งานเครื่องกล. พลัง

งานเครื่องกล. หน่วยงาน.

ในชีวิตประจำวัน ภายใต้แนวคิด “งาน” เราเข้าใจทุกสิ่ง

ในวิชาฟิสิกส์แนวคิด งานแตกต่างกันบ้าง นี่คือปริมาณทางกายภาพบางอย่าง ซึ่งหมายความว่าสามารถวัดได้ ในวิชาฟิสิกส์จะศึกษาเป็นหลัก งานเครื่องกล .

พิจารณาตัวอย่างงานเครื่องกล

รถไฟเคลื่อนที่ภายใต้แรงกระทำของหัวรถจักรไฟฟ้าขณะทำงานทางกล เมื่อยิงปืน แรงดันของก๊าซผงจะทำงาน - มันจะเคลื่อนกระสุนไปตามลำกล้องในขณะที่ความเร็วของกระสุนเพิ่มขึ้น

จากตัวอย่างเหล่านี้ จะเห็นได้ว่างานเชิงกลจะกระทำเมื่อร่างกายเคลื่อนไหวภายใต้แรงกระทำ งานเชิงกลจะดำเนินการในกรณีที่แรงที่กระทำต่อร่างกาย (เช่นแรงเสียดทาน) ลดความเร็วในการเคลื่อนที่

หากต้องการย้ายตู้เรากดด้วยแรง แต่ถ้ามันไม่เคลื่อนที่พร้อมกันแสดงว่าเราไม่ได้ทำงานเชิงกล เราสามารถจินตนาการถึงกรณีที่ร่างกายเคลื่อนไหวโดยปราศจากการมีส่วนร่วมของแรง (โดยความเฉื่อย) ในกรณีนี้จะไม่มีการทำงานเชิงกลด้วย

ดังนั้น, งานเชิงกลจะทำได้ก็ต่อเมื่อมีแรงกระทำต่อร่างกายและเคลื่อนไหว .

เป็นเรื่องง่ายที่จะเข้าใจได้ว่ายิ่งมีแรงที่กระทำต่อร่างกายและเส้นทางที่ร่างกายผ่านภายใต้การกระทำของแรงนี้ยิ่งนานเท่าไร งานที่ทำได้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

งานทางกลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงที่กระทำ และแปรผันโดยตรงกับระยะทางที่เคลื่อนที่ .

ดังนั้นเราจึงตกลงที่จะวัดงานทางกลด้วยผลคูณของแรงและเส้นทางที่เคลื่อนที่ในทิศทางนี้ของแรงนี้:

งาน = แรง x เส้นทาง

ที่ไหน ก- งาน, ฉ- ความแข็งแรงและ ส- ระยะทางที่เดินทาง

หน่วยของงานคืองานที่กระทำโดยแรง 1 N บนเส้นทางยาว 1 ม.

หน่วยงาน - จูล (เจ ) ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Joule ดังนั้น,

1 J = 1N ม.

นอกจากนี้ยังใช้ กิโลจูล (กิโลจูล) .

1 กิโลจูล = 1,000 เจ

สูตร A = Fsใช้ได้เมื่อกำลังไฟ ฉคงที่และสอดคล้องกับทิศทางการเคลื่อนไหวของร่างกาย

หากทิศทางของแรงตรงกับทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกาย แรงนี้จะส่งผลในทางบวก

หากการเคลื่อนไหวของร่างกายเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของแรงที่กระทำ ตัวอย่างเช่น แรงของการเสียดสีแบบเลื่อน แรงนี้จะส่งผลในทางลบ

หากทิศทางของแรงที่กระทำต่อร่างกายตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ แรงนี้จะไม่ทำงาน งานจะเป็นศูนย์:

ในอนาคตเมื่อพูดถึงงานเครื่องกลเราจะเรียกมันสั้น ๆ ในคำเดียวว่างาน

ตัวอย่าง. คำนวณงานที่ทำเมื่อยกแผ่นหินแกรนิตที่มีปริมาตร 0.5 ลบ.ม. ถึงความสูง 20 ม. ความหนาแน่นของหินแกรนิตคือ 2,500 กก. / ลบ.ม.

ที่ให้ไว้:

ρ \u003d 2,500 กก. / ม. 3

สารละลาย:

โดยที่ F คือแรงที่ต้องใช้เพื่อยกจานขึ้นอย่างสม่ำเสมอ แรงนี้มีหน่วยเป็นโมดูลัสเท่ากับแรงของเกลียว Fstrand ที่กระทำบนแผ่น นั่นคือ F = Fstrand และแรงโน้มถ่วงสามารถกำหนดได้โดยมวลของแผ่น: Ftyazh = gm เราคำนวณมวลของแผ่นคอนกรีตโดยทราบปริมาตรและความหนาแน่นของหินแกรนิต: m = ρV; s = h, เช่น เส้นทางเท่ากับความสูงของการขึ้น

ดังนั้น ม. = 2,500 กก./ลบ.ม. 0.5 ลบ.ม. = 1250 กก.

