Kako se definiše rad sile? mehanički rad

Mehanički rad. Jedinice rada.

U svakodnevnom životu pod pojmom "rad" razumijemo sve.

U fizici, koncept Posao donekle drugačije. Ovo je određena fizička veličina, što znači da se može izmjeriti. U fizici, proučavanje je prvenstveno mehanički rad .

Razmotrimo primjere mehaničkog rada.

Voz se kreće pod dejstvom vučne sile električne lokomotive, dok obavlja mehanički rad. Kada se puca iz pištolja, sila pritiska barutnih plinova radi - pomiče metak duž cijevi, dok se brzina metka povećava.

Iz ovih primjera se može vidjeti da se mehanički rad vrši kada se tijelo kreće pod djelovanjem sile. Mehanički rad se izvodi i u slučaju kada sila koja djeluje na tijelo (na primjer, sila trenja) smanjuje brzinu njegovog kretanja.

Želeći pomjeriti ormarić, pritiskamo ga silom, ali ako se ne pomiče u isto vrijeme, onda ne izvodimo mehanički rad. Može se zamisliti slučaj kada se tijelo kreće bez sudjelovanja sila (po inerciji), u ovom slučaju se mehanički rad također ne izvodi.

dakle, mehanički rad se vrši samo kada na tijelo djeluje sila i ono se kreće .

Lako je shvatiti da što je veća sila koja djeluje na tijelo i što je duži put kojim tijelo prolazi pod djelovanjem ove sile, to je veći rad koji se obavlja.

Mehanički rad je direktno proporcionalan primijenjenoj sili i direktno proporcionalan prijeđenoj udaljenosti. .

Stoga smo se dogovorili da mehanički rad mjerimo umnoškom sile i putanje pređene u ovom smjeru ove sile:

rad = sila × putanja

gdje ALI- posao, F- snaga i s- pređena udaljenost.

Jedinica rada je rad koji izvrši sila od 1 N na putu od 1 m.

Jedinica rada - joule (J ) je dobio ime po engleskom naučniku Jouleu. Na ovaj način,

1 J = 1N m.

Također se koristi kilodžula (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Formula A = Fs primjenjivo kada je snaga F je konstantan i poklapa se sa smjerom kretanja tijela.

Ako se smjer sile poklapa sa smjerom kretanja tijela, tada ova sila vrši pozitivan rad.

Ako se kretanje tijela događa u smjeru suprotnom od smjera primijenjene sile, na primjer, sila trenja klizanja, tada ta sila vrši negativan rad.

Ako je smjer sile koja djeluje na tijelo okomit na smjer kretanja, tada ta sila ne radi, rad je jednak nuli:

Ubuduće, govoreći o mehaničkom radu, ukratko ćemo ga zvati jednom riječju - rad.

Primjer. Izračunajte rad pri podizanju granitne ploče zapremine 0,5 m3 na visinu od 20 m. Gustoća granita je 2500 kg / m 3.

Dato:

ρ \u003d 2500 kg / m 3

Rješenje:

gdje je F sila koja se mora primijeniti da bi se ploča ravnomjerno podigla. Ova sila je po modulu jednaka sili niti F-pranja koja djeluje na ploču, tj. F = F-pramen. A sila gravitacije može se odrediti masom ploče: Ftyazh = gm. Izračunavamo masu ploče, znajući njenu zapreminu i gustinu granita: m = ρV; s = h, odnosno staza je jednaka visini uspona.

Dakle, 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.

Odgovori: A = 245 kJ.

Poluge.Snaga.Energija

Različitim motorima potrebno je različito vrijeme da obave isti posao. Na primjer, dizalica na gradilištu podiže stotine cigli na gornji kat zgrade za nekoliko minuta. Ako bi radnik pomjerio ove cigle, za to bi mu trebalo nekoliko sati. Još jedan primjer. Konj može preorati hektar zemlje za 10-12 sati, dok traktor sa višestrukim plugom ( ralo- dio pluga koji siječe sloj zemlje odozdo i prenosi ga na deponiju; multi-share - puno dijeljenja), ovaj posao će se obaviti 40-50 minuta.

Jasno je da kran radi isti posao brže od radnika, a traktor brži od konja. Brzinu rada karakterizira posebna vrijednost koja se zove snaga.

Snaga je jednaka omjeru rada i vremena za koje je obavljen.

Za izračunavanje snage potrebno je rad podijeliti s vremenom u kojem se ovaj rad obavlja. snaga = rad / vrijeme.

gdje N- moć, A- posao, t- vrijeme obavljenog posla.

Snaga je konstantna vrijednost, kada se isti rad obavlja svake sekunde, u drugim slučajevima omjer A/t određuje prosječnu snagu:

N cf = A/t . Jedinicom snage je uzeta snaga pri kojoj se rad u J obavlja za 1 s.

Ova jedinica se zove vat ( uto) u čast još jednog engleskog naučnika Watta.

1 vat = 1 džul/1 sekunda, ili 1 W = 1 J/s.

Watt (džul u sekundi) - W (1 J/s).

Veće jedinice snage se široko koriste u inženjerstvu - kilovat (kW), megavat (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

Primjer. Odrediti snagu protoka vode koja teče kroz branu, ako je visina vodopada 25 m, a protok 120 m3 u minuti.

Dato:

ρ = 1000 kg/m3

Rješenje:

Masa vode koja pada: m = ρV,

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

Sila gravitacije koja djeluje na vodu:

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

Rad u minuti:

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

Snaga protoka: N = A/t,

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

Odgovori: N = 0,5 MW.

