Pirms tēmas “Kā tiek mērīts darbs” atklāšanas, ir jāveic neliela atkāpe. Viss šajā pasaulē pakļaujas fizikas likumiem. Katrs process vai parādība ir izskaidrojama, pamatojoties uz noteiktiem fizikas likumiem. Katram izmērāmam daudzumam ir mērvienība, kurā ir ierasts to mērīt. Mērvienības ir fiksētas un tām ir vienāda nozīme visā pasaulē.
Iemesls tam ir šāds. 1960. gadā vienpadsmitajā vispārējā konferencē par svariem un mēriem tika pieņemta mēru sistēma, kas ir atzīta visā pasaulē. Šī sistēma tika nosaukta par Le Système International d'Unités, SI (SI System International). Šī sistēma ir kļuvusi par pamatu visā pasaulē pieņemtajām mērvienību definīcijām un to attiecībai.
Fiziskie termini un terminoloģija
Fizikā spēka darba mērīšanas vienību sauc par J (Joule), par godu angļu fiziķim Džeimsam Džoulam, kurš sniedza lielu ieguldījumu fizikas termodinamikas sadaļas attīstībā. Viens džouls ir vienāds ar darbu, ko veic viens N (ņūtons) spēks, kad tā pielietojums pārvieto par vienu M (metru) spēka virzienā. Viens N (ņūtons) ir vienāds ar spēku, kura masa ir viens kg (kilograms) pie paātrinājuma viens m/s2 (metrs sekundē) spēka virzienā.
Piezīme. Fizikā viss ir savstarpēji saistīts, jebkura darba veikšana ir saistīta ar papildu darbību veikšanu. Piemērs ir mājsaimniecības ventilators. Kad ventilators ir ieslēgts, ventilatora lāpstiņas sāk griezties. Rotējošie asmeņi iedarbojas uz gaisa plūsmu, piešķirot tai virziena kustību. Tas ir darba rezultāts. Bet darba veikšanai nepieciešama citu ārējo spēku ietekme, bez kuras darbības veikšana nav iespējama. Tie ietver spēku elektriskā strāva, jauda, spriegums un daudzas citas saistītas vērtības.
Elektriskā strāva pēc būtības ir sakārtota elektronu kustība vadītājā laika vienībā. Elektriskās strāvas pamatā ir pozitīvi vai negatīvi lādētas daļiņas. Tos sauc par elektriskajiem lādiņiem. Apzīmēts ar burtiem C, q, Cl (Pendant), nosaukts franču zinātnieka un izgudrotāja Čārlza Kulona vārdā. SI sistēmā tā ir uzlādēto elektronu skaita mērvienība. 1 C ir vienāds ar uzlādēto daļiņu tilpumu, kas plūst caur vadītāja šķērsgriezumu laika vienībā. Laika vienība ir viena sekunde. Elektriskā lādiņa formula ir parādīta zemāk attēlā.
Elektriskās strāvas stiprumu apzīmē ar burtu A (ampēri). Ampērs ir mērvienība fizikā, kas raksturo tā spēka darba mērīšanu, kas tiek izlietots, lai pārvietotu lādiņus pa vadītāju. Savā kodolā elektriskā strāva ir sakārtota elektronu kustība vadītājā elektromagnētiskā lauka ietekmē. Ar vadītāju saprot materiālu vai izkausētu sāli (elektrolītu), kam ir maza pretestība pret elektronu pāreju. Divi fizikāli lielumi ietekmē elektriskās strāvas stiprumu: spriegums un pretestība. Tie tiks apspriesti turpmāk. Strāva vienmēr ir tieši proporcionāla spriegumam un apgriezti proporcionāla pretestībai.
Kā minēts iepriekš, elektriskā strāva ir sakārtota elektronu kustība vadītājā. Bet ir viens brīdinājums: viņu kustībai ir nepieciešama noteikta ietekme. Šis efekts tiek radīts, radot potenciālu starpību. Elektriskais lādiņš var būt pozitīvs vai negatīvs. Pozitīvie lādiņi vienmēr mēdz būt negatīvi. Tas ir nepieciešams sistēmas līdzsvaram. Atšķirību starp pozitīvi un negatīvi lādētu daļiņu skaitu sauc par elektrisko spriegumu.
Jauda ir enerģijas daudzums, kas tiek iztērēts viena J (Džoula) darba veikšanai vienas sekundes laika periodā. Mērvienība fizikā tiek apzīmēta kā W (vati), SI sistēmā W (vati). Tā kā tiek ņemta vērā elektriskā jauda, šeit tā ir elektroenerģijas vērtība, kas iztērēta noteiktas darbības veikšanai noteiktā laika periodā.
Noslēgumā jāatzīmē, ka darba mērvienība ir skalārs lielums, tai ir saistība ar visām fizikas sadaļām un to var aplūkot ne tikai no elektrodinamikas vai siltumtehnikas, bet arī no citām sadaļām. Rakstā īsumā aplūkota vērtība, kas raksturo spēka darba mērvienību.
Video
Lai varētu raksturot kustības enerģētiskos raksturlielumus, tika ieviests mehāniskā darba jēdziens. Un tieši viņai dažādās izpausmēs raksts ir veltīts. Izprast tēmu ir gan viegli, gan diezgan sarežģīti. Autore patiesi centās to padarīt saprotamāku un saprotamāku, un atliek tikai cerēt, ka mērķis ir sasniegts.
Kas ir mehāniskais darbs?
Kā to sauc? Ja uz ķermeni iedarbojas kāds spēks un šī spēka darbības rezultātā ķermenis kustas, tad to sauc par mehānisko darbu. Kad pieiet no skatu punkta zinātniskā filozofijašeit mēs varam izcelt vairākus papildu aspektus, bet rakstā tiks apskatīta tēma no fizikas viedokļa. Mehāniskais darbs nav grūts, ja rūpīgi pārdomā šeit rakstītos vārdus. Bet vārdu "mehāniskais" parasti neraksta, un viss tiek reducēts uz vārdu "darbs". Bet ne katrs darbs ir mehānisks. Šeit cilvēks sēž un domā. Vai tas strādā? Garīgi jā! Bet vai tas ir mehānisks darbs? Nē. Ko darīt, ja cilvēks staigā? Ja ķermenis pārvietojas spēka ietekmē, tas ir mehānisks darbs. Viss ir vienkārši. Citiem vārdiem sakot, spēks, kas iedarbojas uz ķermeni, veic (mehānisko) darbu. Un vēl viena lieta: tas ir darbs, kas var raksturot noteikta spēka darbības rezultātu. Tātad, ja cilvēks iet, tad noteikti spēki (berze, gravitācija utt.) veic mehānisku darbu uz cilvēku, un to darbības rezultātā cilvēks maina savu atrašanās vietas punktu, citiem vārdiem sakot, viņš kustas.
Darbs kā fizisks lielums ir vienāds ar spēku, kas iedarbojas uz ķermeni, reizināts ar ceļu, ko ķermenis veica šī spēka ietekmē un tā norādītajā virzienā. Var teikt, ka mehāniskais darbs tika veikts, ja vienlaikus bija izpildīti 2 nosacījumi: spēks iedarbojās uz ķermeni, un tas virzījās savas darbības virzienā. Bet tas netika veikts vai netiek veikts, ja spēks darbojās, un ķermenis nemainīja savu atrašanās vietu koordinātu sistēmā. Šeit ir nelieli piemēri, kur mehāniskais darbs netiek veikts:
- Tātad cilvēks var uzkrist uz milzīga laukakmens, lai to pārvietotu, bet spēka nepietiek. Spēks iedarbojas uz akmeni, bet tas nekustas, un darbs nenotiek.