F = 9.8 นิวตัน/กก. 1250 กก. ≈ 12250 นิวตัน

A = 12,250 N 20 ม. = 245,000 J = 245 กิโลจูล

คำตอบ: A = 245 กิโลจูล

Levers.Power.Energy

เครื่องยนต์ที่แตกต่างกันใช้เวลาต่างกันในการทำงานเดียวกัน ตัวอย่างเช่น เครนในสถานที่ก่อสร้างจะยกอิฐหลายร้อยก้อนขึ้นไปที่ชั้นบนสุดของอาคารในเวลาไม่กี่นาที หากคนงานต้องเคลื่อนย้ายอิฐเหล่านี้ เขาจะใช้เวลาหลายชั่วโมงในการทำเช่นนี้ ตัวอย่างอื่น. ม้าสามารถไถที่ดินได้ 1 เฮกตาร์ในเวลา 10-12 ชั่วโมงในขณะที่รถแทรกเตอร์ที่มีการไถแบบหลายส่วน ( ไถนา- ส่วนหนึ่งของคันไถที่ตัดชั้นดินจากด้านล่างและถ่ายโอนไปยังกองขยะ แชร์หลายรายการ - แชร์จำนวนมาก) งานนี้จะใช้เวลา 40-50 นาที

เห็นได้ชัดว่าเครนทำงานเร็วกว่าคนงาน และรถแทรกเตอร์เร็วกว่าม้า ความเร็วของการทำงานนั้นมีค่าพิเศษที่เรียกว่าพลัง

พลังงานเท่ากับอัตราส่วนของงานต่อเวลาที่เสร็จสิ้น

ในการคำนวณพลังงานจำเป็นต้องแบ่งงานตามเวลาที่งานนี้เสร็จสิ้นกำลัง = งาน/เวลา.

ที่ไหน เอ็น- พลัง, ก- งาน, ที- เวลาของงานที่ทำ

พลังงานเป็นค่าคงที่ เมื่อทำงานเดียวกันเสร็จทุกๆ วินาที ในกรณีอื่นๆ อัตราส่วน ที่กำหนดพลังงานเฉลี่ย:

เอ็น cf = ที่ . หน่วยของพลังงานถูกนำมาเป็นพลังงานที่ทำงานใน J เสร็จใน 1 วินาที

หน่วยนี้เรียกว่าวัตต์ ( อ) เพื่อเป็นเกียรติแก่ Watt นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษอีกคน

1 วัตต์ = 1 จูล/ 1 วินาที, หรือ 1 W = 1 J/s

วัตต์ (จูลต่อวินาที) - W (1 J / s)

หน่วยพลังงานขนาดใหญ่ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรม - กิโลวัตต์ (กิโลวัตต์), เมกะวัตต์ (เมกะวัตต์) .

1 เมกะวัตต์ = 1,000,000 วัตต์

1 กิโลวัตต์ = 1,000 วัตต์

1 มิลลิวัตต์ = 0.001 วัตต์

1 W = 0.000001 เมกะวัตต์

1 วัตต์ = 0.001 กิโลวัตต์

1 วัตต์ = 1,000 มิลลิวัตต์

ตัวอย่าง. จงหากำลังของการไหลของน้ำที่ไหลผ่านเขื่อน ถ้าความสูงของน้ำตกคือ 25 เมตร และอัตราการไหลคือ 120 ลบ.ม. ต่อนาที

ที่ให้ไว้:

ρ = 1,000 กก./ลบ.ม

สารละลาย:

ปริมาณน้ำที่ตกลงมา: m = ρV,

ม. = 1,000 กก./ลบ.ม. 120 ลบ.ม. = 120,000 กก. (12 104 กก.)

แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อน้ำ:

F = 9.8 ม./วินาที2 120,000 กก. ≈ 1,200,000 N (12 105 N)

งานที่ทำต่อนาที:

A - 1,200,000 N 25 m = 30,000,000 J (3 107 J)

พลังงานการไหล: N = A/t,

N = 30,000,000 J / 60 s = 500,000 W = 0.5 เมกะวัตต์

คำตอบ: N = 0.5 เมกะวัตต์

เครื่องยนต์ต่างๆ มีกำลังตั้งแต่หนึ่งในร้อยและสิบของกิโลวัตต์ (มอเตอร์ของมีดโกนหนวดไฟฟ้า จักรเย็บผ้า) ไปจนถึงหลายแสนกิโลวัตต์ (กังหันน้ำและไอน้ำ)

ตารางที่ 5

กำลังของเครื่องยนต์บางกิโลวัตต์

เครื่องยนต์แต่ละตัวมีป้ายทะเบียน (พาสปอร์ตเครื่องยนต์) ซึ่งมีข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับเครื่องยนต์ รวมถึงกำลังเครื่องยนต์

กำลังคนภายใต้สภาวะการทำงานปกติอยู่ที่ 70-80 วัตต์โดยเฉลี่ย การกระโดดวิ่งขึ้นบันไดบุคคลสามารถพัฒนาพลังงานได้สูงถึง 730 วัตต์และในบางกรณีอาจมากกว่านั้น

จากสูตร N = A/t จะได้ว่า

ในการคำนวณงานคุณต้องคูณกำลังตามเวลาที่ทำงานนี้เสร็จ

ตัวอย่าง. มอเตอร์พัดลมในห้องมีกำลังไฟ 35 วัตต์ เขาทำงานได้เท่าไหร่ใน 10 นาที?