Razni motori imaju snage u rasponu od stotinki i desetinki kilovata (motor električnog brijača, šivaće mašine) do stotina hiljada kilovata (vodene i parne turbine).

Tabela 5

Snaga pojedinih motora, kW.

Svaki motor ima pločicu (pasoš motora), koja sadrži neke podatke o motoru, uključujući njegovu snagu.

Ljudska snaga u normalnim radnim uslovima je u prosjeku 70-80 vati. Praveći skokove, trčeći uz stepenice, osoba može razviti snagu do 730 vati, au nekim slučajevima i više.

Iz formule N = A/t slijedi da

Da biste izračunali rad, potrebno je pomnožiti snagu s vremenom tokom kojeg je ovaj rad obavljen.

Primjer. Motor sobnog ventilatora ima snagu od 35 vati. Koliko posla on uradi za 10 minuta?

Zapišimo stanje problema i riješimo ga.

Dato:

Rješenje:

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

Odgovori A= 21 kJ.

jednostavnim mehanizmima.

Čovjek od pamtivijeka koristi razne uređaje za obavljanje mehaničkih radova.

Svi znaju da se težak predmet (kamen, ormarić, mašina), koji se ne može pomicati rukom, može pomjeriti prilično dugačkim štapom - polugom.

Trenutno se vjeruje da su uz pomoć poluga prije tri hiljade godina, tokom izgradnje piramida u starom Egiptu, teške kamene ploče pomjerene i podignute na veliku visinu.

U mnogim slučajevima, umjesto podizanja teškog tereta na određenu visinu, može se kotrljati ili povući na istu visinu na kosoj ravni ili podići pomoću blokova.

Uređaji koji se koriste za transformaciju snage nazivaju se mehanizama .

Jednostavni mehanizmi uključuju: poluge i njegove vrste - blok, kapija; nagnuta ravnina i njene vrste - klin, vijak. U većini slučajeva koriste se jednostavni mehanizmi kako bi se dobio dobitak na snazi, odnosno da bi se sila koja djeluje na tijelo povećala za nekoliko puta.

Jednostavni mehanizmi se nalaze kako u domaćinstvu tako i u svim složenim fabričkim i fabričkim mašinama koje režu, uvijaju i štancaju velike čelične limove ili izvlače najfinije niti od kojih se potom prave tkanine. Isti mehanizmi se mogu naći u savremenim složenim automatima, mašinama za štampanje i brojanje.

Ruka poluge. Odnos sila na poluzi.

Razmotrite najjednostavniji i najčešći mehanizam - polugu.

Poluga je kruto tijelo koje se može okretati oko fiksnog oslonca.

Slike pokazuju kako radnik koristi polugu za podizanje tereta kao poluge. U prvom slučaju, radnik sa silom F pritisne kraj poluge B, u drugom - podiže kraj B.

Radnik treba da savlada težinu tereta P- sila usmjerena okomito prema dolje. Za to, on rotira polugu oko ose koja prolazi kroz jedinicu nepomičan tačka preloma - njena tačka oslonca O. Snaga F, sa kojom radnik djeluje na polugu, manja sila P, tako da radnik dobija dobiti na snazi. Uz pomoć poluge možete podići tako težak teret da ga ne možete sami podići.

Na slici je prikazana poluga čija je osa rotacije O(uporište) se nalazi između tačaka primjene sila ALI i AT. Druga slika prikazuje dijagram ove poluge. Obe sile F 1 i F 2 koji djeluju na polugu usmjereni su u istom smjeru.

Najkraća udaljenost između uporišta i prave linije duž koje sila djeluje na polugu naziva se krak sile.

Da biste pronašli rame sile, potrebno je spustiti okomicu od uporišta na liniju djelovanja sile.

Dužina ove okomice će biti rame ove sile. Slika to pokazuje OA- snaga ramena F 1; OV- snaga ramena F 2. Sile koje djeluju na polugu mogu je rotirati oko ose u dva smjera: u smjeru kazaljke na satu ili suprotno od kazaljke na satu. Da, moć F 1 rotira polugu u smjeru kazaljke na satu, a sila F 2 rotira u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Uvjet pod kojim je poluga u ravnoteži pod djelovanjem sila koje se na nju primjenjuju može se ustanoviti eksperimentalno. Istovremeno, treba imati na umu da rezultat djelovanja sile ne ovisi samo o njenoj brojčanoj vrijednosti (modulu), već i o tački u kojoj je primijenjena na tijelo, odnosno kako je usmjerena.

Različiti utezi su okačeni na polugu (vidi sliku) sa obe strane uporišta tako da svaki put poluga ostaje u ravnoteži. Sile koje djeluju na polugu jednake su težinama ovih opterećenja. Za svaki slučaj mjere se moduli sila i njihova ramena. Iz iskustva prikazanog na slici 154, može se vidjeti da je sila 2 H balansira snagu 4 H. U ovom slučaju, kao što se vidi sa slike, rame manje sile je 2 puta veće od ramena veće sile.

Na osnovu ovakvih eksperimenata ustanovljeno je stanje (pravilo) ravnoteže poluge.

Poluga je u ravnoteži kada su sile koje djeluju na nju obrnuto proporcionalne ramenima tih sila.

Ovo pravilo se može napisati kao formula:

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

gdje F 1i F 2 - sile koje deluju na polugu, l 1i l 2 , - ramena ovih sila (vidi sliku).

Pravilo za ravnotežu poluge uspostavio je Arhimed oko 287-212. BC e. (Ali zar u posljednjem pasusu nije stajalo da su poluge koristili Egipćani? Ili je riječ „ustanovljeno“ ovdje važna?)