- Ķermenis pārvietojas koordinātu sistēmā, un spēks ir vienāds ar nulli vai arī tie visi tiek kompensēti. To var novērot inerciālās kustības laikā.
- Kad virziens, kurā ķermenis kustas, ir perpendikulārs spēkam. Vilcienam pārvietojoties pa horizontālu līniju, gravitācijas spēks nedara savu darbu.
Atkarībā no noteiktiem apstākļiem mehāniskais darbs var būt negatīvs un pozitīvs. Tātad, ja virzieni un spēki, un ķermeņa kustības ir vienādas, tad notiek pozitīvs darbs. Pozitīva darba piemērs ir gravitācijas ietekme uz krītošu ūdens pilienu. Bet, ja kustības spēks un virziens ir pretējs, tad notiek negatīvs mehāniskais darbs. Šādas iespējas piemērs ir balons, kas paceļas augšup un gravitācija, kas veic negatīvu darbu. Ja ķermenis ir pakļauts vairāku spēku ietekmei, šādu darbu sauc par "rezultējošu spēka darbu".
Praktiskā pielietojuma iezīmes (kinētiskā enerģija)
Mēs pārejam no teorijas uz praktisko daļu. Atsevišķi jārunā par mehānisko darbu un tā izmantošanu fizikā. Kā daudzi droši vien atcerējās, visa ķermeņa enerģija ir sadalīta kinētiskajā un potenciālajā. Kad objekts ir līdzsvarā un nekur nepārvietojas, tā potenciālā enerģija ir vienāda ar kopējo enerģiju, un tā kinētiskā enerģija ir nulle. Kad kustība sākas, potenciālā enerģija sāk samazināties, kinētiskā enerģija pieaugt, bet kopumā tie ir vienādi ar objekta kopējo enerģiju. Materiālajam punktam kinētiskā enerģija tiek definēta kā spēka darbs, kas punktu paātrina no nulles līdz vērtībai H, un formulas formā ķermeņa kinētika ir ½ * M * H, kur M ir masa. Lai noskaidrotu objekta kinētisko enerģiju, kas sastāv no daudzām daļiņām, jāatrod visu daļiņu kinētiskās enerģijas summa, un tā būs ķermeņa kinētiskā enerģija.
Praktiskā pielietojuma iezīmes (potenciālā enerģija)
Gadījumā, ja visi spēki, kas iedarbojas uz ķermeni, ir konservatīvi un potenciālā enerģija ir vienāda ar kopējo, darbs netiek veikts. Šis postulāts ir pazīstams kā mehāniskās enerģijas nezūdamības likums. Mehāniskā enerģija slēgtā sistēmā ir nemainīga laika intervālā. Saglabāšanas likumu plaši izmanto klasiskās mehānikas problēmu risināšanai.
Praktiskā pielietojuma iezīmes (termodinamika)
Termodinamikā darbu, ko gāze veic izplešanās laikā, aprēķina ar spiediena integrāli, kas reizināts ar tilpumu. Šī pieeja ir piemērojama ne tikai gadījumos, kad ir precīza tilpuma funkcija, bet arī visiem procesiem, kurus var attēlot spiediena/tilpuma plaknē. Zināšanas par mehānisko darbu attiecas arī ne tikai uz gāzēm, bet uz visu, kas var radīt spiedienu.
Praktiskā pielietojuma iezīmes praksē (teorētiskā mehānika)
Teorētiskajā mehānikā visas iepriekš aprakstītās īpašības un formulas tiek aplūkotas sīkāk, jo īpaši tās ir projekcijas. Viņa arī sniedz savu definīciju dažādām mehāniskā darba formulām (Rimmera integrāļa definīcijas piemērs): robežu, līdz kurai tiecas visu elementārā darba spēku summa, kad starpsienas smalkums tiecas uz nulli, sauc par spēka darbs gar līkni. Droši vien grūti? Bet nekā, ar teorētisko mehāniku viss. Jā, un viss mehāniskais darbs, fizika un citas grūtības ir beigušās. Tālāk būs tikai piemēri un secinājums.
Mehāniskās darba vienības
SI darba mērīšanai izmanto džoulus, savukārt GHS izmanto ergs:
- 1 J = 1 kg m²/s² = 1 Nm
- 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 dyne cm
- 1 erg = 10–7 J
Mehānisko darbu piemēri
Lai beidzot saprastu tādu jēdzienu kā mehāniskais darbs, jums vajadzētu izpētīt dažus atsevišķus piemērus, kas ļaus jums to aplūkot no daudzām, bet ne visām pusēm:
- Kad cilvēks paceļ akmeni ar rokām, tad ar roku muskuļu spēka palīdzību notiek mehānisks darbs;
- Vilcienam braucot pa sliedēm, to velk traktora vilces spēks (elektriskā lokomotīve, dīzeļlokomotīve utt.);
- Ja paņem pistoli un šauj no tā, tad, pateicoties spiediena spēkam, ko radīs pulvera gāzes, darbs tiks paveikts: lode tiek pārvietota pa pistoles stobru, vienlaikus palielinoties pašas lodes ātrumam. ;
- Ir arī mehānisks darbs, kad berzes spēks iedarbojas uz ķermeni, liekot tam samazināt kustības ātrumu;
- Iepriekš minētais piemērs ar bumbiņām, kad tās paceļas pretējā virzienā attiecībā pret gravitācijas virzienu, ir arī mehāniskā darba piemērs, bet bez gravitācijas Arhimēda spēks darbojas arī tad, kad viss, kas ir vieglāks par gaisu, paceļas augšā.
Kas ir spēks?
Visbeidzot es vēlos pieskarties varas tēmai. Darbu, ko spēks veic vienā laika vienībā, sauc par jaudu. Faktiski jauda ir tāds fizisks lielums, kas atspoguļo darba attiecību pret noteiktu laika periodu, kurā šis darbs tika veikts: M = P / B, kur M ir jauda, P ir darbs, B ir laiks. SI jaudas mērvienība ir 1 vats. Vats ir vienāds ar jaudu, kas vienā sekundē veic viena džoula darbu: 1 W = 1J \ 1s.
Mūsu ikdienas pieredzē vārds "darbs" ir ļoti izplatīts. Bet vajadzētu atšķirt fizioloģisko darbu un darbu no fizikas zinātnes viedokļa. Atnākot mājās no nodarbības, tu saki: “Ak, cik es esmu noguris!”. Tas ir fizioloģisks darbs. Vai, piemēram, komandas darbs iekšā Tautas pasaka"Rāceņi".
1. att. Darbs šī vārda ikdienas nozīmē
Mēs šeit runāsim par darbu no fizikas viedokļa.
Mehāniskais darbs tiek veikts, kad spēks pārvieto ķermeni. Darbu apzīmē ar latīņu burtu A. Stingrāka darba definīcija ir šāda.
Spēka darbs ir fizisks lielums, kas vienāds ar spēka lieluma un ķermeņa noietā attāluma reizinājumu spēka virzienā.
2. att. Darbs ir fizisks lielums
Formula ir derīga, ja uz ķermeni iedarbojas nemainīgs spēks.
Starptautiskajā SI vienību sistēmā darbu mēra džoulos.
Tas nozīmē, ka, ja ķermenis pārvietojas 1 metru, iedarbojoties uz 1 ņūtona spēku, tad ar šo spēku tiek veikts 1 džouls.
Darba vienība ir nosaukta angļu zinātnieka Džeimsa Preskota Džoula vārdā.