ลองเขียนเงื่อนไขของปัญหาและแก้ไข

ที่ให้ไว้:

สารละลาย:

A = 35 W * 600 s = 21,000 W * s = 21,000 J = 21 kJ.

คำตอบ ก= 21 กิโลจูล

กลไกง่ายๆ

ตั้งแต่ไหน แต่ไรมา มนุษย์ได้ใช้อุปกรณ์ต่าง ๆ เพื่อทำงานเชิงกล

ทุกคนรู้ว่าวัตถุหนัก (หิน, ตู้, เครื่องจักร) ซึ่งไม่สามารถเคลื่อนย้ายได้ด้วยมือสามารถเคลื่อนย้ายได้ด้วยคันโยกที่ค่อนข้างยาว

ในขณะนี้เชื่อกันว่าด้วยความช่วยเหลือของคันโยกเมื่อสามพันปีก่อนในระหว่างการก่อสร้างปิรามิดในอียิปต์โบราณแผ่นหินขนาดใหญ่ถูกเคลื่อนย้ายและยกขึ้นสูง

ในหลายกรณี แทนที่จะยกของหนักให้มีความสูงระดับหนึ่ง มันสามารถกลิ้งหรือดึงให้สูงเท่ากันบนระนาบเอียงหรือยกโดยใช้บล็อก

อุปกรณ์ที่ใช้ในการแปลงพลังงานเรียกว่า กลไก .

กลไกง่าย ๆ ได้แก่ คันโยกและความหลากหลายของมัน - บล็อก, ประตู; ระนาบเอียงและพันธุ์ - ลิ่ม, สกรู. ในกรณีส่วนใหญ่ มีการใช้กลไกง่ายๆ เพื่อให้ได้ความแข็งแรง เช่น เพิ่มแรงที่กระทำต่อร่างกายหลายเท่า

กลไกง่ายๆ พบได้ทั้งในครัวเรือนและในโรงงานที่ซับซ้อนทั้งหมด รวมถึงเครื่องจักรในโรงงานที่ตัด บิด และตอกแผ่นเหล็กขนาดใหญ่ หรือดึงเส้นด้ายที่ละเอียดที่สุดเพื่อใช้ทำผ้า กลไกแบบเดียวกันนี้สามารถพบได้ในเครื่องจักรสมัยใหม่ที่ซับซ้อน การพิมพ์และเครื่องนับ

แขนคันโยก ความสมดุลของแรงบนคันโยก

พิจารณากลไกที่ง่ายและพบได้บ่อยที่สุด - คันโยก

คันโยกเป็นตัวแข็งที่สามารถหมุนรอบการสนับสนุนคงที่

ตัวเลขแสดงวิธีที่คนงานใช้ชะแลงเพื่อยกของเป็นคันโยก ในกรณีแรกคือคนงานที่มีกำลัง ฉกดปลายชะแลง ขในวินาที - ยกจุดจบ ข.

ผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องเอาชนะน้ำหนักของภาระ พี- บังคับทิศทางในแนวตั้งลง สำหรับสิ่งนี้ เขาหมุนชะแลงไปรอบแกนที่ผ่านแกนเดียวเท่านั้น นิ่งจุดแตกหัก - ศูนย์กลางของมัน เกี่ยวกับ. บังคับ ฉโดยที่ผู้ปฏิบัติงานทำหน้าที่บนคันโยก แรงน้อยลง พีดังนั้นคนงานจะได้รับ ได้รับความแข็งแรง. ด้วยความช่วยเหลือของคันโยก คุณสามารถยกของหนักที่คุณไม่สามารถยกได้ด้วยตัวเอง

รูปแสดงคันโยกที่มีแกนหมุน เกี่ยวกับ(ศูนย์กลาง) ตั้งอยู่ระหว่างจุดบังคับ กและ ใน. อีกรูปหนึ่งแสดงไดอะแกรมของคันโยกนี้ กองกำลังทั้งสอง ฉ 1 และ ฉ 2 การกระทำบนคันโยกจะมุ่งไปในทิศทางเดียวกัน

ระยะทางที่สั้นที่สุดระหว่างศูนย์กลางและเส้นตรงที่แรงกระทำบนคันโยกเรียกว่าแขนของแรง

ในการค้นหาไหล่ของแรง จำเป็นต้องลดเส้นตั้งฉากจากจุดศูนย์กลางไปยังแนวการกระทำของแรง

ความยาวของเส้นตั้งฉากนี้จะเป็นไหล่ของแรงนี้ รูปแสดงให้เห็นว่า สสจ- ความแข็งแรงของไหล่ ฉ 1; อฟ- ความแข็งแรงของไหล่ ฉ 2. แรงที่กระทำกับคันโยกสามารถหมุนรอบแกนได้สองทิศทาง: ตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา ใช่พลัง ฉ 1 หมุนคันโยกตามเข็มนาฬิกาและออกแรง ฉ 2 หมุนทวนเข็มนาฬิกา