Iz ovog pravila slijedi da se manja sila može izbalansirati polugom veće sile. Neka jedan krak poluge bude 3 puta veći od drugog (vidi sliku). Tada, primjenom sile od, na primjer, 400 N u tački B, moguće je podići kamen težine 1200 N. Za podizanje još većeg tereta potrebno je povećati dužinu poluge na kojoj se nalazi radnički akti.

Primjer. Pomoću poluge radnik podiže ploču tešku 240 kg (vidi sl. 149). Koju silu on primjenjuje na veći krak poluge, koji je 2,4 m, ako je manji krak 0,6 m?

Zapišimo stanje problema i riješimo ga.

Dato:

Rješenje:

Prema pravilu ravnoteže poluge, F1/F2 = l2/l1, odakle je F1 = F2 l2/l1, gdje je F2 = P težina kamena. Težina kamena asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Tada je F1 = 2400 N 0,6 / 2,4 = 600 N.

Odgovori: F1 = 600 N.

U našem primjeru radnik savladava silu od 2400 N primjenom na polugu silom od 600 N. Ali u isto vrijeme, ruka na koju radnik djeluje je 4 puta duža od one na koju djeluje težina kamena. ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Primjenom pravila poluge, manja sila može uravnotežiti veću silu. U tom slučaju, rame manje sile mora biti duže od ramena veće sile.

Trenutak snage.

Već znate pravilo ravnoteže poluge:

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

Koristeći svojstvo proporcije (proizvod njegovih ekstremnih članova jednak je proizvodu njegovih srednjih članova), zapisujemo ga u ovom obliku:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Na lijevoj strani jednadžbe je proizvod sile F 1 na njenom ramenu l 1, a desno - proizvod sile F 2 na njenom ramenu l 2 .

Zove se proizvod modula sile koja rotira tijelo i njegovu ruku moment sile; označava se slovom M. Dakle,

Poluga je u ravnoteži pod djelovanjem dvije sile ako je moment sile koja je rotira u smjeru kazaljke na satu jednak momentu sile koja je rotira u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Ovo pravilo se zove pravilo trenutka , može se napisati kao formula:

M1 = M2

Zaista, u eksperimentu koji smo razmatrali, (§ 56) djelujuće sile su bile jednake 2 N i 4 N, njihova ramena su, respektivno, bila 4 i 2 pritiska poluge, tj. momenti ovih sila su isti kada je poluga je u ravnoteži.

Moment sile, kao i svaka fizička veličina, može se izmjeriti. Za jedinicu momenta sile uzima se moment sile od 1 N, čije je rame tačno 1 m.

Ova jedinica se zove njutn metar (N m).

Moment sile karakterizira djelovanje sile i pokazuje da istovremeno ovisi o modulu sile i o njenom ramenu. Zaista, već znamo, na primjer, da djelovanje sile na vrata ovisi i o modulu sile i o tome gdje se sila primjenjuje. Vrata se lakše okreću, što je sila koja djeluje na njih dalje od ose rotacije. Bolje je odvrnuti maticu dugim ključem nego kratkim. Što je lakše podići kantu iz bunara, to je duža ručka kapije, itd.

Poluge u tehnologiji, svakodnevnom životu i prirodi.

Pravilo poluge (ili pravilo momenata) je u osnovi djelovanja raznih vrsta alata i uređaja koji se koriste u tehnici i svakodnevnom životu gdje je potreban dobitak na snazi ​​ili na putu.

Dobijamo snagu kada radimo sa makazama. Makaze - to je poluga(pirinač), čija se os rotacije odvija kroz vijak koji povezuje obje polovice škare. delujuća sila F 1 je mišićna snaga ruke osobe koja stišće makaze. Suprotstavljena sila F 2 - sila otpora takvog materijala koji se reže škarama. Ovisno o namjeni škara, njihov uređaj se razlikuje. Kancelarijske makaze, dizajnirane za rezanje papira, imaju dugačka sečiva i ručke skoro iste dužine. Za rezanje papira nije potrebna velika sila, a prikladnije je rezati u pravoj liniji s dugačkom oštricom. Makaze za rezanje lima (sl.) imaju drške znatno duže od oštrica, budući da je sila otpora metala velika i da bi se ona izbalansirala potrebno je znatno povećati rame sile djelovanja. Još veća razlika između dužine ručki i udaljenosti reznog dijela i ose rotacije rezači žice(Sl.), Dizajniran za rezanje žice.

Poluge raznih tipova su dostupne na mnogim mašinama. Ručka šivaće mašine, pedale bicikla ili ručne kočnice, pedale automobila i traktora, tasteri za klavir su sve primeri poluga koje se koriste u ovim mašinama i alatima.

Primjeri upotrebe poluga su ručke škripca i radnih stolova, poluga mašine za bušenje itd.

Djelovanje balansa poluge također se zasniva na principu poluge (sl.). Skala treninga prikazana na slici 48 (str. 42) djeluje kao poluga jednake ruke . AT decimalne skale ruka na koju je okačena šolja sa utezima je 10 puta duža od ruke koja nosi teret. Ovo uvelike pojednostavljuje vaganje velikih tereta. Kada vagate teret na decimalnoj skali, pomnožite težinu utega sa 10.

Uređaj vage za vaganje teretnih vagona automobila također se zasniva na pravilu poluge.

