За да се определи количествено процесът на обмен на енергия между взаимодействащи тела в механиката, се използва понятието „работа на сила”.
С праволинейно движение на тяло и действие на постоянна сила ($ \\ overline (F) $) върху него, което прави някакъв ъгъл $ \\ alpha $ с посоката на движение на тялото ($ \\ overline (s) $), работата на силата ($ A $) е количеството равно на:
От формула (1) следва, че за $ \\ alpha \\ frac (\\ pi) (2) $, силата е положителна величина, а проекцията на силата върху посоката на движение съвпада с посоката на вектора на скоростта на тялото. За $ \\ alpha \u003d \\ frac (\\ pi) (2) $ работата на силата е нула.
Когато е изложена на тялото, силата може да се променя както по величина, така и по посока, поради което за общия случай изразът (1) не се използва за изчисляване на механичната работа. Направете следното. Помислете за безкрайно минималното изместване на тялото ($ d \\ overline (s) $), върху което силата може да се счита за постоянна, а движението на точката на прилагане на сила е право. Тогава елементарната работа ($ dA $) на силата $ \\ overline (F) $ върху изместване $ d \\ overline (s) $ се нарича скаларно количество, равно на:
където $ \\ alpha $ е ъгълът между векторите $ \\ overline (F \\) и \\ d \\ overline (s) $; $ \\ вляво | d \\ надстройка (и) \\ дясно | $ е елементарният път. В този случай механичната работа на силата върху траекторията от една точка до друга се намира като алгебрична сума от елементарна работа в отделни малки участъци. В повечето случаи сумирането се заменя с интеграция:
За да се изчисли интегралът (3), е необходимо да се знае зависимостта на силата от пътя по траекторията от първата точка до втората. Ако зависимостта на силата от пътя е зададена графично, тогава механичната работа е равна на площта на криволинейния трапец, който е ограничен отдолу по оста на абсцисата, в горната част с графика F (s), отдясно и отляво от ординатите на крайните точки.
Единицата на работа в Международната система от единици (SI) е джаулът (J). Един джаул е работата, която сила на един нютон върши по пътя на един метър.
\\ [\\ наляво \u003d 1H \\ cdot 1m \u003d 1J. \\]
Работа и кинетична енергия на тялото, работа на консервативни сили
Елементарната механична работа е равна на безкрайно малка промяна в кинетичната енергия на тялото ($ dE_k $):
Работата на силата върху последния участък от пътя е равна на промяната в кинетичната енергия на тялото:
$ E_ (k2);; E_ (k1) $ са кинетичните енергии на тялото в крайната и началната точка на траекторията. Изразът (5) се извършва, когато телата се движат с всякаква скорост.
Работата на консервативните сили е равна на промяната на потенциалната енергия ($ E_p $) на системата от взаимодействащи тела:
Формули за изчисляване на работата на някои сили
Работата на еластичната сила при опъване на пружината може да се намери като:
където $ k $ е коефициентът на еластичност; $ \\ x_2-x_1 $ - удължаване на пружината при промяна на нейната дължина. Когато пружината е опъната, работата на еластичната сила е отрицателна.
Работата на кулоновата сила при преместване на заряда от точка, определена от радиусния вектор $ (\\ overline (r)) _ 1 $ до точка, дефинирана от радиусния вектор $ (\\ overline (r)) _ 2 $, е равна на:
$ r_1 $; $ \\ r_2 $ - дължината на радиусните вектори на началната и крайната точка на траекторията на точката на прилагане на силата, прилагаща работата; $ q_1, q_2 $ - електрически заряди. Когато разстоянието между зарядите се увеличава, отблъскващите сили извършват положителна механична работа, а атрактивните сили извършват отрицателна механична работа. Работата на кулоновата сила не зависи от траекторията на тялото.
Работата на гравитационните сили се изчислява по формулата:
$ m_1, m_2 $ - масиви взаимодействащи тела; $ \\ gamma $ е гравитационната константа. Работата на гравитацията не зависи от траекторията на телата. Определя се само от радиусните вектори на началната и крайната точка на траекторията.
Примери за задачи с решение
Пример 1
Задачата. Тялото има маса, равна на $ m $. Той се отглежда с ускорение от $ a $. Каква е работата на повдигащата сила, ако тялото е повдигнато на височина $ h $?