3. attēls. Džeimss Preskots Džouls (1818–1889)
No darba aprēķināšanas formulas izriet, ka ir trīs gadījumi, kad darbs ir vienāds ar nulli.
Pirmais gadījums ir tad, kad uz ķermeni iedarbojas spēks, bet ķermenis nekustas. Piemēram, uz māju iedarbojas milzīgs gravitācijas spēks. Bet viņa nestrādā, jo māja ir nekustīga.
Otrais gadījums ir tad, kad ķermenis pārvietojas pēc inerces, tas ir, uz to neiedarbojas nekādi spēki. Piemēram, kosmosa kuģis kustība starpgalaktiskajā telpā.
Trešais gadījums ir tad, kad spēks iedarbojas uz ķermeni perpendikulāri ķermeņa kustības virzienam. Šajā gadījumā, lai gan ķermenis kustas un uz to iedarbojas spēks, tomēr ķermeņa kustība nenotiek spēka virzienā.
4. att. Trīs gadījumi, kad darbs ir vienāds ar nulli
Jāsaka arī, ka spēka darbs var būt negatīvs. Tā tas būs, ja notiks ķermeņa kustība pret spēka virzienu. Piemēram, kad celtnis ar trosi paceļ kravu virs zemes, gravitācijas spēks ir negatīvs (un kabeļa augšupvērstā spēka darbs, gluži pretēji, ir pozitīvs).
Pieņemsim, ka, veicot būvdarbus, bedre ir jāpārklāj ar smiltīm. Ekskavatoram būtu vajadzīgas vairākas minūtes, lai to izdarītu, un strādniekam ar lāpstu būtu jāstrādā vairākas stundas. Bet būtu izpildījis gan ekskavators, gan strādnieks tas pats darbs.
5. att. To pašu darbu var veikt atšķirīgs laiks
Lai raksturotu darba ātrumu fizikā, tiek izmantots lielums, ko sauc par jaudu.
Jauda ir fizisks lielums, kas vienāds ar darba attiecību pret tā izpildes laiku.
Jauda ir norādīta ar latīņu burtu N.
SI jaudas mērvienība ir vats.
Viens vats ir jauda, ar kuru vienā sekundē tiek paveikts viens džouls.
Jaudas mērvienība ir nosaukta angļu zinātnieka un tvaika dzinēja izgudrotāja Džeimsa Vata vārdā.
6. attēls. Džeimss Vats (1736–1819)
Apvienojiet darba aprēķina formulu ar jaudas aprēķināšanas formulu.
Tagad atcerieties, ka ķermeņa noietā ceļa attiecība, S, līdz pārvietošanās brīdim t ir ķermeņa ātrums v.
Pa šo ceļu, jauda ir vienāda ar spēka skaitliskās vērtības un ķermeņa ātruma spēka virzienā reizinājumu.
Šo formulu ir ērti izmantot, risinot problēmas, kurās spēks iedarbojas uz ķermeni, kas pārvietojas ar zināmu ātrumu.
Bibliogrāfija
- Lukašiks V.I., Ivanova E.V. Uzdevumu krājums fizikā izglītības iestāžu 7.-9.klasei. - 17. izd. - M.: Apgaismība, 2004.
- Peryshkin A.V. Fizika. 7 šūnas - 14. izd., stereotips. - M.: Bustards, 2010.
- Peryshkin A.V. Fizikas uzdevumu krājums, 7.-9.klase: 5.izd., stereotips. - M: Eksāmenu izdevniecība, 2010. gads.
- Interneta portāls Physics.ru ().
- Interneta portāls Festival.1september.ru ().
- Interneta portāls Fizportal.ru ().
- Interneta portāls Elkin52.narod.ru ().
Mājasdarbs
- Kad darbs ir vienāds ar nulli?
- Kāds darbs tiek veikts ceļā, kas noiets spēka virzienā? Vai pretējā virzienā?
- Kādu darbu veic berzes spēks, kas iedarbojas uz ķieģeli, kad tas pārvietojas 0,4 m? Berzes spēks ir 5 N.
Viens no svarīgākajiem mehānikas jēdzieniem darbaspēks .
Piespiedu darbs
Visus fiziskos ķermeņus pasaulē ap mums virza spēks. Ja kustīgu ķermeni vienā vai pretējā virzienā ietekmē spēks vai vairāki spēki no viena vai vairākiem ķermeņiem, tad viņi saka, ka darbs ir padarīts .
Tas ir, mehānisko darbu veic spēks, kas iedarbojas uz ķermeni. Tādējādi elektriskās lokomotīves vilces spēks iekustina visu vilcienu, tādējādi veicot mehānisku darbu. Velosipēdu virza riteņbraucēja kāju muskuļu spēks. Tāpēc šis spēks veic arī mehānisku darbu.
Fizikā spēka darbs sauc par fizisko lielumu, kas vienāds ar spēka moduļa, spēka pielikšanas punkta nobīdes moduļa un leņķa kosinusu starp spēka un nobīdes vektoriem.
A = F s cos (F, s) ,
kur F spēka modulis,
s- kustību modulis .
Darbs tiek veikts vienmēr, ja leņķis starp spēka vējiem un pārvietojumu nav vienāds ar nulli. Ja spēks darbojas pretējā virzienā kustības virzienam, darba apjoms ir negatīvs.
Darbs netiek veikts, ja uz ķermeni neiedarbojas nekādi spēki vai ja leņķis starp pielikto spēku un kustības virzienu ir 90 o (cos 90 o \u003d 0).
Ja zirgs velk ratus, tad zirga muskuļu spēks jeb vilces spēks, kas vērsts pajūgu virzienā, dara darbu. Un gravitācijas spēks, ar kuru vadītājs spiež uz ratiņiem, nedarbojas, jo tas ir vērsts uz leju, perpendikulāri kustības virzienam.
Spēka darbs ir skalārs lielums.
SI darba mērvienība - džouls. 1 džouls ir darbs, ko veic 1 ņūtona spēks 1 m attālumā, ja spēka virziens un pārvietojums ir vienāds.
Ja uz ķermeni vai materiālu punktu iedarbojas vairāki spēki, tad tie runā par darbu, ko veic to rezultējošais spēks.
Ja pieliktais spēks nav konstants, tad tā darbu aprēķina kā integrāli:
Jauda
Spēks, kas liek ķermenim kustēties, veic mehānisku darbu. Bet tas, kā šis darbs tiek veikts ātri vai lēni, dažreiz ir ļoti svarīgi zināt praksē. Galu galā vienu un to pašu darbu var paveikt dažādos laikos. Darbu, ko veic liels elektromotors, var veikt mazs motors. Bet viņam tas prasīs daudz ilgāku laiku.
Mehānikā ir daudzums, kas raksturo darba ātrumu. Šo vērtību sauc jauda.
Jauda ir noteiktā laika periodā paveiktā darba attiecība pret šī perioda vērtību.
N= A /∆ t
Pēc definīcijas A = F s cos α , a s/∆ t = v , Sekojoši
N= F v cos α = F v ,
kur F - spēks, v ātrums, α ir leņķis starp spēka virzienu un ātruma virzienu.
Tas ir jauda - ir ķermeņa spēka vektora un ātruma vektora skalārais reizinājums.
Starptautiskajā SI sistēmā jaudu mēra vatos (W).
1 vata jauda ir 1 džoula (J) darbs, kas tiek veikts 1 sekundē (s).
Jaudu var palielināt, palielinot spēku, kas veic darbu, vai ātrumu, ar kādu šis darbs tiek veikts.