Poluge se također nalaze u različitim dijelovima tijela životinja i ljudi. To su, na primjer, ruke, noge, vilice. Mnoge poluge se mogu naći u tijelu insekata (pročitavši knjigu o insektima i građi njihovog tijela), ptica, u strukturi biljaka.

Primjena zakona ravnoteže poluge na blok.

Blokiraj je točak sa žlijebom, ojačan u držaču. Uže, kabel ili lanac se provlače duž oluka bloka.

Fiksni blok naziva se takav blok čija je os fiksna, a pri podizanju tereta ne raste i ne pada (Sl.

Fiksni blok se može smatrati polugom jednake ruke, u kojoj su krakovi sila jednaki poluprečniku točka (sl.): OA = OB = r. Takav blok ne daje dobit u snazi. ( F 1 = F 2), ali vam omogućava da promijenite smjer sile. Pokretni blok je blok. čija se os diže i spušta zajedno s opterećenjem (sl.). Na slici je prikazana odgovarajuća poluga: O- uporište poluge, OA- snaga ramena R i OV- snaga ramena F. Od ramena OV 2 puta rame OA, zatim sila F 2 puta manje snage R:

F = P/2 .

Na ovaj način, pokretni blok daje povećanje snage za 2 puta .

To se također može dokazati korištenjem koncepta momenta sile. Kada je blok u ravnoteži, momenti sila F i R su jednake jedna drugoj. Ali rame snage F 2 puta jačina ramena R, što znači da je sama sila F 2 puta manje snage R.

Obično se u praksi koristi kombinacija fiksnog bloka sa pokretnim (sl.). Fiksni blok se koristi samo za praktičnost. Ne daje dobit u snazi, ali mijenja smjer sile. Na primjer, omogućava vam da podignete teret dok stojite na tlu. To je korisno za mnoge ljude ili radnike. Međutim, daje povećanje snage 2 puta više nego inače!

Jednakost rada pri korištenju jednostavnih mehanizama. "Zlatno pravilo" mehanike.

Jednostavni mehanizmi koje smo razmatrali koriste se u izvođenju rada u onim slučajevima kada je potrebno uravnotežiti drugu silu djelovanjem jedne sile.

Naravno, postavlja se pitanje: dajući dobitak u snazi ​​ili putu, zar jednostavni mehanizmi ne daju dobit u radu? Odgovor na ovo pitanje može se dobiti iz iskustva.

Izbalansirajući na poluzi dvije sile različitog modula F 1 i F 2 (sl.), stavite ručicu u pokret. Ispada da je za isto vrijeme, tačka primjene manje sile F 2 ide daleko s 2, i mjesto primjene veće sile F 1 - manja staza s 1. Izmjerivši ove putanje i module sila, nalazimo da su putanje koje prelaze tačke primjene sila na polugu obrnuto proporcionalne silama:

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

Tako, djelujući na dugu ruku poluge, pobjeđujemo u snazi, ali u isto vrijeme gubimo istu količinu na putu.

Proizvod sile F na putu s ima posla. Naši eksperimenti pokazuju da je rad koji obavljaju sile primijenjene na polugu jednaki jedan drugom:

F 1 s 1 = F 2 s 2, tj. ALI 1 = ALI 2.

dakle, kada koristite polugu, dobitak u radu neće raditi.

Koristeći polugu, možemo pobijediti bilo u snazi ​​ili u daljini. Djelujući silom na kratak krak poluge, dobivamo na udaljenosti, ali isto toliko gubimo na snazi.

Postoji legenda da je Arhimed, oduševljen otkrićem pravila poluge, uzviknuo: "Daj mi uporište i okrenuću Zemlju!".

Naravno, Arhimed se ne bi mogao nositi s takvim zadatkom čak ni da mu je data tačka oslonca (koja bi morala biti izvan Zemlje) i poluga potrebne dužine.

Da bi se zemlja podigla za samo 1 cm, duga ruka poluge morala bi opisati luk ogromne dužine. Bili bi potrebni milioni godina da se duži kraj poluge pomeri duž ovog puta, na primer, brzinom od 1 m/s!

Ne daje dobit u radu i fiksni blok,što je lako provjeriti iskustvom (vidi sliku). Putevi koje prolaze tačke primjene sila F i F, su iste, iste su sile, što znači da je rad isti.

Moguće je izmjeriti i uporediti obavljeni rad uz pomoć pokretnog bloka. Da bi se teret podigao na visinu h uz pomoć pokretnog bloka, potrebno je kraj užeta na koji je pričvršćen dinamometar pomeriti, kako iskustvo pokazuje (sl.), na visinu od 2h.

Na ovaj način, dobivši 2 puta na snazi, na putu gube 2 puta, dakle, pokretni blok ne daje dobit u radu.

Stoljetna praksa je to pokazala nijedan mehanizam ne daje dobit u radu. Koriste se različiti mehanizmi kako bi se pobjedilo u snazi ​​ili na putu, ovisno o uvjetima rada.

Već drevni naučnici poznavali su pravilo primjenjivo na sve mehanizme: koliko puta pobeđujemo u snazi, koliko puta gubimo na daljinu. Ovo pravilo je nazvano "zlatnim pravilom" mehanike.

Efikasnost mehanizma.

S obzirom na uređaj i djelovanje poluge, nismo uzeli u obzir trenje, kao ni težinu poluge. pod ovim idealnim uslovima, rad koji vrši primenjena sila (ovaj rad ćemo nazvati kompletan), je jednako korisno podizanje tereta ili savladavanje bilo kakvog otpora.

U praksi, ukupan rad koji obavlja mehanizam je uvijek nešto veći od korisnog rada.