เงื่อนไขที่คันโยกอยู่ในภาวะสมดุลภายใต้การกระทำของแรงที่กระทำนั้นสามารถสร้างขึ้นได้จากการทดลอง ในเวลาเดียวกัน ต้องจำไว้ว่าผลของแรงกระทำนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับค่าตัวเลข (โมดูลัส) เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับจุดที่นำไปใช้กับร่างกายหรือวิธีการกำกับด้วย

น้ำหนักต่างๆ จะถูกแขวนไว้ที่คันโยก (ดูรูปที่) ทั้งสองด้านของจุดหมุน เพื่อให้แต่ละครั้งที่คันโยกอยู่ในสมดุล แรงที่กระทำต่อคันโยกจะเท่ากับน้ำหนักของโหลดเหล่านี้ ในแต่ละกรณีจะมีการวัดโมดูลของแรงและไหล่ จากประสบการณ์ที่แสดงในรูป 154 จะเห็นว่าแรง 2 ชมดุลอำนาจ4 ชม. ในกรณีนี้ ดังที่เห็นได้จากรูป ไหล่ที่มีแรงน้อยกว่าจะมีขนาดใหญ่กว่าไหล่ที่มีแรงมากกว่า 2 เท่า

จากการทดลองดังกล่าวได้มีการกำหนดเงื่อนไข (กฎ) ของความสมดุลของคันโยก

คันโยกจะอยู่ในสภาวะสมดุลเมื่อแรงที่กระทำต่อคันโยกนั้นแปรผกผันกับบ่าของแรงเหล่านี้

กฎนี้สามารถเขียนเป็นสูตร:

ฉ 1/ฉ 2 = ล 2/ ล 1 ,

ที่ไหน ฉ 1และฉ 2 - แรงที่กระทำบนคันโยก ล 1และล 2 , - ไหล่ของกองกำลังเหล่านี้ (ดูรูปที่)

กฎสำหรับความสมดุลของคันโยกถูกกำหนดโดยอาร์คิมิดีสประมาณปี 287-212 พ.ศ อี (แต่ย่อหน้าสุดท้ายไม่ได้บอกว่าคันโยกถูกใช้โดยชาวอียิปต์หรือคำว่า "จัดตั้งขึ้น" มีความสำคัญในที่นี้หรือไม่)

จากกฎนี้ แรงที่น้อยกว่าสามารถสมดุลกับการใช้ประโยชน์จากแรงที่ใหญ่กว่าได้ ให้แขนข้างหนึ่งของคันโยกใหญ่กว่าอีกข้าง 3 เท่า (ดูรูปที่) จากนั้น ใช้แรง เช่น 400 นิวตัน ที่จุด B จะสามารถยกหินที่มีน้ำหนัก 1200 นิวตันได้ เพื่อที่จะยกของที่หนักกว่านั้น จำเป็นต้องเพิ่มความยาวของแขนคันโยกซึ่ง การกระทำของคนงาน

ตัวอย่าง. คนงานใช้คันโยกยกพื้นน้ำหนัก 240 กก. (ดูรูปที่ 149) เขาใช้แรงอะไรกับคันโยกที่ใหญ่กว่าซึ่งเท่ากับ 2.4 ม. ถ้าแขนที่เล็กกว่าคือ 0.6 ม.

ลองเขียนเงื่อนไขของปัญหาแล้วแก้ไข

ที่ให้ไว้:

สารละลาย:

ตามกฎสมดุลของคันโยก F1/F2 = l2/l1 โดยที่ F1 = F2 l2/l1 โดยที่ F2 = P คือน้ำหนักของหิน น้ำหนักหิน asd = gm, F = 9.8 N 240 kg ≈ 2400 N

จากนั้น F1 = 2400 N 0.6 / 2.4 = 600 N.

คำตอบ: F1 = 600 น.

ในตัวอย่างของเรา คนงานเอาชนะแรง 2,400 นิวตันโดยใช้แรง 600 นิวตันกับคันโยก แต่ในขณะเดียวกัน แขนที่คนงานกระทำนั้นยาวกว่าน้ำหนักของหินถึง 4 เท่า ( ล 1 : ล 2 = 2.4 ม.: 0.6 ม. = 4)

ด้วยการใช้กฎเลเวอเรจ แรงที่น้อยกว่าสามารถสร้างความสมดุลให้กับแรงที่ใหญ่กว่าได้ ในกรณีนี้ ไหล่ของกองกำลังที่เล็กกว่าจะต้องยาวกว่าไหล่ของกองกำลังที่ใหญ่กว่า

ช่วงเวลาแห่งพลัง

คุณทราบกฎความสมดุลของคันโยกแล้ว:

ฉ 1 / ฉ 2 = ล 2 / ล 1 ,

การใช้คุณสมบัติของสัดส่วน (ผลคูณของเงื่อนไขสุดโต่งเท่ากับผลคูณของพจน์กลาง) เราเขียนในรูปแบบนี้:

ฉ 1ล 1 = ฉ 2 ล 2 .

ทางด้านซ้ายของสมการเป็นผลคูณของแรง ฉ 1 บนไหล่ของเธอ ล 1 และทางขวา - ผลคูณของแรง ฉ 2 บนไหล่ของเธอ ล 2 .