Mehāniskais darbs. Darba vienības.
Ikdienā ar jēdzienu "darbs" mēs saprotam visu.
Fizikā jēdziens Darbs nedaudz savādāk. Tas ir noteikts fiziskais lielums, kas nozīmē, ka to var izmērīt. Fizikā pētījums galvenokārt ir mehāniskais darbs .
Apsveriet mehāniskā darba piemērus.
Vilciens pārvietojas elektriskās lokomotīves vilces spēka iedarbībā, vienlaikus veicot mehānisku darbu. Izšaujot ieroci, pulvera gāzu spiediena spēks darbojas - tas pārvieto lodi pa stobru, savukārt lodes ātrums palielinās.
No šiem piemēriem var redzēt, ka mehāniskais darbs tiek veikts, kad ķermenis pārvietojas spēka iedarbībā. Mehāniskais darbs tiek veikts arī gadījumā, ja spēks, kas iedarbojas uz ķermeni (piemēram, berzes spēks), samazina tā kustības ātrumu.
Vēloties pārvietot skapi, spiežam uz tā ar spēku, bet ja nekustas vienlaicīgi, tad mehānisko darbu neveicam. Var iedomāties gadījumu, kad ķermenis kustas bez spēku līdzdalības (pēc inerces), šajā gadījumā netiek veikts arī mehāniskais darbs.
Tātad, mehāniskais darbs tiek veikts tikai tad, kad uz ķermeni iedarbojas spēks un tas kustas .
Ir viegli saprast, ka jo lielāks spēks iedarbojas uz ķermeni un jo garāks ceļš, pa kuru ķermenis iet šī spēka iedarbībā, jo lielāks ir paveiktais darbs.
Mehāniskais darbs ir tieši proporcionāls pieliktajam spēkam un tieši proporcionāls nobrauktajam attālumam. .
Tāpēc mēs vienojāmies mērīt mehānisko darbu ar spēka reizinājumu un ceļu, kas noiets šajā spēka virzienā:
darbs = spēks × ceļš
kur BET- Darbs, F- spēks un s- nobrauktais attālums.
Darba vienība ir darbs, kas veikts ar 1 N spēku uz 1 m gara ceļa.
Darba vienība - džouls (Dž ) ir nosaukts angļu zinātnieka Džoula vārdā. Pa šo ceļu,
1 J = 1 N m.
Arī lietots kilodžouli (kJ) .
1 kJ = 1000 J.
Formula A = Fs piemērojams, ja jauda F ir nemainīgs un sakrīt ar ķermeņa kustības virzienu.
Ja spēka virziens sakrīt ar ķermeņa kustības virzienu, tad šis spēks veic pozitīvu darbu.
Ja ķermeņa kustība notiek virzienā, kas ir pretējs pieliktā spēka virzienam, piemēram, slīdēšanas berzes spēkam, tad šis spēks veic negatīvu darbu.
Ja spēka virziens, kas iedarbojas uz ķermeni, ir perpendikulārs kustības virzienam, tad šis spēks nedarbojas, darbs ir nulle:
Turpmāk, runājot par mehānisko darbu, to īsumā sauksim vienā vārdā - darbs.
Piemērs. Aprēķiniet veikto darbu, paceļot granīta plāksni ar tilpumu 0,5 m3 līdz 20 m augstumam Granīta blīvums ir 2500 kg / m 3.
Ņemot vērā:
ρ \u003d 2500 kg / m 3
Risinājums:
kur F ir spēks, kas jāpieliek, lai vienmērīgi paceltu plāksni uz augšu. Šis spēks pēc moduļa ir vienāds ar Fstrand spēku, kas iedarbojas uz plāksni, t.i., F = Fstrand. Un smaguma spēku var noteikt pēc plāksnes masas: Ftyazh = gm. Mēs aprēķinām plātnes masu, zinot tās tilpumu un granīta blīvumu: m = ρV; s = h, t.i., ceļš ir vienāds ar kāpuma augstumu.
Tātad, 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.
Atbilde: A = 245 kJ.
Sviras.Jauda.Enerģija
Dažādiem dzinējiem ir vajadzīgs atšķirīgs laiks, lai veiktu vienu un to pašu darbu. Piemēram, celtnis būvlaukumā dažu minūšu laikā paceļ simtiem ķieģeļu uz ēkas augšējo stāvu. Ja strādnieks šos ķieģeļus pārvietotu, viņam tas prasītu vairākas stundas. Vēl viens piemērs. Zirgs hektāru zemes var uzart 10-12 stundās, savukārt traktors ar vairāku daļu arklu ( arkls- arkla daļa, kas nogriež zemes slāni no apakšas un pārnes to uz izgāztuvi; multi-share - daudz akciju), šis darbs tiks veikts 40-50 minūtes.
Skaidrs, ka celtnis to pašu darbu veic ātrāk par strādnieku, bet traktors ātrāk par zirgu. Darba ātrumu raksturo īpaša vērtība, ko sauc par jaudu.
Jauda ir vienāda ar darba attiecību pret laiku, kurā tas tika pabeigts.
Lai aprēķinātu jaudu, ir nepieciešams sadalīt darbu ar laiku, kurā šis darbs tiek veikts. jauda = darbs / laiks.
kur N- jauda, A- Darbs, t- paveiktā darba laiks.
Jauda ir nemainīga vērtība, kad katru sekundi tiek veikts viens un tas pats darbs, citos gadījumos attiecība A/t nosaka vidējo jaudu:
N sal. = A/t . Jaudas mērvienība tika uzskatīta par jaudu, ar kuru J tiek veikts darbs 1 s.
Šo vienību sauc par vatu ( Otr) par godu citam angļu zinātniekam Vatam.
1 vats = 1 džouls/ 1 sekunde, vai 1 W = 1 J/s.
Vats (džouls sekundē) - W (1 J / s).
Lielākas jaudas vienības plaši izmanto inženierzinātnēs - kilovats (kW), megavatu (MW) .
1 MW = 1 000 000 W
1 kW = 1000 W
1 mW = 0,001 W
1 W = 0,000001 MW
1 W = 0,001 kW
1 W = 1000 mW
Piemērs. Atrast caur dambi plūstošā ūdens plūsmas jaudu, ja ūdenskrituma augstums ir 25 m un plūsmas ātrums ir 120 m3 minūtē.
Ņemot vērā:
ρ = 1000 kg/m3
Risinājums:
Krītošā ūdens masa: m = ρV,
m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120 000 kg (12 104 kg).
Gravitācijas spēks, kas iedarbojas uz ūdeni:
F = 9,8 m/s2 120 000 kg ≈ 1 200 000 N (12 105 N)
Paveiktais darbs minūtē:
A — 1 200 000 N 25 m = 30 000 000 J (3 107 J).
Plūsmas jauda: N = A/t,
N = 30 000 000 J / 60 s = 500 000 W = 0,5 MW.
Atbilde: N = 0,5 MW.
Dažādu motoru jauda svārstās no simtdaļām un desmitdaļām kilovatu (elektriskais skuvekļa motors, šujmašīna) līdz simtiem tūkstošu kilovatu (ūdens un tvaika turbīnas).
5. tabula
Dažu dzinēju jauda, kW.
Katram dzinējam ir plāksnīte (dzinēja pase), kurā ir daži dati par dzinēju, ieskaitot tā jaudu.
Cilvēka jauda normālos darba apstākļos ir vidēji 70-80 vati. Veicot lēcienus, skrienot pa kāpnēm, cilvēks var attīstīt jaudu līdz 730 vatiem un dažos gadījumos pat vairāk.