Решение. Нека направим рисунка.
Използвайки втория закон на Нютон, базиран на фиг. 1, откриваме величината на силата, която извършва механичната работа:
В проекцията върху оста Y уравнението (1.1) има формата:
изразяваме F от (1.2): \\
Ако силата по време на движението на тялото остане постоянна, тогава ще намерим работа по формулата:
където, при условието на проблема, $ s \u003d h $. От фиг. 1 се вижда, че посоката на силата съвпада с посоката на движение, така че крайната формула на работата приема формата:
Отговорът. $ A \u003d m \\ наляво (a + g \\ вдясно) h $
Пример 2
Задачата. Едно тяло с тегло $ m $ се повдига вертикално нагоре от повърхността на Земята, като действа върху него със силата $ \\ overline (F) $. Силата варира в зависимост от височината според закона: $ \\ overline (F) \u003d - 2m \\ overline (g) (1-Cy) $, където $ C \u003d const\u003e 0 $. Като се има предвид, че гравитационното поле е хомогенно, каква работа върши силата в първата третина на изкачването? Началната скорост на тялото е нула.
Решение. Намерете височината на тялото. От закона за промяна на силата с височина:
\\ [\\ overline (F) \u003d - 2m \\ overline (g) (1-Cy) (2.1) \\]
очевидно е, че тялото ще се издига, докато силата стане равна на нула. От това състояние откриваме височината на издигане:
\\ [- 2m \\ overline (g) \\ наляво (1-Cy \\ дясно) \u003d 0 \\ до 2m \\ overline (g) \\ ne 0 \\ до 1-Cy \u003d 0 \\ до y \u003d \\ frac (1) (C) . \\]
Ще търсим работа, използвайки нейното определение във формата:
където $ ds \u003d dy $, тъй като движението става по оста Y; от уравнението $ \\ overline (F) (y) $ следва, че $ \\ overline (F) \\ uparrow \\ uparrow d \\ overline (s) $, можем да представим формула (2.2) като:
\\) \u003d \\ frac (5mg) (9C).) \\]
Отговорът. $ A \u003d \\ frac (5mg) (9C) $
Тази тема ще се фокусира върху механичната работа и мощността.
механичен работа е скаларно физическо количество, което характеризира процеса на движение на тяло под въздействието на сила. Под действието на постоянна сила тялото се движи праволинейно и прави движение в посока на силата, тогава силата върши работата, равна на произведението на модула на тази сила и модула на движение.
От определението следва мерна единица на работа в метричната система от единици
Тази единица е кръстена на английския учен Джеймс Прескот Джоул, който първи експериментално е създал еквивалентност на работа и топлина.
Това е най-простият случай, когато движението на тялото и силата, действаща върху него, съвпадат по посока.
Сега ще разгледаме как се изчислява работата, когато посоката на силата не съвпада с посоката на движение на тялото. За да направите това, помислете за следния опит. През блока се хвърля конец, върху който виси щанга с някаква маса. Две сили действат върху щанга - гравитация и напрежение на резбата.
Ако дърпате нишката равномерно, тогава тялото ще се движи равномерно и следователно получената сила, действаща върху тялото, ще бъде нулева.
Така че с известно движение на тялото работата на получената сила също ще бъде нулева.
Силата на опъване на конеца обаче върши работа.
Тъй като с равномерно движение силата на опъване на модула на резбата е равна на тежестта на тялото, може да се предположи, че гравитацията върши същата работа по величина, но отрицателна.
От това можем да заключим: работата на сила може да бъде положителна, отрицателна или равна на нула.
Обърнете внимание, че гравитацията в посока, обратна на движението на тялото. Това обстоятелство и други съображения позволяват да се предложи обща формула за работата на постоянна сила с равномерно праволинейно движение. Ако векторът на силата и изместването е ъгъл a един към друг, тогава работата на тази сила е равна на произведението на силовия модул по модула на преместване и косинуса на ъгъла между тях.
Това е общият израз за работата на постоянна сила.
Тази формула показва, че в случая, когато ъгълът между посоката на вектора на силата и вектора на изместване рязък, тогава косинусът на този ъгъл ще бъде по-голям от нула и, следователно, по-голямо от нула ще бъде работата на сила.
Ако векторът на силата и вектора на изместване са тъп ъгъл, тогава косинусът на този ъгъл е по-малък от нула. Така и работата на тази сила ще бъде отрицателна.