ผลคูณของโมดูลัสของแรงที่หมุนลำตัวและแขนเรียกว่า ช่วงเวลาแห่งแรง; มันเขียนแทนด้วยตัวอักษร M ดังนั้น

คันโยกจะอยู่ในสภาวะสมดุลภายใต้แรงสองแรง ถ้าโมเมนต์ของแรงหมุนตามเข็มนาฬิกาเท่ากับโมเมนต์ของแรงที่หมุนทวนเข็มนาฬิกา

กฎนี้เรียกว่า กฎชั่วขณะ สามารถเขียนเป็นสูตรได้ดังนี้

M1 = M2

ในการทดลองเราได้พิจารณา (§ 56) แรงกระทำเท่ากับ 2 N และ 4 N ไหล่ของพวกเขาตามลำดับคือ 4 และ 2 แรงกดคันโยก นั่นคือช่วงเวลาของแรงเหล่านี้จะเท่ากันเมื่อคันโยก อยู่ในภาวะสมดุล

สามารถวัดโมเมนต์ของแรงได้ เช่นเดียวกับปริมาณทางกายภาพอื่นๆ โมเมนต์ของแรง 1 นิวตันถือเป็นหน่วยของโมเมนต์ของแรง ไหล่ซึ่งเท่ากับ 1 ม.

หน่วยนี้เรียกว่า นิวตันเมตร (N ม).

โมเมนต์ของแรงแสดงลักษณะการกระทำของแรง และแสดงให้เห็นว่ามันขึ้นอยู่กับโมดูลัสของแรงและบนไหล่พร้อมกัน อันที่จริง เรารู้อยู่แล้วว่าผลของแรงที่กระทำต่อประตูนั้นขึ้นอยู่กับทั้งโมดูลัสของแรงและตำแหน่งที่ออกแรง หมุนประตูได้ง่ายกว่า ยิ่งใช้แรงที่กระทำกับแกนหมุนมากเท่าไหร่ คลายเกลียวน็อตด้วยประแจยาวดีกว่าใช้ประแจสั้น ยิ่งยกถังขึ้นจากบ่อได้ง่ายขึ้น มือจับประตูก็ยิ่งยาวขึ้น ฯลฯ

ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี ชีวิตประจำวัน และธรรมชาติ

กฎคันโยก (หรือกฎของช่วงเวลา) อยู่ภายใต้การกระทำของเครื่องมือและอุปกรณ์ประเภทต่างๆ ที่ใช้ในเทคโนโลยีและชีวิตประจำวัน ซึ่งต้องการความแข็งแกร่งหรือบนท้องถนน

เรามีกำลังเพิ่มขึ้นเมื่อใช้กรรไกร กรรไกร - มันเป็นคันโยก(ข้าว) แกนหมุนที่เกิดขึ้นผ่านสกรูที่เชื่อมต่อกรรไกรทั้งสองซีก กำลังการแสดง ฉ 1 คือความแข็งแรงของกล้ามเนื้อมือของผู้บีบกรรไกร กำลังฝ่ายตรงข้าม ฉ 2 - แรงต้านทานของวัสดุที่ตัดด้วยกรรไกร อุปกรณ์ของพวกเขานั้นแตกต่างกันไปตามวัตถุประสงค์ของกรรไกร กรรไกรสำนักงานออกแบบมาสำหรับตัดกระดาษ มีใบมีดยาวและด้ามยาวเกือบเท่ากัน ไม่ต้องใช้แรงมากในการตัดกระดาษ และสะดวกกว่าในการตัดเป็นเส้นตรงด้วยใบมีดยาว กรรไกรสำหรับตัดแผ่นโลหะ (รูปที่) มีด้ามจับยาวกว่าใบมีดมาก เนื่องจากแรงต้านทานของโลหะมีมาก และเพื่อให้สมดุลกัน ไหล่ของแรงกระทำจะต้องเพิ่มขึ้นอย่างมาก ความแตกต่างมากยิ่งขึ้นระหว่างความยาวของด้ามจับและระยะห่างของส่วนตัดและแกนหมุนเข้า เครื่องตัดลวด(รูปที่) ออกแบบมาสำหรับการตัดลวด

คันโยกหลายประเภทมีอยู่ในเครื่องจักรหลายรุ่น มือจับจักรเย็บผ้า คันเหยียบจักรยานหรือเบรกมือ คันเหยียบรถยนต์และรถแทรกเตอร์ แป้นเปียโน ล้วนแล้วแต่เป็นตัวอย่างของคันโยกที่ใช้ในเครื่องจักรและเครื่องมือเหล่านี้

ตัวอย่างของการใช้คันโยก ได้แก่ ที่จับของรองและโต๊ะทำงาน คันโยกของเครื่องเจาะ เป็นต้น