No formulas N = A/t izriet, ka
Lai aprēķinātu darbu, ir jāreizina jauda ar laiku, kurā šis darbs tika veikts.
Piemērs. Telpas ventilatora motora jauda ir 35 vati. Cik daudz darba viņš paveic 10 minūtēs?
Pierakstīsim problēmas stāvokli un atrisināsim to.
Ņemot vērā:
Risinājums:
A = 35 W * 600 s = 21 000 W * s = 21 000 J = 21 kJ.
Atbilde A= 21 kJ.
vienkārši mehānismi.
Kopš neatminamiem laikiem cilvēks mehānisko darbu veikšanai izmantojis dažādas ierīces.
Ikviens zina, ka smagu priekšmetu (akmens, skapis, mašīna), kuru nevar pārvietot ar roku, var pārvietot ar diezgan garu nūju - sviru.
Šobrīd tiek uzskatīts, ka ar sviru palīdzību pirms trīs tūkstošiem gadu piramīdu būvniecības laikā g. Senā Ēģipte viņi pārvietoja un pacēla smagās akmens plāksnes lielā augstumā.
Daudzos gadījumos tā vietā, lai paaugstinātu liela slodze līdz noteiktam augstumam, to var ieripināt vai vilkt līdz tādam pašam augstumam pa slīpu plakni vai pacelt, izmantojot blokus.
Ierīces, ko izmanto jaudas pārveidošanai, sauc mehānismi .
Vienkāršos mehānismos ietilpst: sviras un to šķirnes - bloks, vārti; slīpa plakne un tās šķirnes - ķīlis, skrūve. Vairumā gadījumu tiek izmantoti vienkārši mehānismi, lai iegūtu spēka pieaugumu, t.i., vairākas reizes palielinātu spēku, kas iedarbojas uz ķermeni.
Vienkārši mehānismi ir sastopami gan mājsaimniecībās, gan visās sarežģītajās rūpnīcu un rūpnīcu iekārtās, kas griež, griež un štancē lielas tērauda loksnes vai izvelk smalkākos pavedienus, no kuriem pēc tam tiek izgatavoti audumi. Tādus pašus mehānismus var atrast mūsdienu kompleksajos automātos, drukāšanas un skaitīšanas iekārtās.
Sviras roka. Spēku līdzsvars uz sviras.
Apsveriet vienkāršāko un visizplatītāko mehānismu - sviru.
Svira ir stingrs korpuss, kas var griezties ap fiksētu balstu.
Attēli parāda, kā strādnieks izmanto lauzni, lai paceltu kravu kā sviru. Pirmajā gadījumā strādnieks ar spēku F nospiež lauzņa galu B, otrajā - paceļ galu B.
Strādniekam jāpārvar kravas svars P- spēks, kas vērsts vertikāli uz leju. Šim nolūkam viņš griež lauzni ap asi, kas iet caur vienīgo nekustīgs lūzuma punkts – tā atbalsta punkts O. Spēks F, ar kuru strādnieks iedarbojas uz sviru, mazāks spēks P, tāpēc strādnieks saņem iegūt spēku. Ar sviras palīdzību jūs varat pacelt tik smagu kravu, ka jūs to nevarat pacelt saviem spēkiem.
Attēlā parādīta svira, kuras griešanās ass ir O(balstpunkts) atrodas starp spēku pielikšanas punktiem BET un AT. Citā attēlā parādīta šīs sviras diagramma. Abi spēki F 1 un F 2, kas iedarbojas uz sviru, ir vērsti tajā pašā virzienā.
Īsāko attālumu starp atbalsta punktu un taisni, pa kuru spēks iedarbojas uz sviru, sauc par spēka plecu.
Lai atrastu spēka plecu, ir jānolaiž perpendikuls no atbalsta punkta līdz spēka darbības līnijai.Šī perpendikula garums būs šī spēka plecs. Attēlā redzams, ka OA- plecu spēks F 1; OV- plecu spēks F 2. Spēki, kas iedarbojas uz sviru, var to pagriezt ap asi divos virzienos: pulksteņrādītāja virzienā vai pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Jā, spēks F 1 pagriež sviru pulksteņrādītāja virzienā, un spēku F 2 pagriež to pretēji pulksteņrādītāja virzienam.
Eksperimentāli var noteikt apstākļus, kādos svira atrodas līdzsvarā, iedarbojoties uz tai pielikto spēku. Tajā pašā laikā jāatceras, ka spēka darbības rezultāts ir atkarīgs ne tikai no tā skaitliskās vērtības (moduļa), bet arī no punkta, kurā tas tiek piemērots ķermenim vai kā tas tiek virzīts.
No sviras (skat. att.) abās atbalsta punkta pusēs tiek piekarināti dažādi atsvari, lai katru reizi svira paliktu līdzsvarā. Spēki, kas iedarbojas uz sviru, ir vienādi ar šo slodžu svariem. Katram gadījumam tiek mērīti spēku moduļi un to pleci. No 154. attēlā redzamās pieredzes var redzēt, ka spēks 2 H līdzsvaro spēku 4 H. Šajā gadījumā, kā redzams attēlā, mazāka spēka plecs ir 2 reizes lielāks nekā lielāka spēka plecs.
Pamatojoties uz šādiem eksperimentiem, tika izveidots sviras līdzsvara stāvoklis (noteikums).
Svira atrodas līdzsvarā, kad spēki, kas uz to iedarbojas, ir apgriezti proporcionāli šo spēku pleciem.
Šo noteikumu var uzrakstīt kā formulu:
F 1/F 2 = l 2/ l 1 ,
kur F 1un F 2 - spēki, kas iedarbojas uz sviru, l 1un l 2 , - šo spēku pleci (skat. att.).
Sviras līdzsvara likumu iedibināja Arhimēds ap 287.-212. BC e. (Bet vai pēdējā rindkopā nebija teikts, ka sviras izmantoja ēģiptieši? Vai arī šeit ir svarīgs vārds "iedibināts"?)
No šī noteikuma izriet, ka mazāku spēku var līdzsvarot ar lielāka spēka sviru. Lai viena sviras roka būtu 3 reizes lielāka par otru (sk. att.). Pēc tam, pieliekot, piemēram, 400 N lielu spēku punktā B, ir iespējams pacelt akmeni, kas sver 1200 N. Lai paceltu vēl lielāku slodzi, jāpalielina sviras sviras garums, uz kura strādnieku darbības.
Piemērs. Izmantojot sviru, strādnieks paceļ 240 kg smagu plāksni (sk. 149. att.). Kādu spēku viņš pieliek uz sviras lielāko plecu, kas ir 2,4 m, ja mazākā roka ir 0,6 m?
Pierakstīsim problēmas stāvokli un atrisināsim to.
Ņemot vērā:
Risinājums:
Saskaņā ar sviras līdzsvara noteikumu F1/F2 = l2/l1, no kurienes F1 = F2 l2/l1, kur F2 = P ir akmens svars. Akmens svars asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N
Tad F1 = 2400 N 0,6 / 2,4 = 600 N.
Atbilde: F1 = 600 N.
Mūsu piemērā strādnieks pārvar spēku 2400 N, pieliekot svirai spēku 600 N. Bet tajā pašā laikā plecs, uz kura darbojas strādnieks, ir 4 reizes garāks nekā tas, uz kuru iedarbojas akmens svars. ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).
Piemērojot sviras noteikumu, mazāks spēks var līdzsvarot lielāku spēku. Šajā gadījumā mazākā spēka plecam jābūt garākam par lielāka spēka plecu.