И накрая, ако векторът на силата е перпендикулярен на вектора на изместванеслед това работа не е направено (или по-скоро работата на тази сила е нула).
Ако към движещо се тяло се прилагат няколко сили, тогава всяка от тях върши работата и общата работа е равна на алгебричната сума от произведенията, извършени от отделни сили.
работасъвършен със сила може да бъде да намеря и графически, Така че, ако действието на сила върху тялото не се променя във времето и съвпада по посока с движението, тогава работа това на сила числено е равно на област засенчен правоъгълник.
Ако силата се промени по време на движението, тогава работата на тази сила също ще бъде числено равна на площта под кривата. По-специално, фигурата показва графика на силата, която намалява линейно с изминатото разстояние до нула. Очевидно е, че работа това на сила по пътеката числено е равно на област триъгълника.
По-рано беше казано, че основните сили в механиката са гравитационните сили (в частност гравитацията), еластичните сили и силите на триене.
Нека да анализираме по-подробно работата, извършена от всяка от тези сили. Да започнем с работата на гравитацията. Ще го разгледаме, като се има предвид, че тялото е разположено на малки разстояния от земната повърхност. В този случай силата на гравитацията ще бъде постоянна по модул равна
Нека телесната маса m пада от някаква височина з 1 до височина з 2. Тогава модулът на изместване на тялото е равен на разликата на тези височини
Тъй като посоките на движение и сили съвпадат, работата на гравитацията е положителна и равна на произведението на модула на гравитацията и разликата във височините.
Трябва да се помни, че височините, на които се намира тялото, могат да бъдат преброени от всяко ниво. Тя може да бъде нивото на земната повърхност, пода или повърхността на масата. Височината на избраното ниво се приема равна на нула. Следователно това ниво се нарича нула. Така че, ако тялото падне от височина з до нулево ниво, тогава работата на гравитацията е равна на
Сега разбрахме какво прави работната гравитация, ако тялото не се движи вертикално. За да направите това, помислете за движението на тяло в наклонена равнина.
Нека тяло с някаква маса m направи изместване, равно на абсолютна стойност на дължината на наклонената равнина. Работата на гравитацията в този случай е равна на
Фигурата показва това
Следователно работата на гравитацията в този случай също е равна на
Така получихме същия израз за работата на гравитацията, както при вертикалното движение на тялото. От това следва основният извод, че работата на гравитацията не зависи от това по кой път се движи тялото и винаги е равен на произведението на модула на гравитацията и разликата във височината в началното и крайното положение на тялото.
Тогава е очевидно това ако тялото се движи по затворен път, където началните и крайните положения на тялото съвпадат, тогава гравитационната работа е нула, Спомнете си, че такива сили, чиято работа не зависи от формата на траекторията, а се определят само от първоначалните и крайните позиции на тялото в космоса, се наричат потенциал или консервативен, Ето защо, гравитацията е консервативна сила.
Сега анализираме работата, извършена със силата на еластичността. Еластичната сила е силата, която възниква, когато едно тяло се деформира от външни влияния.
Помислете за система, състояща се от пружина и тяло с някаква маса, разположена върху доста гладка хоризонтална повърхност. Левият край на пружината е прикрепен към стената, а десният към тялото. Насочваме х-оста, както е показано на фигурата.
Ако тялото е изместено на определено разстояние от равновесното положение, тогава пружината ще действа върху него с еластична сила, насочена вдясно. Модулът на проекция на тази сила върху оста вол ще се определя от закона на Хук
Сега пуснете тялото. Тогава под действието на силата на пружината тялото ще се измести надясно.
В този случай еластичната сила ще свърши работата. Да предположим, че тялото се е преместило така, че разстоянието от положението на равновесие е станало х 2. Очевидно е, че тогава модулът за изместване на тялото е равен на разликата между началната и крайната координата на тялото.
За да се намери работа перфектна до пружината за преместване на тялото, е необходимо да се вземе предвид, че еластичната сила се променя, тъй като стойността й зависи от удължението на пружината. Използваме графиката на зависимостта на модула на еластичност от удължението на пружината.
Известно е, че работа на сила числено е равно на област под разписание на сила, В разглеждания случай това е площта на трапеца, основата на която са пружинните еластични сили в едно и две положение, а височината е изместването на тялото.