Dio rada se obavlja protiv sile trenja u mehanizmu i pomicanjem njegovih pojedinih dijelova. Dakle, koristeći pokretni blok, morate dodatno obaviti rad na podizanju samog bloka, užeta i određivanju sile trenja u osi bloka.

Koji god mehanizam da izaberemo, koristan rad koji se obavlja uz njegovu pomoć uvijek je samo dio ukupnog posla. Dakle, označavajući korisni rad slovom Ap, a puni (potrošeni) rad slovom Az, možemo napisati:

Gore< Аз или Ап / Аз < 1.

Odnos korisnog rada i ukupnog rada naziva se efikasnost mehanizma.

Efikasnost je skraćeno kao efikasnost.

Efikasnost = Ap / Az.

Efikasnost se obično izražava u postocima i označava grčkim slovom η, čita se kao "ovo":

η \u003d Ap / Az 100%.

Primjer: Masa od 100 kg je okačena na kratak krak poluge. Za podizanje je na dugu ruku primijenjena sila od 250 N. Teret je podignut na visinu h1 = 0,08 m, dok je tačka primjene pogonske sile pala na visinu h2 = 0,4 m. Odrediti efikasnost polugu.

Zapišimo stanje problema i riješimo ga.

Dato :

Rješenje :

η \u003d Ap / Az 100%.

Potpuni (potrošeni) rad Az = Fh2.

Korisno djelo Ap = Rh1

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%.

Odgovori : η = 80%.

Ali "zlatno pravilo" je i u ovom slučaju ispunjeno. Dio korisnog rada - od toga 20% - troši se na savladavanje trenja u osi poluge i otpora zraka, kao i na kretanje same poluge.

Efikasnost bilo kog mehanizma je uvek manja od 100%. Dizajnirajući mehanizme, ljudi teže da povećaju svoju efikasnost. Da biste to učinili, trenje u osovinama mehanizama i njihova težina se smanjuju.

Energija.

U fabrikama i fabrikama mašine i mašine pokreću elektromotori, koji troše električnu energiju (otuda i naziv).