Spēka mirklis.
Jūs jau zināt sviras līdzsvara noteikumu:
F 1 / F 2 = l 2 / l 1 ,
Izmantojot proporcijas īpašību (tā galējo vārdu reizinājums ir vienāds ar tā vidējo vārdu reizinājumu), mēs to rakstām šādā formā:
F 1l 1 = F 2 l 2 .
Vienādojuma kreisajā pusē ir spēka reizinājums F 1 uz viņas pleca l 1, un labajā pusē - spēka reizinājums F 2 uz viņas pleca l 2 .
Tiek saukts ķermeņa un tā roku rotējošā spēka moduļa reizinājums spēka moments; to apzīmē ar burtu M. Tātad,
Svira atrodas līdzsvarā divu spēku iedarbībā, ja spēka moments, pagriežot to pulksteņrādītāja kustības virzienā, ir vienāds ar spēka momentu, pagriežot to pretēji pulksteņrādītāja virzienam.
Šo noteikumu sauc momenta noteikums , var uzrakstīt kā formulu:
M1 = M2
Patiešām, mūsu aplūkotajā eksperimentā (§ 56) iedarbojošie spēki bija vienādi ar 2 N un 4 N, to pleciem attiecīgi bija 4 un 2 sviras spiediens, t.i., šo spēku momenti ir vienādi, kad svira. ir līdzsvarā.
Spēka momentu, tāpat kā jebkuru fizisku lielumu, var izmērīt. Par spēka momenta vienību tiek ņemts spēka moments 1 N, kura plecs ir tieši 1 m.
Šo vienību sauc ņūtonmetrs (N m).
Spēka moments raksturo spēka darbību un parāda, ka tas vienlaikus ir atkarīgs no spēka moduļa un no tā pleca. Patiešām, mēs jau zinām, piemēram, ka spēka ietekme uz durvīm ir atkarīga gan no spēka moduļa, gan no tā, kur spēks tiek pielikts. Durvis ir vieglāk pagriezt, jo tālāk no griešanās ass tiek pielikts spēks, kas iedarbojas uz tām. Labāk ir atskrūvēt uzgriezni ar garu uzgriežņu atslēgu, nevis ar īsu. Jo vieglāk no akas izcelt spaini, garāks vārtu rokturis utt.
Sviras tehnoloģijās, ikdienā un dabā.
Sviras noteikums (jeb momentu likums) ir pamatā dažādu instrumentu un ierīču darbībai, ko izmanto tehnoloģijās un ikdienā, kur nepieciešama spēka palielināšana vai uz ceļa.
Strādājot ar šķērēm, mēs iegūstam spēku. Šķēres - tā ir svira(rīsi), kura griešanās ass notiek caur skrūvi, kas savieno abas šķēru puses. darbības spēks F 1 ir tās personas rokas muskuļu spēks, kas saspiež šķēres. Pretējs spēks F 2 - tāda materiāla pretestības spēks, kas tiek sagriezts ar šķērēm. Atkarībā no šķēru mērķa to ierīce ir atšķirīga. Biroja šķērēm, kas paredzētas papīra griešanai, ir gari asmeņi un gandrīz vienāda garuma rokturi. Papīra griešanai nav nepieciešams liels spēks, un ērtāk ir griezt taisnā līnijā ar garu asmeni. Griešanas šķēres lokšņu metāls(att.) ir daudz garāki rokturi nekā asmeņiem, jo metāla pretestības spēks ir liels un, lai to līdzsvarotu, plecs darbības spēks ir ievērojami jāpalielina. Vēl lielāka atšķirība starp rokturu garumu un griešanas daļas attālumu un griešanās asi stiepļu griezēji(Zīm.), Paredzēts stieples griešanai.
Sviras dažāda veida daudzām automašīnām ir. Šujmašīnas rokturis, velosipēda pedāļi vai rokas bremzes, automašīnu un traktoru pedāļi, klavieru taustiņi ir šajās mašīnās un instrumentos izmantoto sviru piemēri.
Sviru izmantošanas piemēri ir skrūvspīļu un darbagaldu rokturi, urbjmašīnas svira u.c.
Arī sviras līdzsvaru darbība balstās uz sviras principu (att.). Apmācības skala, kas parādīta 48. attēlā (42. lpp.), darbojas kā vienādas rokas svira . AT decimāldaļas roka, pie kuras ir piekārta krūze ar atsvariem, ir 10 reizes garāka nekā roka, kas nes slodzi. Tas ievērojami vienkāršo lielu kravu svēršanu. Sverot slodzi uz decimāldaļas, atsvaru svaru reiziniet ar 10.
Arī svaru ierīce automašīnu kravas vagonu svēršanai ir balstīta uz sviras likumu.
Sviras ir arī atrodamas dažādas daļas dzīvnieku un cilvēku ķermeņi. Tās ir, piemēram, rokas, kājas, žokļi. Daudzas sviras atrodamas kukaiņu ķermenī (izlasot grāmatu par kukaiņiem un to ķermeņa uzbūvi), putniem, augu struktūrā.
Sviras līdzsvara likuma piemērošana blokam.
Bloķēt ir ritenis ar rievu, pastiprināts turētājā. Gar bloka noteku tiek novadīta virve, kabelis vai ķēde.
Fiksēts bloks sauc šādu bloku, kura ass ir fiksēta un, paceļot kravas, tas neceļas un nekrīt (att.
Fiksētu bloku var uzskatīt par vienādsviras sviru, kurā spēku virzieni ir vienādi ar riteņa rādiusu (Zīm.): OA = OB = r. Šāds bloks nedod spēka pieaugumu. ( F 1 = F 2), bet ļauj mainīt spēka virzienu. Pārvietojams bloks ir bloks. kuras ass ceļas un krīt kopā ar slodzi (att.). Attēlā parādīta atbilstošā svira: O- sviras atbalsta punkts, OA- plecu spēks R un OV- plecu spēks F. Kopš pleca OV 2 reizes plecu OA, tad spēks F 2 reizes mazāka jauda R:
F = P/2 .
Pa šo ceļu, kustīgais bloks dod spēku 2 reizes .
To var pierādīt arī izmantojot spēka momenta jēdzienu. Kad bloks atrodas līdzsvarā, spēku momenti F un R ir vienādi viens ar otru. Bet spēka plecs F 2 reizes lielāks par plecu spēku R, kas nozīmē, ka pats spēks F 2 reizes mazāka jauda R.
Parasti praksē tiek izmantota fiksēta bloka kombinācija ar kustīgu (Zīm.). Fiksētais bloks tiek izmantots tikai ērtībai. Tas nedod spēka pieaugumu, bet maina spēka virzienu. Piemēram, tas ļauj pacelt kravu, stāvot uz zemes. Tas noder daudziem cilvēkiem vai darbiniekiem. Tomēr tas dod jaudas pieaugumu 2 reizes vairāk nekā parasti!
Darba vienlīdzība, izmantojot vienkāršus mehānismus. Mehānikas "zelta likums".
Mūsu aplūkotie vienkāršie mehānismi tiek izmantoti darbu veikšanā tajos gadījumos, kad ar viena spēka darbību nepieciešams līdzsvarot citu spēku.
Likumsakarīgi rodas jautājums: vai tad, ja tiek iegūts spēks vai ceļš, vienkārši mehānismi nedod ieguvumu darbā? Atbildi uz šo jautājumu var iegūt no pieredzes.