работата на силата на пружината зависи само от координатите на началното и крайното положение, Фигурата показва това х 1 и х 2 - това е удължаването на пружината и координатите на нейния край в избраната координатна система. Ето защо, работата на еластичната сила не зависи от формата на траекторията, А ако траекторията е затворена, тогава работата е равна на нула, По този начин еластичната сила е потенциална сила.
И анализираме работата, извършена от силата на триенето. Помислете за тяло, разположено на някаква повърхност (например лента на повърхността на маса).
Ако натиснете лентата, тя ще влезе в движение, но след известно време тя ще спре. В процеса на преместване на щангата тя се влияе от: гравитация, нормална опорна сила на реакция и сила на триене. Под влияние на тези три сили щангата се движи. Тъй като гравитацията се компенсира от силата на нормалната реакция на масата, получената сила е равна на силата на триене, действаща върху щангата. И тъй като силата на триене е насочена противоположно на изместването, работата на тази сила ще бъде отрицателна (тъй като косинусът от сто осемдесет градуса е равен на минус една).
От формулата следва, че работата на силата на триене зависи от модула на движение на тялото, И дори ако тялото се върне в началната си точка, тогава работата на силата на триене неще бъде нула, Наричат \u200b\u200bсе такива сили, чиято работа зависи от формата на траекторията на тялото и по затворен път nonpotential или разсейване (от латински - разпръскване).
Не бива обаче да се мисли, че работата на силите на триене винаги е отрицателна. Всъщност, благодарение на останалата сила на триене, човек и различни машини се движат по Земята. Всъщност, когато ходи, човек действа на повърхността на Земята с известна сила F 1 (с изключение на силата на нормална реакция) и според третия закон на Нютон, Земята действа върху крака на човек с сила на триене в покой, равна по величина на силата на удара на човека, но насочена обратно. Благодарение на тази сила човек се движи. Силата на триене в покой се насочва по същия начин като скоростта на човека и следователно работата на тази сила е положителна.
Така беше разгледана работата на основните три сили, с които най-често се сблъскваме в механиката. Все пак една и съща работа в различни случаи може да се извърши на различни интервали от време, тоест може да се извърши неравномерно бързо. Очевидно е, че колкото по-малко време отнема да завършите тази работа, толкова по-ефективна е машината, механизмът и други.
Стойността, характеризираща скоростта на завършване на работата и равна на съотношението на работата, извършена със сила, към периода от време, през който тя се извършва, се нарича мощност.
Въз основа на определението виждаме, че единицата на мощността е
Това устройство е кръстено Уат, в чест на английския учен Джеймс Уат - изобретателят на универсалната парна машина.
По време на движението на което и да е тяло, в общия случай върху него действат няколко сили, всяка от които върши работата, и следователно за всяка сила може да се изчисли мощността. Така че, ако тялото се движи праволинейно и върху него действа постоянна сила, тогава той изпълнява работа, равна на
Тогава силата на силата е равна на съотношението на работата на тази сила към интервала от време.
Силата на силата също е равна на произведението на модула на силата и модула на скоростта и косинуса на ъгъла между посоките на вектора на силата и вектора на скоростта.
Използвайки записаната формула, можете да изчислите както средната, така и моментната мощност, замествайки стойността на средната или мигновената скорост.
От получената формула следва това при дадена мощност на двигателя сцеплението е по-малко, толкова по-голяма е скоростта, Ето защо шофьорите на автомобили, когато се изкачват нагоре, когато е необходимо най-голямо сцепление, превключват двигателя на по-ниска предавка.
И така, всякакви двигателя или механичен устройството са предназначени за изпълнение специфичен механичен работа, Тази работа се нарича полезен работа, За автомобилния двигател това е работата по неговото преместване; за струг това е работа по завъртането на частта.
Въпреки това, във всяка машина, във всеки двигател, полезната работа винаги е по-малка от енергията, която се изразходва за привеждането им в действие, защото винаги има сили на триене, работата на които води до нагряване на всякакви части на устройството. И отоплението не може да се счита за полезен резултат от машината. Следователно всяко устройство се характеризира със специална стойност, която показва колко ефективно се използва доставената му енергия. Това количество се нарича коефициент на изпълнение и обикновено се обозначава с гръцката буква з .