การทำงานของคันโยกสมดุลยังขึ้นอยู่กับหลักการของคันโยก (รูปที่) มาตราส่วนการฝึกอบรมที่แสดงในรูปที่ 48 (หน้า 42) ทำหน้าที่เป็น คันโยกแขนเท่ากัน . ใน เครื่องชั่งทศนิยมแขนที่แขวนถ้วยที่มีน้ำหนักยาวกว่าแขนที่รับน้ำหนัก 10 เท่า ซึ่งช่วยลดความยุ่งยากในการชั่งน้ำหนักของสินค้าจำนวนมาก เมื่อชั่งน้ำหนักสินค้าในระดับทศนิยม ให้คูณน้ำหนักของตุ้มน้ำหนักด้วย 10

อุปกรณ์ตาชั่งสำหรับการชั่งน้ำหนักเกวียนบรรทุกรถยนต์นั้นขึ้นอยู่กับกฎของคันโยกด้วย

คันโยกยังพบได้ในส่วนต่าง ๆ ของร่างกายสัตว์และมนุษย์ ตัวอย่างเช่น แขน ขา กราม คันโยกจำนวนมากสามารถพบได้ในร่างกายของแมลง (หลังจากอ่านหนังสือเกี่ยวกับแมลงและโครงสร้างของร่างกาย) นกในโครงสร้างของพืช

การใช้กฎแห่งความสมดุลของคันโยกกับบล็อก

ปิดกั้นเป็นล้อแบบมีร่องเสริมตัวยึด เชือก สายเคเบิลหรือโซ่จะถูกส่งไปตามรางน้ำของบล็อก

บล็อกคงที่ บล็อกดังกล่าวเรียกว่าแกนที่ได้รับการแก้ไขและเมื่อยกของจะไม่ขึ้นและไม่ตก (รูปที่

บล็อกคงที่สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นคันโยกแขนเท่ากันซึ่งแขนของแรงเท่ากับรัศมีของวงล้อ (รูปที่): OA = ออบ = ร. บล็อกดังกล่าวไม่ได้ให้ความแข็งแกร่ง ( ฉ 1 = ฉ 2) แต่ให้คุณเปลี่ยนทิศทางของแรงได้ บล็อกที่เคลื่อนย้ายได้ เป็นบล็อก แกนที่ขึ้นและลงตามโหลด (รูปที่) รูปแสดงคันโยกที่เกี่ยวข้อง: เกี่ยวกับ- ศูนย์กลางของคันโยก สสจ- ความแข็งแรงของไหล่ รและ อฟ- ความแข็งแรงของไหล่ ฉ. ตั้งแต่ไหล่ อฟไหล่ 2 ครั้ง สสจแล้วแรง ฉพลังงานน้อยลง 2 เท่า ร:

ฉ = พี/2 .

ดังนั้น, บล็อกที่เคลื่อนย้ายได้ช่วยเพิ่มความแข็งแกร่ง 2 เท่า .

สิ่งนี้สามารถพิสูจน์ได้โดยใช้แนวคิดของโมเมนต์แห่งแรง เมื่อบล็อกอยู่ในสภาวะสมดุล โมเมนต์ของแรง ฉและ รมีค่าเท่ากัน แต่ไหล่ของความแข็งแกร่ง ฉแรงไหล่ 2 เท่า รซึ่งหมายถึงแรงนั้นเอง ฉพลังงานน้อยลง 2 เท่า ร.

โดยปกติแล้วในทางปฏิบัติจะใช้การรวมกันของบล็อกคงที่กับบล็อกที่เคลื่อนย้ายได้ (รูปที่) บล็อกคงที่ใช้เพื่อความสะดวกเท่านั้น มันไม่ได้ให้กำลังเพิ่มขึ้น แต่เปลี่ยนทิศทางของแรง ตัวอย่างเช่น ช่วยให้คุณยกของขณะยืนอยู่บนพื้นได้ มันมีประโยชน์สำหรับคนจำนวนมากหรือคนงาน อย่างไรก็ตาม มันให้พลังเพิ่มขึ้นมากกว่าปกติถึง 2 เท่า!

ความเท่าเทียมกันของงานเมื่อใช้กลไกง่ายๆ "กฎทอง" ของกลไก

กลไกง่าย ๆ ที่เราพิจารณาใช้ในการปฏิบัติงานในกรณีเหล่านั้นเมื่อจำเป็นต้องสร้างสมดุลของแรงอื่นด้วยการกระทำของแรงหนึ่ง

โดยธรรมชาติแล้วคำถามเกิดขึ้น: การเพิ่มความแข็งแกร่งหรือเส้นทางกลไกง่าย ๆ ไม่ให้กำไรในการทำงานหรือไม่? คำตอบสำหรับคำถามนี้สามารถหาได้จากประสบการณ์

มีสมดุลบนคันโยกสองกองกำลังของโมดูลัสที่แตกต่างกัน ฉ 1 และ ฉ 2 (รูปที่) ตั้งคันโยกให้เคลื่อนที่ ปรากฎว่าในเวลาเดียวกันจุดของการใช้แรงที่น้อยกว่า ฉ 2 ไปได้ไกล ส 2 และประเด็นของการใช้กำลังที่มากขึ้น ฉ 1 - เส้นทางที่เล็กกว่า ส 1. จากการวัดเส้นทางและโมดูลแรงเหล่านี้ เราพบว่าเส้นทางที่เคลื่อนที่ผ่านจุดที่ใช้แรงบนคันโยกนั้นแปรผกผันกับแรง:

ส 1 / ส 2 = ฉ 2 / ฉ 1.