Līdzsvarojot uz sviras divus dažāda moduļa spēkus F 1 un F 2 (att.), iestatiet sviru kustībā. Izrādās, ka tajā pašā laikā mazāka spēka pielikšanas punkts F 2 iet tālu s 2, un lielāka spēka pielikšanas punkts F 1 - mazāks ceļš s 1. Izmērot šos ceļus un spēka moduļus, mēs atklājam, ka ceļi, ko šķērso spēku pielikšanas punkti uz sviru, ir apgriezti proporcionāli spēkiem:
s 1 / s 2 = F 2 / F 1.
Tādējādi, iedarbojoties uz sviras garo roku, mēs uzvaram spēkos, bet tajā pašā laikā zaudējam tikpat daudz ceļā.
Spēka produkts F ceļā s ir darbs. Mūsu eksperimenti parāda, ka svirai pielikto spēku darbs ir vienāds viens ar otru:
F 1 s 1 = F 2 s 2, t.i. BET 1 = BET 2.
Tātad, izmantojot sviru, laimests darbā nedarbosies.
Izmantojot sviru, mēs varam uzvarēt gan spēkā, gan distancē. Darbojoties ar spēku uz īso sviras plecu, mēs iegūstam attālumu, bet zaudējam spēku tikpat daudz.
Ir leģenda, ka Arhimēds, sajūsmā par sviras noteikuma atklāšanu, iesaucās: "Dodiet man atbalsta punktu, un es pagriezīšu Zemi!".
Protams, Arhimēds ar šādu uzdevumu nebūtu varējis tikt galā pat tad, ja viņam būtu dots atbalsta punkts (kam būtu jāatrodas ārpus Zemes) un vajadzīgā garuma svira.
Lai paceltu zemi tikai par 1 cm, sviras garajai rokai būtu jāapraksta milzīga garuma loka. Lai pa šo ceļu pārvietotu sviras garo galu, piemēram, ar ātrumu 1 m/s, būtu jāpaiet miljoniem gadu!
Nedod ieguvumu darbā un fiksētu bloku, ko ir viegli pārbaudīt pēc pieredzes (sk. att.). Ceļi, ko šķērso spēku pielikšanas punkti F un F, ir vienādi, tie paši ir spēki, kas nozīmē, ka darbs ir vienāds.
Ar kustīga bloka palīdzību iespējams izmērīt un salīdzināt savā starpā paveikto. Lai ar kustīga bloka palīdzību paceltu kravu līdz augstumam h, nepieciešams pārcelt virves galu, pie kura piestiprināts dinamometrs, kā rāda pieredze (att.), uz 2h augstumu.
Pa šo ceļu, iegūstot spēku 2 reizes, viņi zaudē 2 reizes ceļā, tāpēc kustīgais bloks nedod pieaugumu darbā.
Gadsimtiem ilga prakse to ir pierādījusi neviens no mehānismiem nedod ieguvumu darbā. Lai uzvarētu spēkos vai ceļā, atkarībā no darba apstākļiem tiek izmantoti dažādi mehānismi.
Jau senie zinātnieki zināja likumu, kas attiecas uz visiem mehānismiem: cik reizes uzvaram spēkos, cik reizes zaudējam distancē. Šo noteikumu sauc par mehānikas "zelta likumu".
Mehānisma efektivitāte.
Ņemot vērā sviras ierīci un darbību, mēs neņēmām vērā berzi, kā arī sviras svaru. šajos ideālajos apstākļos pielietotā spēka paveiktais darbs (mēs to sauksim par darbu pabeigts), ir vienāds ar noderīga kravu celšana vai jebkādas pretestības pārvarēšana.
Praksē kopējais mehānisma veiktais darbs vienmēr ir nedaudz lielāks noderīgs darbs.
Daļa darba tiek veikta pret berzes spēku mehānismā un kustinot tā atsevišķās daļas. Tātad, izmantojot kustamo bloku, papildus jāveic darbi pie paša bloka, virves pacelšanas un berzes spēka noteikšanas bloka asī.
Lai kādu mehānismu mēs izvēlētos, ar tā palīdzību paveiktais noderīgais darbs vienmēr ir tikai daļa no kopējā darba. Tātad, lietderīgo darbu apzīmējot ar burtu Ap, pilno (iztērēto) ar burtu Az, varam rakstīt:
Uz augšu< Аз или Ап / Аз < 1.
Noderīgā darba attiecību pret kopējo darbu sauc par mehānisma efektivitāti.
Efektivitāte tiek saīsināta kā efektivitāte.
Efektivitāte = Ap / Az.
Efektivitāti parasti izsaka procentos un apzīmē ar grieķu burtu η, to lasa kā "šo":
η \u003d Ap / Az 100%.
Piemērs: No sviras īsās rokas ir piekārta 100 kg smaga masa. Lai to paceltu, garajai rokai tika pielikts spēks 250 N. Krava tika pacelta augstumā h1 = 0,08 m, savukārt virzošā spēka pielikšanas punkts nokritās līdz augstumam h2 = 0,4 m. Atrast efektivitāti svira.
Pierakstīsim problēmas stāvokli un atrisināsim to.
Ņemot vērā :
Risinājums :
η \u003d Ap / Az 100%.
Pilns (iztērēts) darbs Az = Fh2.
Noderīgs darbs 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%.
Atbilde : η = 80%.
Bet "zelta likums" ir izpildīts arī šajā gadījumā. Daļa lietderīgā darba – 20% no tā – tiek tērēta berzes pārvarēšanai sviras asī un gaisa pretestībai, kā arī pašas sviras kustībai.
Jebkura mehānisma efektivitāte vienmēr ir mazāka par 100%. Izstrādājot mehānismus, cilvēki mēdz palielināt savu efektivitāti. Lai to izdarītu, tiek samazināta berze mehānismu asīs un to svars.
Enerģija.
Rūpnīcās un rūpnīcās mašīnas un mašīnas darbina elektromotori, kas patērē elektroenerģiju (tātad nosaukums).