И така коефициент на изпълнение се нарича отношението на полезна работа, извършена от машина за определен период от време, към цялата работа, изразходвана (или доставена енергия) за същия период от време.
Ефективността обикновено се изразява като процент. Тъй като както полезната, така и изразходваната работа може да бъде представена като продукт на мощност и период от време, през който машината е работила, тогава
Основни констатации:
Смятахме за важно физическо количество - работа. Разгледахме работата на най-разпространените сили - гравитация, еластичност и триене. Повторихме концепцията за мощност и също така си спомнихме какво се нарича ефективността на механизма.
Знаете ли какво е работата? Извън всякакво съмнение. Какво е работа, всеки знае, при условие че е роден и живее на планетата Земя. И какво е механична работа?
Тази концепция е известна и на повечето хора на планетата, въпреки че някои хора имат доста неясна представа за този процес. Но сега не става въпрос за тях. Още по-малко хора имат представа за какво механична работа по отношение на физиката. Във физиката механичната работа не е човешки труд за храна, това е физическо количество, което може да бъде напълно несвързано нито с човек, нито с друго живо същество. Как така? Сега нека да го разберем.
Механична работа по физика
Даваме два примера. В първия пример водата на реката, изправена пред пропаст, шумно пада под формата на водопад. Вторият пример е човек, който държи тежък предмет на протегнати ръце, например пази счупен покрив над верандата на селска къща от падане, докато съпругата и децата му трескаво търсят нещо, с което да я подкрепят. Кога се извършва механична работа?
Определение за механична работа
Почти всеки, без колебание, ще отговори: във втория. И те ще грешат. Това е точно обратното. Във физиката е описана механичната работа следните определения: механичната работа се извършва, когато върху тялото действа сила и тя се движи. Механичната работа е пряко пропорционална на приложената сила и изминатото разстояние.
Формула на механичната работа
Механичната работа се определя по формулата:
A \u003d Fs,
където А е работа,
F е мощност
s е изминатото разстояние.
Така че, въпреки целия героизъм на уморения държач на покрива, извършената от него работа е равна на нула, но водата, попадаща под действието на гравитацията от висока скала, извършва най-механичната работа. Тоест, ако избутаме тежко кабинета неуспешно, тогава работата, която свършихме от гледна точка на физиката, ще бъде нула, въпреки факта, че положихме много усилия. Но ако преместим шкафа на определено разстояние, тогава ще извършим работата, равна на произведението на приложената сила с разстоянието, с което сме преместили тялото.
Единицата на работа е 1 J. Това е работа, извършена със сила от 1 Нютон при преместване на тялото на разстояние от 1 м. Ако посоката на приложената сила съвпада с посоката на движение на тялото, тогава тази сила върши положителна работа. Пример е, когато натискаме тяло и то се движи. И в случай, когато силата се прилага в обратна посока на движението на тялото, например силата на триене, тогава тази сила върши отрицателна работа. Ако приложената сила не влияе върху движението на тялото, тогава силата, извършена от тази работа, е нула.
За да можем да характеризираме енергийните характеристики на движението, беше въведена концепцията за механична работа. И именно на нея в различните й прояви е посветена статията. За разбиране темата е както лесна, така и доста сложна. Авторът искрено се опита да го направи по-разбираем и разбираем и всичко, което остава, е да се надява, че целта е постигната.
Какво се нарича механична работа?
Как се нарича? Ако някаква сила действа върху тялото и в резултат на действието тялото се движи, тогава това се нарича механична работа. Когато се подхожда от гледна точка на научната философия, тук могат да бъдат разграничени няколко допълнителни аспекта, но темата ще бъде разкрита в статията от гледна точка на физиката. Механичната работа не е трудна, ако обмислите внимателно думите, написани тук. Но думата „механичен“ обикновено не се пише и всичко се свежда до думата „работа“. Но не всяка работа е механична. Ето човек, който седи и мисли. Той работи ли? Психически, да! Но това е механична работа? Не. И ако човек отиде? Ако тялото се движи под въздействието на сила, тогава това е механична работа. Всичко е просто. С други думи, силата, действаща върху тялото, извършва (механична) работа. И още: това е работа, която може да характеризира резултата от определена сила. Така че, ако човек ходи, тогава определени сили (триене, гравитация и др.) Извършват механична работа върху човека и в резултат на своето действие човекът променя местоположението си, с други думи, движи се.