Kompresovana opruga (pirinač), koja se ispravlja, radi, podiže teret na visinu ili pokreće kolica. Nepokretni teret podignut iznad tla ne radi, ali ako ovaj teret padne, može raditi (na primjer, može zabiti gomilu u zemlju). Svako tijelo u pokretu ima sposobnost obavljanja posla. Dakle, čelična kugla A (pirinač) koja se kotrlja iz nagnute ravni, udarivši o drveni blok B, pomiče je na određenu udaljenost. Pritom se radi. Ako tijelo ili više tijela (sistem tijela) u interakciji mogu obavljati rad, kaže se da imaju energiju. Energija - fizička veličina koja pokazuje kakav rad tijelo (ili nekoliko tijela) može obaviti. Energija se u SI sistemu izražava u istim jedinicama kao i rad, tj džula. Što više posla tijelo može obaviti, to ima više energije. Kada se rad obavi, energija tijela se mijenja. Obavljeni rad jednak je promjeni energije. Potencijalna i kinetička energija. Potencijal (od lat. potenciju - mogućnost) energija se naziva energija, koja je određena međusobnim položajem tijela u interakciji i dijelova istog tijela. Potencijalnu energiju, na primjer, ima tijelo podignuto u odnosu na površinu Zemlje, jer energija ovisi o relativnom položaju njega i Zemlje. i njihovu međusobnu privlačnost. Ako smatramo da je potencijalna energija tijela koje leži na Zemlji jednaka nuli, tada će potencijalna energija tijela podignutog na određenu visinu biti određena radom gravitacije kada tijelo padne na Zemlju. Označite potencijalnu energiju tijela E n jer E = A, a rad je, kao što znamo, onda jednak proizvodu sile i puta A = Fh, gdje F- gravitacija. Dakle, potencijalna energija En je jednaka: E = Fh, ili E = gmh, gdje g- ubrzanje gravitacije, m- tjelesna masa, h- visina na koju je tijelo podignuto. Voda u rijekama koje drže brane ima ogroman potencijal energije. Padajući, voda radi, pokrećući snažne turbine elektrana. Potencijalna energija kopra čekića (sl.) se u građevinarstvu koristi za obavljanje posla zabijanja šipova. Otvaranjem vrata sa oprugom vrši se rad na istezanju (ili sabijanju) opruge. Zbog stečene energije, opruga, skupljajući se (ili ispravljajući), obavlja posao, zatvarajući vrata. Energija komprimiranih i neupletenih opruga koristi se, na primjer, u ručnim satovima, raznim igračkama sa satom itd. Svako elastično deformirano tijelo posjeduje potencijalnu energiju. Potencijalna energija komprimovanog gasa koristi se u radu toplotnih motora, u udarnim čekićima, koji se široko koriste u rudarskoj industriji, u izgradnji puteva, iskopavanju čvrstog tla itd. Energija koju tijelo posjeduje kao rezultat njegovog kretanja naziva se kinetička (od grčkog. kino - energija kretanja. Kinetička energija tijela označena je slovom E to. Voda koja se kreće, pokreće turbine hidroelektrana, troši svoju kinetičku energiju i radi. Vazduh koji se kreće ima i kinetičku energiju - vetar. Od čega zavisi kinetička energija? Okrenimo se iskustvu (vidi sliku). Ako kotrljate lopticu A sa različitih visina, primijetit ćete da što se lopta više kotrlja, to je njena brzina veća i što dalje napreduje šipku, tj. radi više posla. To znači da kinetička energija tijela ovisi o njegovoj brzini. Zbog brzine, leteći metak ima veliku kinetičku energiju. Kinetička energija tijela također zavisi od njegove mase. Uradimo ponovo naš eksperiment, ali ćemo drugu loptu - veću masu - otkotrljati iz nagnute ravni. Blok B će se kretati dalje, odnosno radiće se više. To znači da je kinetička energija druge lopte veća od prve. Što je veća masa tijela i brzina kojom se kreće, veća je i njegova kinetička energija. Za određivanje kinetičke energije tijela primjenjuje se formula: Ek \u003d mv ^ 2 / 2, gdje m- tjelesna masa, v je brzina tijela. Kinetička energija tijela se koristi u tehnici. Voda koju brana zadržava ima, kao što je već rečeno, veliku potencijalnu energiju. Kada pada sa brane, voda se kreće i ima istu veliku kinetičku energiju. Pokreće turbinu spojenu na generator električne struje. Zbog kinetičke energije vode nastaje električna energija. Energija kretanja vode je od velikog značaja u nacionalnoj ekonomiji. Ovu energiju koriste moćne hidroelektrane. Energija padajuće vode je ekološki prihvatljiv izvor energije, za razliku od energije goriva. Sva tijela u prirodi, u odnosu na uvjetnu nultu vrijednost, imaju ili potencijalnu ili kinetičku energiju, a ponekad i obje. Na primjer, leteći avion ima i kinetičku i potencijalnu energiju u odnosu na Zemlju. Upoznali smo se sa dvije vrste mehaničke energije. Ostale vrste energije (električna, unutrašnja, itd.) će se razmatrati u drugim dijelovima kursa fizike. Transformacija jedne vrste mehaničke energije u drugu. Fenomen transformacije jedne vrste mehaničke energije u drugu vrlo je zgodno promatrati na uređaju prikazanom na slici. Namotavajući navoj oko ose, podignite disk uređaja. Podignut disk ima određenu potencijalnu energiju. Ako ga pustite, okrenut će se i pasti. Kako pada, potencijalna energija diska se smanjuje, ali se u isto vrijeme povećava njegova kinetička energija. Na kraju pada, disk ima toliku rezervu kinetičke energije da se ponovo može podići skoro na svoju prethodnu visinu. (Deo energije se troši radeći protiv trenja, tako da disk ne dostiže svoju prvobitnu visinu.) Podigavši ​​se, disk ponovo pada, a zatim se ponovo diže. U ovom eksperimentu, kada se disk kreće prema dolje, njegova potencijalna energija se pretvara u kinetičku energiju, a kada se kreće gore, kinetička energija se pretvara u potencijalnu. Transformacija energije iz jedne vrste u drugu također se događa kada dva elastična tijela udare, na primjer, gumenu loptu o pod ili čeličnu kuglu o čeličnu ploču. Ako podignete čeličnu kuglu (pirinač) preko čelične ploče i oslobodite je iz ruku, ona će pasti. Kako lopta pada, njena potencijalna energija se smanjuje, a kinetička energija raste, kako se brzina lopte povećava. Kada lopta udari u ploču, i lopta i ploča će biti komprimirani. Kinetička energija koju je lopta posjedovala pretvorit će se u potencijalnu energiju komprimirane ploče i komprimirane lopte. Tada će, zbog djelovanja elastičnih sila, ploča i lopta poprimiti svoj izvorni oblik. Lopta će se odbiti od ploče, a njihova potencijalna energija će se ponovo pretvoriti u kinetičku energiju lopte: lopta će se odbiti naviše brzinom skoro jednakom brzini koju je imala u trenutku udara o ploču. Kako se lopta diže, brzina lopte, a time i njena kinetička energija, opada, a potencijalna energija raste. odbijajući se od ploče, lopta se podiže na skoro istu visinu sa koje je počela da pada. Na vrhu uspona, sva njegova kinetička energija će se ponovo pretvoriti u potencijalnu energiju. Prirodne pojave obično su praćene transformacijom jedne vrste energije u drugu. Energija se takođe može prenositi sa jednog tela na drugo. Tako, na primjer, kada pucate iz luka, potencijalna energija istegnute tetive pretvara se u kinetičku energiju leteće strijele.

Mehanički rad je energetska karakteristika kretanja fizičkih tijela, koja ima skalarni oblik. Ona je jednaka modulu sile koja djeluje na tijelo, pomnoženom s modulom pomaka uzrokovanog ovom silom i kosinusom ugla između njih.

Formula 1 - Mašinski rad.

F - Sila koja djeluje na tijelo.

s - kretanje tijela.

cosa - kosinus ugla između sile i pomaka.

Ova formula ima opšti oblik. Ako je ugao između primijenjene sile i pomaka jednak nuli, tada je kosinus 1. Prema tome, rad će biti jednak samo proizvodu sile i pomaka. Jednostavno rečeno, ako se tijelo kreće u smjeru primjene sile, tada je mehanički rad jednak proizvodu sile i pomaka.

Drugi poseban slučaj je kada je ugao između sile koja djeluje na tijelo i njegovog pomaka 90 stepeni. U ovom slučaju, kosinus od 90 stepeni je jednak nuli, odnosno rad će biti jednak nuli. I zaista, ono što se dešava je da primenimo silu u jednom pravcu, a telo se kreće okomito na njega. To jest, tijelo se očigledno ne kreće pod utjecajem naše sile. Dakle, rad naše sile da pomeri telo je nula.

Slika 1 – Rad sila pri kretanju tijela.