ดังนั้นการแสดงบนแขนยาวของคันโยกเราจึงได้รับความแข็งแกร่ง แต่ในขณะเดียวกันเราก็สูญเสียเงินจำนวนเท่ากันระหว่างทาง

ผลิตภัณฑ์ของแรง ฉระหว่างทาง สมีงาน การทดลองของเราแสดงให้เห็นว่างานที่ทำโดยแรงที่ใช้กับคันโยกมีค่าเท่ากัน:

ฉ 1 ส 1 = ฉ 2 ส 2 เช่น ก 1 = ก 2.

ดังนั้น, เมื่อใช้เลเวอเรจการชนะในการทำงานจะไม่ทำงาน

ด้วยการใช้คันโยก เราสามารถชนะได้ด้วยกำลังหรือระยะทาง การกระทำโดยใช้แรงที่แขนสั้นของคันโยกเราได้ระยะทาง แต่สูญเสียความแข็งแรงในปริมาณที่เท่ากัน

มีตำนานเล่าขานว่าอาร์คิมีดีสรู้สึกยินดีกับการค้นพบกฎคันโยก โดยอุทานว่า: "ให้จุดศูนย์กลางแก่ฉัน แล้วฉันจะพลิกโลก!"

แน่นอน อาร์คิมิดีสไม่สามารถรับมือกับงานดังกล่าวได้แม้ว่าเขาจะได้รับศูนย์กลาง (ซึ่งจะต้องอยู่นอกโลก) และคันโยกที่มีความยาวตามที่กำหนด

หากต้องการยกพื้นให้สูงขึ้นเพียง 1 ซม. แขนยาวของคันโยกจะต้องอธิบายถึงส่วนโค้งที่มีความยาวมหาศาล ต้องใช้เวลาหลายล้านปีในการเคลื่อนปลายด้านยาวของคันโยกไปตามเส้นทางนี้ ตัวอย่างเช่น ด้วยความเร็ว 1 เมตร/วินาที!

ไม่ให้กำไรในการทำงานและบล็อกคงที่ซึ่งง่ายต่อการตรวจสอบจากประสบการณ์ (ดูรูป) เส้นทางผ่านจุดบังคับ ฉและ ฉเหมือนกัน แรงเท่ากัน หมายความว่า งานเหมือนกัน.

เป็นไปได้ที่จะวัดและเปรียบเทียบงานที่ทำโดยใช้บล็อกที่เคลื่อนย้ายได้ ในการยกของที่บรรทุกขึ้นไปให้สูง h ด้วยความช่วยเหลือของบล็อกที่เคลื่อนที่ได้ จำเป็นต้องเลื่อนปลายเชือกที่ติดตั้งไดนาโมมิเตอร์ตามประสบการณ์ที่แสดง (รูปที่) ไปที่ความสูง 2 ชม.

ดังนั้น, ได้รับความแข็งแกร่ง 2 เท่าพวกเขาสูญเสีย 2 ครั้งระหว่างทางดังนั้นบล็อกที่เคลื่อนย้ายไม่ได้ให้ประโยชน์ในการทำงาน

การปฏิบัติมาหลายศตวรรษได้แสดงให้เห็นแล้วว่า ไม่มีกลไกใดให้ประโยชน์ในการทำงานกลไกต่าง ๆ ถูกนำมาใช้เพื่อชัยชนะในความแข็งแกร่งหรือระหว่างทางขึ้นอยู่กับสภาพการทำงาน

นักวิทยาศาสตร์โบราณรู้กฎที่ใช้กับกลไกทั้งหมดแล้ว: กี่ครั้งที่เราชนะด้วยความแข็งแกร่ง กี่ครั้งที่เราแพ้ในระยะทาง กฎนี้เรียกว่า "กฎทอง" ของกลศาสตร์

ประสิทธิภาพของกลไก

เมื่อพิจารณาถึงอุปกรณ์และการทำงานของคันโยก เราไม่ได้คำนึงถึงแรงเสียดทาน รวมถึงน้ำหนักของคันโยกด้วย ภายใต้สภาวะอุดมคติเหล่านี้ งานที่ทำโดยแรงที่ใช้ (เราจะเรียกงานนี้ว่า สมบูรณ์), เท่ากับ มีประโยชน์ยกน้ำหนักหรือเอาชนะแรงต้านใด ๆ

ในทางปฏิบัติ งานทั้งหมดที่ทำโดยกลไกจะค่อนข้างมากกว่างานที่เป็นประโยชน์เสมอ

ส่วนหนึ่งของงานทำกับแรงเสียดทานในกลไกและโดยการเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนแต่ละชิ้น ดังนั้น เมื่อใช้บล็อกที่เคลื่อนย้ายได้ คุณต้องทำงานเพิ่มเติมในการยกบล็อกเอง เชือก และกำหนดแรงเสียดทานในแกนของบล็อก

ไม่ว่าเราจะเลือกกลไกแบบใด งานที่เป็นประโยชน์ซึ่งสำเร็จได้ด้วยความช่วยเหลือของกลไกนั้นจะเป็นเพียงส่วนหนึ่งของงานทั้งหมดเท่านั้น ดังนั้นการระบุงานที่มีประโยชน์ด้วยตัวอักษร Ap ซึ่งเป็นงานทั้งหมด (ใช้ไป) ด้วยตัวอักษร Az เราสามารถเขียน:

ขึ้น< Аз или Ап / Аз < 1.