Работата като физическо количество е равна на силата, която действа върху тялото, умножена по пътя, който тялото е извършило под въздействието на тази сила и в посочената от нея посока. Можем да кажем, че механичната работа е била извършена, ако са изпълнени едновременно две условия: силата е действала върху тялото и тя се е движила в посока на своето действие. Но това не се случи или не се случи, ако силата действаше, а тялото не промени местоположението си в координатната система. Ето няколко примера, при които не се извършва механична работа:
- Така че човек може да падне върху огромен камък, за да го премести, но няма достатъчно сила. Силата действа върху камъка, но той не се движи и работата не става.
- Тялото се движи в координатната система, а силата е нула или всички те се компенсират. Това може да се наблюдава по време на инерционното движение.
- Когато посоката, в която се движи тялото, е перпендикулярна на действието на сила. Когато влакът се движи в хоризонтална линия, гравитацията не си върши работата.
В зависимост от определени условия механичната работа е отрицателна и положителна. Така че, ако посоките и силите и движенията на тялото са еднакви, тогава се получава положителна работа. Пример за положителна работа е ефектът на гравитацията върху падаща капка вода. Но ако силата и посоката на движение са противоположни, тогава се случва отрицателна механична работа. Пример за такава опция е балон, издигащ се нагоре и гравитация, което върши негативна работа. Когато тялото е повлияно от няколко сили, тази работа се нарича „работа на произтичащата сила“.
Характеристики на практическото приложение (кинетична енергия)
Преминаваме от теорията към практическата част. Отделно трябва да говорим за механичната работа и нейната употреба във физиката. Както мнозина вероятно помнят, цялата енергия на тялото е разделена на кинетична и потенциална. Когато един обект е в равновесие и не се движи никъде, неговата потенциална енергия е равна на общата енергия, а кинетичната е равна на нула. Когато движението започне, потенциалната енергия започва да намалява, кинетичната енергия нараства, но като цяло те са равни на общата енергия на обекта. За материална точка кинетичната енергия се определя като работа на сила, която ускорява точката от нула до стойността на Н, а във формулата кинетиката на тялото е ½ * M * H, където M е масата. За да се знае кинетичната енергия на обект, който се състои от много частици, е необходимо да се намери сумата от цялата кинетична енергия на частиците и това ще бъде кинетичната енергия на тялото.
Характеристики на практическото приложение (потенциална енергия)
В случай, че всички сили, действащи върху тялото, са консервативни, а потенциалната енергия е равна на общата, тогава работата не е свършена. Този постулат е известен като закон за запазване на механичната енергия. Механичната енергия в затворена система е постоянна във времевия интервал. Законът за опазване се използва широко за решаване на проблеми от класическата механика.
Характеристики на практическото приложение (термодинамика)
В термодинамиката работата, която газът изпълнява по време на разширяването, се изчислява от интеграла на умножението на налягането по обем. Този подход е приложим не само в случаите, когато има точна функция за обем, но и за всички процеси, които могат да бъдат показани в равнината налягане / обем. Също така познанията за механичната работа се отнасят не само за газовете, но и за всичко, което може да упражнява натиск.
Характеристики на практическото приложение в практиката (теоретична механика)
В теоретичната механика всички горепосочени свойства и формули се разглеждат по-подробно, по-специално това са проекции. Той също така дава своето определение за различни формули на механичната работа (пример за дефиниция за интеграла на Ример): границата, към която е склонен сумата от всички сили на елементарна работа, когато фиността на преградата е склонна към нула, се нарича работа на силата по кривата. Вероятно трудно? Но нищо, с теоретична механика всичко. Да, и всички механични работи, физика и други трудности са приключили. По-нататък ще има само примери и заключение.