Ako na tijelo djeluje više sila, izračunava se ukupna sila koja djeluje na tijelo. I onda se ona zamjenjuje u formulu kao jedina sila. Tijelo pod djelovanjem sile može se kretati ne samo pravolinijski, već i proizvoljnom putanjom. U ovom slučaju, rad se izračunava za mali dio kretanja, koji se može smatrati ravnim, a zatim zbrojiti duž cijele staze.

Rad može biti i pozitivan i negativan. To jest, ako se pomak i sila poklapaju u smjeru, onda je rad pozitivan. A ako se sila primjenjuje u jednom smjeru, a tijelo se kreće u drugom, tada će rad biti negativan. Primjer negativnog rada je rad sile trenja. Pošto je sila trenja usmjerena protiv kretanja. Zamislite da se tijelo kreće duž ravni. Sila primijenjena na tijelo gura ga u određenom smjeru. Ova sila vrši pozitivan rad na pokretanju tijela. Ali u isto vrijeme, sila trenja obavlja negativan rad. Usporava kretanje tijela i usmjerava se ka njegovom kretanju.

Slika 2 - Sila kretanja i trenja.

Rad u mehanici se mjeri u džulima. Jedan džul je rad koji izvrši sila od jednog njutna kada se tijelo pomjeri za jedan metar. Osim smjera kretanja tijela, može se mijenjati i veličina primijenjene sile. Na primjer, kada je opruga stisnuta, sila primijenjena na nju će se povećati proporcionalno prijeđenoj udaljenosti. U ovom slučaju rad se izračunava po formuli.

Formula 2 - Rad kompresije opruge.

k je krutost opruge.

x - koordinata pomeranja.

Jedan od najvažnijih koncepata u mehanici radna snaga .

Prisilni rad

Sva fizička tijela u svijetu oko nas vođena su silom. Ako na tijelo koje se kreće u istom ili suprotnom smjeru djeluje sila ili više sila jednog ili više tijela, onda kažu da posao je obavljen .

Odnosno, mehanički rad obavlja sila koja djeluje na tijelo. Dakle, vučna sila električne lokomotive pokreće cijeli voz, čime se obavlja mehanički rad. Bicikl se pokreće mišićnom snagom nogu bicikliste. Dakle, ova sila vrši i mehanički rad.

U fizici rad sile naziva se fizička veličina jednaka proizvodu modula sile, modula pomaka tačke primjene sile i kosinusa ugla između vektora sile i pomaka.

A = F s cos (F, s) ,

gdje F modul sile,

s- modul pokreta .

Rad se uvijek obavlja ako ugao između vjetrova sile i pomaka nije jednak nuli. Ako sila djeluje u smjeru suprotnom od smjera kretanja, količina rada je negativna.

Rad se ne obavlja ako na tijelo ne djeluju sile, ili ako je kut između primijenjene sile i smjera kretanja 90 o (cos 90 o = 0).

Ako konj vuče kola, tada mišićna sila konja, ili vučna sila usmjerena u smjeru kolica, obavlja posao. A sila gravitacije, kojom vozač pritiska kolica, ne radi, jer je usmjerena prema dolje, okomito na smjer kretanja.

Rad sile je skalarna veličina.

SI jedinica rada - džul. 1 džul je rad koji izvrši sila od 1 njutna na udaljenosti od 1 m ako su smjer sile i pomaka isti.

Ako na tijelo ili materijalnu tačku djeluje više sila, onda govore o radu koji je izvršila njihova rezultantna sila.

Ako primijenjena sila nije konstantna, tada se njen rad izračunava kao integral:

Snaga

Sila koja pokreće tijelo vrši mehanički rad. Ali kako se ovaj posao obavlja, brzo ili sporo, ponekad je veoma važno znati u praksi. Uostalom, isti posao se može obaviti u različito vrijeme. Posao koji obavlja veliki električni motor može obaviti mali motor. Ali za to će mu trebati mnogo više vremena.

U mehanici postoji veličina koja karakteriše brzinu rada. Ova vrijednost se zove moć.

Snaga je odnos rada obavljenog u određenom vremenskom periodu i vrijednosti tog perioda.

N= A /∆ t

Po definiciji A = F s cos α , a s/∆ t = v , Shodno tome

N= F v cos α = F v ,

gdje F - snaga, v brzina, α je ugao između smjera sile i smjera brzine.

To je snaga - je skalarni proizvod vektora sile i vektora brzine tijela.

U međunarodnom SI sistemu, snaga se mjeri u vatima (W).

Snaga 1 vata je rad od 1 džula (J) obavljen u 1 sekundi (s).

Snaga se može povećati povećanjem sile koja obavlja rad, ili brzine kojom se taj rad obavlja.

Imajte na umu da rad i energija imaju istu mjernu jedinicu. To znači da se rad može pretvoriti u energiju. Na primjer, da bi se tijelo podiglo na određenu visinu, tada će ono imati potencijalnu energiju, potrebna je sila koja će obaviti ovaj posao. Rad sile dizanja će se pretvoriti u potencijalnu energiju.

Pravilo za određivanje rada prema grafu zavisnosti F(r): rad je brojčano jednak površini figure ispod grafika sile u odnosu na pomak.

Ugao između vektora sile i pomaka

1) Tačno odrediti pravac sile koja vrši rad; 2) Prikazujemo vektor pomaka; 3) Vektor prenosimo u jednu tačku, dobijamo željeni ugao.

Na slici na tijelo djeluju gravitacija (mg), reakcija oslonca (N), sila trenja (Ftr) i sila zatezanja užeta F, pod čijim se utjecajem tijelo kreće r.

