyyliin, mikä saattaa tuntua hyvin epätavalliselta valmistautumattomalle DT:llä olevalle henkilölle.

Näiden kolmen kohdan onnistunut, ahkera ja vastuullinen toteuttaminen antaa sinulle mahdollisuuden näyttää TT:ssä erinomaisen tuloksen, maksimaalisen, mihin pystyt.

Löysitkö virheen?

Jos, kuten sinusta näyttää, löysit virheen koulutusmateriaaleista, kirjoita siitä postitse. Voit myös kirjoittaa virheestä sosiaaliseen verkostoon (). Ilmoita kirjeessä aihe (fysiikka tai matematiikka), aiheen tai kokeen nimi tai numero, tehtävän numero tai tekstin (sivun) paikka, jossa mielestäsi on virhe. Kerro myös, mikä väitetty virhe on. Kirjeesi ei jää huomaamatta, virhe joko korjataan tai sinulle selitetään, miksi se ei ole virhe.

Jotta liikkeen energiaominaisuuksia voitaisiin karakterisoida, otettiin käyttöön mekaanisen työn käsite. Ja artikkeli on omistettu hänelle hänen erilaisissa ilmenemismuodoissaan. Aiheen ymmärtäminen on sekä helppoa että melko monimutkaista. Kirjoittaja yritti vilpittömästi tehdä siitä ymmärrettävämpää ja ymmärrettävämpää, ja voi vain toivoa, että tavoite on saavutettu.

Mitä mekaaninen työ on?

Miksi sitä kutsutaan? Jos jokin voima vaikuttaa kehoon ja tämän voiman vaikutuksesta keho liikkuu, sitä kutsutaan mekaaniseksi työksi. Tiedefilosofian näkökulmasta lähestyttäessä tässä voidaan erottaa useita lisänäkökohtia, mutta artikkeli käsittelee aihetta fysiikan näkökulmasta. Mekaaninen työ ei ole vaikeaa, jos mietit huolellisesti tänne kirjoitettuja sanoja. Mutta sanaa "mekaaninen" ei yleensä kirjoiteta, ja kaikki rajoittuu sanaan "työ". Mutta kaikki työt eivät ole mekaanisia. Tässä mies istuu ja ajattelee. Toimiiko se? Henkisesti kyllä! Mutta onko se mekaanista työtä? Ei. Entä jos henkilö kävelee? Jos keho liikkuu voiman vaikutuksesta, tämä on mekaanista työtä. Kaikki on yksinkertaista. Toisin sanoen kehoon vaikuttava voima toimii (mekaanisesti). Ja vielä yksi asia: se on työ, joka voi luonnehtia tietyn voiman toiminnan tulosta. Joten jos ihminen kävelee, niin tietyt voimat (kitka, painovoima jne.) tekevät mekaanista työtä ihmiselle, ja heidän toimintansa seurauksena henkilö muuttaa sijaintipaikkaansa, toisin sanoen hän liikkuu.

Työ fyysisenä suurena on yhtä suuri kuin kehoon vaikuttava voima kerrottuna matkalla, jonka keho kulki tämän voiman vaikutuksesta ja sen osoittamaan suuntaan. Voimme sanoa, että mekaanista työtä tehtiin, jos 2 ehtoa täyttyi samanaikaisesti: voima vaikutti kehoon ja se liikkui toimintansa suuntaan. Mutta sitä ei suoritettu tai sitä ei suoriteta, jos voima vaikutti, eikä keho muuttanut sijaintiaan koordinaattijärjestelmässä. Tässä on pieniä esimerkkejä, joissa mekaanista työtä ei tehdä:

1. Joten ihminen voi pudota valtavan kiven päälle siirtääkseen sitä, mutta voima ei riitä. Voima vaikuttaa kiveen, mutta se ei liiku, eikä työtä tapahdu.
2. Kappale liikkuu koordinaattijärjestelmässä ja voima on yhtä suuri kuin nolla tai ne kaikki kompensoituvat. Tämä voidaan havaita inertialiikkeen aikana.
3. Kun kehon liikesuunta on kohtisuorassa voiman suhteen. Kun juna liikkuu vaakaviivaa pitkin, painovoima ei tee tehtäväänsä.

Tietyistä olosuhteista riippuen mekaaninen työ voi olla negatiivista ja positiivista. Joten jos suunnat ja voimat ja kehon liikkeet ovat samat, tapahtuu positiivista työtä. Esimerkki positiivisesta työstä on painovoiman vaikutus putoavaan vesipisaraan. Mutta jos voima ja liikesuunta ovat päinvastaisia, tapahtuu negatiivista mekaanista työtä. Esimerkki tällaisesta vaihtoehdosta on ilmapallo, joka nousee ylös ja painovoima, joka tekee negatiivista työtä. Kun keho altistuu useiden voimien vaikutukselle, tällaista työtä kutsutaan "tulosvoimatyöksi".