Saspiesta atspere (rīsi), iztaisnojoties, darbojas, paceļ kravu augstumā vai liek pārvietoties ratiem. Virs zemes pacelta nekustama krava darbu nedara, bet ja šī slodze nokrīt, tā var strādāt (piemēram, var iedzīt zemē kaudzi). Katram kustīgam ķermenim ir spēja veikt darbu. Tātad no slīpas plaknes noripota tērauda lode A (rīsi), atsitoties pret koka kluci B, pārvieto to noteiktā attālumā. To darot, darbs tiek veikts. Ja ķermenis vai vairāki savstarpēji mijiedarbojoši ķermeņi (ķermeņu sistēma) var veikt darbu, saka, ka tiem ir enerģija. Enerģija - fizisks lielums, kas parāda, kādu darbu ķermenis (vai vairāki ķermeņi) spēj veikt. Enerģija SI sistēmā tiek izteikta tādās pašās vienībās kā darbs, t.i., collās džouliem. Jo vairāk darba ķermenis var paveikt, jo vairāk enerģijas tam ir. Kad darbs tiek darīts, ķermeņu enerģija mainās. Paveiktais darbs ir vienāds ar enerģijas izmaiņām. Potenciālā un kinētiskā enerģija.Potenciāls (no lat. potenci - iespēja) enerģiju sauc par enerģiju, ko nosaka mijiedarbojošo ķermeņu un viena ķermeņa daļu savstarpējais novietojums. Piemēram, potenciālajai enerģijai ķermenis ir pacelts attiecībā pret Zemes virsmu, jo enerģija ir atkarīga no tā un Zemes relatīvā stāvokļa. un to savstarpējā pievilcība. Ja uz Zemes guļoša ķermeņa potenciālo enerģiju uzskatām par vienādu ar nulli, tad noteiktā augstumā pacelta ķermeņa potenciālo enerģiju noteiks gravitācijas darbs, ķermenim nokrītot uz Zemi. Apzīmē ķermeņa potenciālo enerģiju E n tāpēc, ka E = A, un darbs, kā zināms, ir vienāds ar spēka un ceļa reizinājumu, tad A = Fh, kur F- gravitācija. Tādējādi potenciālā enerģija En ir vienāda ar: E = Fh vai E = gmh, kur g- gravitācijas paātrinājums, m- ķermeņa masa, h- augstums, līdz kuram ķermenis ir pacelts. Ūdenim upēs, ko tur aizsprosti, ir milzīga potenciālā enerģija. Krītot, ūdens darbojas, iedarbinot spēkstaciju jaudīgās turbīnas. Kopras āmura potenciālā enerģija (att.) tiek izmantota būvniecībā pāļu dzīšanas darbu veikšanai. Atverot durvis ar atsperi, tiek veikts darbs, lai izstieptu (vai saspiestu) atsperi. Pateicoties iegūtajai enerģijai, atspere, saraujoties (vai iztaisnojot), veic darbu, aizverot durvis. Saspiestu un nesavērptu atsperu enerģija tiek izmantota, piemēram, rokas pulksteņos, dažādās pulksteņa rotaļlietās u.c. Jebkuram elastīgam deformētam ķermenim piemīt potenciālā enerģija. Saspiestās gāzes potenciālā enerģija tiek izmantota siltumdzinēju darbībā, domkratos, ko plaši izmanto ieguves rūpniecībā, ceļu būvniecībā, cietas grunts rakšanā u.c. Enerģiju, kas piemīt ķermenim tā kustības rezultātā, sauc par kinētisko (no grieķu valodas. kino - kustību) enerģija. Ķermeņa kinētisko enerģiju apzīmē ar burtu E uz. Kustīgs ūdens, vadot hidroelektrostaciju turbīnas, iztērē savu kinētisko enerģiju un strādā. Kustīgam gaisam piemīt arī kinētiskā enerģija – vējš. No kā ir atkarīga kinētiskā enerģija? Pievērsīsimies pieredzei (skat. att.). Ja ripināsiet bumbu A no dažādiem augstumiem, pamanīsit, ka jo lielākā augstumā bumbiņa ripo, jo lielāks ir tās ātrums un jo tālāk tā virza stieni, t.i., tā veic vairāk darba. Tas nozīmē, ka ķermeņa kinētiskā enerģija ir atkarīga no tā ātruma. Ātruma dēļ lidojošai lodei ir liela kinētiskā enerģija. Ķermeņa kinētiskā enerģija ir atkarīga arī no tā masas. Atkārtosim eksperimentu, bet no slīpas plaknes izripināsim vēl vienu bumbiņu – lielāku masu. B bloks virzīsies tālāk, t.i., tiks paveikts vairāk darba. Tas nozīmē, ka otrās lodītes kinētiskā enerģija ir lielāka nekā pirmās. Jo lielāka ir ķermeņa masa un ātrums, ar kādu tas pārvietojas, jo lielāka ir tā kinētiskā enerģija. Lai noteiktu ķermeņa kinētisko enerģiju, tiek izmantota formula: Ek \u003d mv ^ 2/2, kur m- ķermeņa masa, v ir ķermeņa ātrums. Tehnoloģijās izmanto ķermeņu kinētisko enerģiju. Dambja aizturētajam ūdenim, kā jau minēts, ir liela potenciālā enerģija. Krītot no aizsprosta, ūdens kustas un tam ir tikpat liela kinētiskā enerģija. Tas darbina turbīnu, kas savienota ar elektriskās strāvas ģeneratoru. Pateicoties ūdens kinētiskajai enerģijai, rodas elektriskā enerģija. Ūdens pārvietošanas enerģijai ir liela nozīme valsts ekonomikā. Šo enerģiju izmanto jaudīgas hidroelektrostacijas. Krītošā ūdens enerģija atšķirībā no kurināmā enerģijas ir videi draudzīgs enerģijas avots. Visiem ķermeņiem dabā, salīdzinot ar nosacīto nulles vērtību, ir vai nu potenciālā, vai kinētiskā enerģija, un dažreiz abas. Piemēram, lidojošai lidmašīnai ir gan kinētiskā, gan potenciālā enerģija attiecībā pret Zemi. Iepazināmies ar diviem mehāniskās enerģijas veidiem. Citi enerģijas veidi (elektriskā, iekšējā utt.) tiks apskatīti citās fizikas kursa sadaļās. Viena veida mehāniskās enerģijas pārvēršana citā. Viena veida mehāniskās enerģijas pārveidošanās citā parādību ir ļoti ērti novērot attēlā redzamajā ierīcē. Aptinot vītni ap asi, paceliet ierīces disku. Uz augšu paceltajam diskam ir zināma potenciālā enerģija. Ja tu to atlaidīsi, tas griezīsies un nokritīs. Tam krītot, diska potenciālā enerģija samazinās, bet tajā pašā laikā palielinās tā kinētiskā enerģija. Kritiena beigās diskam ir tāda kinētiskās enerģijas rezerve, ka tas atkal var pacelties gandrīz līdz iepriekšējam augstumam. (Daļa enerģijas tiek iztērēta, strādājot pret berzi, tāpēc disks nesasniedz sākotnējo augstumu.) Pacēlies uz augšu, disks atkal nokrīt un tad atkal paceļas. Šajā eksperimentā, diskam virzoties uz leju, tā potenciālā enerģija tiek pārvērsta kinētiskajā enerģijā, un, virzoties uz augšu, kinētiskā enerģija tiek pārvērsta potenciālā. Enerģijas pārveide no viena veida citā notiek arī tad, kad divi elastīgi ķermeņi atsitas, piemēram, gumijas lodi pret grīdu vai tērauda lodi pret tērauda plāksni. Ja pacelsiet tērauda lodi (rīsus) virs tērauda plāksnes un atlaidīsiet to no rokām, tā nokritīs. Bumbai krītot, tās potenciālā enerģija samazinās, un kinētiskā enerģija palielinās, palielinoties bumbiņas ātrumam. Kad bumba atsitās pret šķīvi, gan bumba, gan plāksne tiks saspiesta. Bumbiņas kinētiskā enerģija pārvērtīsies saspiestās plāksnes un saspiestās bumbiņas potenciālajā enerģijā. Tad, pateicoties elastīgo spēku iedarbībai, plāksne un bumba iegūs sākotnējo formu. Bumba atsitīsies no plāksnes, un to potenciālā enerģija atkal pārvērtīsies lodes kinētiskajā enerģijā: bumba atsitīsies uz augšu ar ātrumu, kas gandrīz vienāds ar ātrumu, kāds tai bija trieciena brīdī pret plāksni. Bumbiņai paceļoties, bumbiņas ātrums un līdz ar to arī kinētiskā enerģija samazinās, un palielinās potenciālā enerģija. atlecot no plāksnes, bumbiņa paceļas gandrīz tādā pašā augstumā, no kā tā sāka krist. Pacelšanās virsotnē visa tā kinētiskā enerģija atkal pārvērtīsies potenciālajā enerģijā. Dabas parādības parasti pavada viena enerģijas veida pārvēršanās citā. Enerģiju var pārnest arī no viena ķermeņa uz otru. Tā, piemēram, šaujot no loka, izstieptas loka auklas potenciālā enerģija tiek pārvērsta lidojošas bultas kinētiskajā enerģijā. |