Rad gravitacije

Podržite rad na reakciji

Rad sile trenja

Rad zatezanja užeta

Rad rezultujuće sile

Rad rezultantne sile može se naći na dva načina: 1 način - kao zbir rada (uzimajući u obzir znakove "+" ili "-") svih sila koje djeluju na tijelo, u našem primjeru
Metoda 2 - prvo pronađite rezultantnu silu, a zatim direktno njen rad, pogledajte sliku

Rad elastične sile

Da bi se pronašao rad elastične sile, potrebno je uzeti u obzir da se ta sila mijenja, jer ovisi o izduženju opruge. Iz Hookeovog zakona slijedi da s povećanjem apsolutnog izduženja sila raste.

Da biste izračunali rad elastične sile prilikom prijelaza opruge (tijela) iz nedeformiranog stanja u deformirano, koristite formulu

Snaga

Skalarna vrijednost koja karakterizira brzinu obavljanja posla (može se povući analogija sa ubrzanjem, koje karakterizira brzinu promjene brzine). Određeno formulom

Efikasnost

Efikasnost je omjer korisnog rada koji mašina obavi prema svom utrošenom radu (isporučenoj energiji) za isto vrijeme

Faktor efikasnosti se izražava u procentima. Što je ovaj broj bliži 100%, to su performanse mašine bolje. Efikasnost ne može biti veća od 100, jer je nemoguće obaviti više posla sa manje energije.

Efikasnost nagnute ravni je omjer rada gravitacije i rada utrošenog pri kretanju duž nagnute ravni.

Glavna stvar koju treba zapamtiti

1) formule i mjerne jedinice;
2) rad se obavlja na silu;
3) Znati odrediti ugao između vektora sile i pomaka

Ako je rad sile pri kretanju tijela po zatvorenoj putanji jednak nuli, tada se takve sile nazivaju konzervativan ili potencijal. Rad sile trenja pri kretanju tijela po zatvorenoj putanji nikada nije jednak nuli. Sila trenja, za razliku od sile gravitacije ili sile elastičnosti, jeste nekonzervativan ili nepotencijalni.

Postoje uslovi pod kojima se formula ne može koristiti
Ako je sila promjenjiva, ako je putanja kretanja kriva linija. U ovom slučaju, staza je podijeljena na male dionice za koje su ispunjeni ovi uvjeti i izračunava se elementarni rad na svakoj od ovih dionica. Ukupan rad u ovom slučaju jednak je algebarskom zbiru elementarnih radova:

Vrijednost rada neke sile ovisi o izboru referentnog sistema.

Konj vuče kolica nekom silom, označimo to F vuča. Deda, koji sedi na kolima, pritiska je nekom silinom. Označimo ga F pritisak Kola se kreću u pravcu sile vuče konja (desno), ali u pravcu sile pritiska dede (dole), kola se ne kreću. Stoga u fizici tako kažu F trakcija radi na kolicima, i F pritisak ne radi na kolicima.

dakle, rad koji vrši sila na neko telo mehanički rad- fizička veličina čiji je modul jednak umnošku sile i putanje koju tijelo pređe duž smjera djelovanja ove sile s:

U čast engleskog naučnika D. Joulea nazvana je jedinica mehaničkog rada 1 džul(prema formuli, 1 J = 1 N m).

Ako na razmatrano tijelo djeluje određena sila, tada na njega djeluje određeno tijelo. Zbog toga rad sile na tijelu i rad tijela na tijelu su potpuni sinonimi. Međutim, rad prvog tijela na drugom i rad drugog tijela na prvom su djelomični sinonimi, jer su moduli ovih djela uvijek jednaki, a njihovi predznaci uvijek suprotni. Zbog toga je znak „±“ prisutan u formuli. Razgovarajmo detaljnije o znakovima rada.

Numeričke vrijednosti sile i putanje su uvijek ne-negativne vrijednosti. Nasuprot tome, mehanički rad može imati i pozitivne i negativne predznake. Ako se smjer sile poklapa sa smjerom kretanja tijela, onda rad koji je izvršila sila smatra se pozitivnim. Ako je smjer sile suprotan smjeru kretanja tijela, rad koji je izvršila sila smatra se negativnim.(uzimamo "-" iz formule "±"). Ako je smjer kretanja tijela okomit na smjer sile, onda takva sila ne radi, odnosno A = 0.

Razmotrite tri ilustracije o tri aspekta mehaničkog rada.

Rad na silu može izgledati drugačije sa stanovišta različitih posmatrača. Razmotrimo primjer: djevojka se vozi u liftu gore. Da li radi mehanički rad? Djevojka može raditi samo na onim tijelima na koja djeluje na silu. Postoji samo jedno takvo tijelo - kabina lifta, dok djevojka svojom težinom pritišće pod. Sada moramo saznati ide li kabina na neki način. Razmotrite dvije opcije: sa stacionarnim i pokretnim posmatračem.

Neka dječak posmatrač prvo sjedne na zemlju. U odnosu na njega, kabina lifta se kreće gore i ide nekim putem. Težina djevojke usmjerena je u suprotnom smjeru - dolje, stoga djevojka obavlja negativan mehanički rad na kabini: A djevice< 0. Вообразим, что мальчик-наблюдатель пересел внутрь кабины движущегося лифта. Как и ранее, вес девочки действует на пол кабины. Но теперь по отношению к такому наблюдателю кабина лифта не движется. Поэтому с точки зрения наблюдателя в кабине лифта девочка не совершает механическую работу: A dev = 0.