Käytännön sovelluksen ominaisuudet (kineettinen energia)

Siirrymme teoriasta käytännön osaan. Erikseen pitäisi puhua mekaanisesta työstä ja sen käytöstä fysiikassa. Kuten monet luultavasti muistavat, kaikki kehon energia on jaettu kineettiseen ja potentiaaliseen. Kun esine on tasapainossa eikä liiku missään, sen potentiaalienergia on yhtä suuri kuin kokonaisenergia ja sen liike-energia on nolla. Kun liike alkaa, potentiaalienergia alkaa laskea, liike-energia kasvaa, mutta yhteensä ne ovat yhtä suuria kuin kohteen kokonaisenergia. Aineelliselle pisteelle kineettinen energia määritellään sen voiman työnä, joka kiihdytti pisteen nollasta arvoon H, ja kaavamuodossa kappaleen kinetiikka on ½ * M * H, missä M on massa. Monista hiukkasista koostuvan esineen kineettisen energian selvittämiseksi sinun on löydettävä hiukkasten kaikkien liike-energian summa, ja tämä on kehon kineettinen energia.

Käytännön sovelluksen ominaisuudet (potentiaalinen energia)

Siinä tapauksessa, että kaikki kehoon vaikuttavat voimat ovat konservatiivisia ja potentiaalinen energia on yhtä suuri kuin kokonaismäärä, työtä ei tehdä. Tämä postulaatti tunnetaan mekaanisen energian säilymisen lakina. Mekaaninen energia suljetussa järjestelmässä on vakio aikavälillä. Säilöntälakia käytetään laajalti klassisen mekaniikan ongelmien ratkaisemiseen.

Käytännön sovelluksen ominaisuudet (termodynamiikka)

Termodynamiikassa kaasun paisumisen aikana tekemä työ lasketaan paineen integraalilla kerrottuna tilavuudella. Tämä lähestymistapa ei sovellu vain tapauksissa, joissa tilavuudella on tarkka funktio, vaan myös kaikkiin prosesseihin, jotka voidaan näyttää paine/tilavuustasolla. Mekaanisen työn tietämystä ei sovelleta vain kaasuihin, vaan kaikkeen, mikä voi aiheuttaa painetta.

Käytännön käytännön sovelluksen piirteet (teoreettinen mekaniikka)

Teoreettisessa mekaniikassa kaikkia yllä kuvattuja ominaisuuksia ja kaavoja tarkastellaan yksityiskohtaisemmin, erityisesti nämä ovat projektioita. Hän antaa myös oman määritelmänsä erilaisille mekaanisen työn kaavoille (esimerkki Rimmer-integraalin määritelmästä): rajaa, johon alkeistyön kaikkien voimien summa pyrkii, kun osion hienous pyrkii nollaan, kutsutaan nimellä voiman työ käyrää pitkin. Varmaan vaikeaa? Mutta ei mitään, teoreettisella mekaniikalla kaikki. Kyllä, ja kaikki mekaaninen työ, fysiikka ja muut vaikeudet ovat ohi. Lisäksi on vain esimerkkejä ja johtopäätös.

Mekaaniset työyksiköt

SI käyttää joulea työn mittaamiseen, kun taas GHS käyttää ergejä:

1. 1 J = 1 kg m²/s² = 1 Nm
2. 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 dyne cm
3. 1 erg = 10–7 J

Esimerkkejä mekaanisista töistä

Ymmärtääksesi vihdoin sellaisen käsitteen kuin mekaaninen työ, sinun tulee tutkia muutamia erillisiä esimerkkejä, joiden avulla voit tarkastella sitä monilta, mutta ei kaikilta puolilta:

1. Kun ihminen nostaa kiveä käsillään, tapahtuu mekaanista työtä käsien lihasvoiman avulla;
2. Kun juna kulkee kiskoja pitkin, sitä vetää traktorin vetovoima (sähköveturi, dieselveturi jne.);
3. Jos otat aseen ja ammut siitä, niin jauhekaasujen luoman painevoiman ansiosta työ tehdään: luoti liikkuu aseen piippua pitkin samalla kun itse luodin nopeus kasvaa ;
4. On myös mekaanista työtä, kun kitkavoima vaikuttaa vartaloon pakottaen sen vähentämään liikkeensä nopeutta;
5. Yllä oleva esimerkki palloista, kun ne nousevat vastakkaiseen suuntaan suhteessa painovoiman suuntaan, on myös esimerkki mekaanisesta työstä, mutta painovoiman lisäksi Arkhimedes-voima vaikuttaa myös kaiken ilmaa kevyemmän noustessa.

Mitä on valta?

Lopuksi haluan käsitellä vallan aihetta. Työtä, jonka voima tekee yhdessä aikayksikössä, kutsutaan tehoksi. Itse asiassa teho on sellainen fysikaalinen suure, joka heijastaa työn suhdetta tiettyyn ajanjaksoon, jonka aikana tämä työ tehtiin: M = P / B, missä M on teho, P on työ, B on aika. Tehon SI-yksikkö on 1 watti. Watti on yhtä suuri kuin teho, joka tekee yhden joulen työn sekunnissa: 1 W = 1J \ 1s.