Механични възли
За измерване на работата в SI се използват джаули, а GHS използва erg:
- 1 J \u003d 1 kgm² / s² \u003d 1 Nm
- 1 erg \u003d 1 g · cm² / s² \u003d 1 dyne · cm
- 1 erg \u003d 10 -7 J
Примери за механична работа
За да разберете най-накрая такова понятие като механична работа, трябва да изучите няколко отделни примера, които ще ви позволят да го разгледате от много, но не от всички страни:
- Когато човек вдигне камък с ръце, тогава се извършва механична работа с помощта на мускулната сила на ръцете;
- Когато влак се движи по релси, той се дърпа от теглещата сила на трактора (електрически локомотив, дизелов локомотив и др.);
- Ако вземете пистолет и стреляте от него, тогава благодарение на силата на натиск, която праховите газове създават, работата ще бъде извършена: куршумът се премества по цевта на пистолета едновременно с увеличаването на скоростта на самия куршум;
- Има механична работа, когато силата на триене действа върху тялото, принуждавайки го да намали скоростта на движението си;
- Горният пример с топки, когато се издигат в обратна посока спрямо посоката на гравитацията, също е пример за механична работа, но освен гравитацията, силата на Архимед действа и когато всичко, което е по-леко от въздуха, се издига нагоре.
Какво е властта?
Накрая искам да засегна темата за властта. Работата на силата, която се извършва в една единица време, се нарича сила. Всъщност мощността е такова физическо количество, което е отражение на съотношението на работа към определен период от време, през който тази работа е била завършена: M \u003d P / B, където M е мощност, P е работа, B е време. Захранващият блок в SI е 1 W. Вата е равна на мощност, която върши работа на един джаул в една секунда: 1 W \u003d 1 JJ \\ 1s.
9. Механична работа и мощност
Ако силата, действаща върху тялото, причинява неговото движение, тогава действието на силата се характеризира с механична работа
Къде е ъгълът между посоката на силата и изместването. Формулата е валидна за случая, когато тялото се движи по права линия и силата, действаща върху него, остава постоянна. Ако силата се промени, тогава.
Механичната работа е мярка за промяна на енергията. Единицата на работа в системата C е джаул (J).
Средната мощност е стойността, равна на съотношението на работа към периода от време, през който се извършва
Моменталната мощност се определя по формулата. Като се има предвид това, получаваме къде v - моментална скорост.
За единица мощност в система SI се приема ват (W).
На практика често се използва извънсистемна единица мощност - конски сили.
1 h.p. \u003d 735 вата
10. Кинетична и потенциална енергия
Нарича се физическото количество, характеризиращо способността на тяло или система от органи да вършат работа енергия.
Енергията може да се дължи на движението на тялото с определена скорост (кинетична енергия), както и на местоположението на тялото в потенциално поле на сили (потенциална енергия).
Кинетична енергия
Помислете за случая, когато тяло с маса m със сила F променя скоростта си от към. Определете работата на силата, приложена към тялото
Тъй като механичната работа е мярка за промяната на енергията, количеството е енергията, дължаща се на движението на тялото.
Енергията, която тялото притежава поради движението си, се нарича кинетична.
Работата, извършена със сила при промяна на скоростта на тялото, е равна на промяната в кинетичната енергия на тялото
Потенциална енергия на тялото в полето на гравитацията
Когато едно тяло отслабне m от височина до височина над Земята, гравитацията върши работа
Гравитацията е консервативна сила, а гравитационното поле е потенциално. Работата на гравитацията е равна на промяната на потенциалната енергия на тялото, взета с обратен знак
Потенциалната енергия на тялото в полето на гравитацията.
Енергията, която се определя от относителното положение на тела или части от едно и също тяло, се нарича потенциална.
11. Законът за запазване на общата механична енергия
Помислете за движението на тяло в затворена система, в която действат само консервативни сили. Нека например тяло с маса m свободни падания. Когато тялото преминава от състояние 1 в състояние 2, гравитацията върши работа
В същото време. Ето защо,. Преобразувайки този израз, получаваме.
Сумата от кинетичната и потенциалната енергия на тялото се нарича общата механична енергия на тялото.
Според закона за запазване на общата механична енергия: общата механична енергия на затворена система от тела, взаимодействащи помежду си само от консервативни сили, не се променя с никакви движения на тези тела. Настъпват само взаимни трансформации на потенциалната енергия в кинетична и обратно.
Системите, в които се съхранява пълна механична енергия, се наричат \u200b\u200bконсервативни.
Системите, в които общата механична енергия не се запазва, се наричат \u200b\u200bдисипативни (разсейването е преходът на енергия в друга форма, например, механична във вътрешна).
В общия случай законът за опазване на енергията в природата се формулира, както следва:
Енергията на телата никога не изчезва и не се появява отново: тя се превръща само от една форма в друга или преминава от едно тяло в друго.