อัตราส่วนของงานที่มีประโยชน์ต่องานทั้งหมดเรียกว่าประสิทธิภาพของกลไก

ประสิทธิภาพย่อมาจากประสิทธิภาพ

ประสิทธิภาพ = Ap / Az

ประสิทธิภาพมักจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์และเขียนแทนด้วยตัวอักษรกรีก η อ่านว่า "นี่":

η \u003d Ap / แอซ 100%

ตัวอย่าง: ของหนัก 100 กก. ถูกแขวนไว้ที่แขนสั้นของคันโยก ในการยก ต้องใช้แรง 250 N กับแขนยาว ยกน้ำหนักขึ้นที่ความสูง h1 = 0.08 m ในขณะที่จุดที่ใช้แรงผลักดันลดลงไปที่ความสูง h2 = 0.4 m จงหาประสิทธิภาพของ คันโยก

ลองเขียนเงื่อนไขของปัญหาและแก้ไข

ที่ให้ไว้ :

สารละลาย :

η \u003d Ap / แอซ 100%

งาน (ใช้ไป) เต็ม Az = Fh2

งานที่เป็นประโยชน์ Ап = Rh1

P \u003d 9.8 100 กก. ≈ 1,000 นิวตัน

Ap \u003d 1,000 N 0.08 \u003d 80 เจ

Az \u003d 250 N 0.4 ม. \u003d 100 J.

η = 80 J/100 J 100% = 80%

คำตอบ : η = 80%.

แต่ "กฎทอง" ก็สำเร็จในกรณีนี้เช่นกัน ส่วนหนึ่งของงานที่มีประโยชน์ - 20% ของทั้งหมด - ใช้ในการเอาชนะแรงเสียดทานในแกนของคันโยกและแรงต้านอากาศรวมถึงการเคลื่อนที่ของคันโยกด้วย

ประสิทธิภาพของกลไกใด ๆ จะน้อยกว่า 100% เสมอ โดยการออกแบบกลไก ผู้คนมีแนวโน้มที่จะเพิ่มประสิทธิภาพ ในการทำเช่นนี้แรงเสียดทานในแกนของกลไกและน้ำหนักจะลดลง

พลังงาน.

ในโรงงานและโรงงาน เครื่องจักรและเครื่องจักรถูกขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งใช้พลังงานไฟฟ้า (ตามชื่อ)

สปริงอัด (ข้าว) ยืดออก ทำงาน ยกของขึ้นที่สูง หรือทำให้เกวียนเคลื่อนที่ ของบรรทุกที่ยกขึ้นเหนือพื้นดินไม่ทำงาน แต่ถ้าน้ำหนักบรรทุกนี้ตกลงมา ก็จะสามารถทำงานได้ (เช่น สามารถตอกเสาเข็มลงดินได้) ร่างกายที่เคลื่อนไหวทุกคนมีความสามารถในการทำงาน ดังนั้น ลูกเหล็ก A (ข้าว) กลิ้งลงมาจากระนาบเอียง ชนบล็อกไม้ B เคลื่อนมันไปในระยะหนึ่ง ในการทำเช่นนั้นงานกำลังทำอยู่ หากร่างกายหรือร่างกายที่มีปฏิสัมพันธ์หลายส่วน (ระบบของร่างกาย) สามารถทำงานได้ ว่ากันว่าร่างกายเหล่านั้นมีพลังงาน พลังงาน - ปริมาณทางกายภาพที่แสดงว่าร่างกาย (หรือหลายร่างกาย) สามารถทำงานได้ พลังงานจะแสดงในระบบ SI ในหน่วยเดียวกับงาน เช่น ใน จูล. ยิ่งร่างกายทำงานได้มากเท่าไหร่ พลังงานก็ยิ่งมีมากขึ้นเท่านั้น เมื่อทำงานเสร็จแล้ว พลังงานของร่างกายจะเปลี่ยนไป งานที่ทำมีค่าเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน ศักย์และพลังงานจลน์. ศักยภาพ (จาก lat.ความแรง - ความเป็นไปได้) พลังงานเรียกว่าพลังงานซึ่งกำหนดโดยตำแหน่งร่วมกันของร่างกายที่มีปฏิสัมพันธ์และส่วนต่างๆของร่างกายเดียวกัน ตัวอย่างเช่น พลังงานศักย์มีร่างกายยกขึ้นเมื่อเทียบกับพื้นผิวโลก เนื่องจากพลังงานขึ้นอยู่กับตำแหน่งสัมพัทธ์ของมันและโลก และแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน หากเราพิจารณาว่าพลังงานศักย์ของวัตถุที่วางอยู่บนพื้นโลกมีค่าเท่ากับศูนย์ พลังงานศักย์ของวัตถุที่ยกขึ้นสู่ระดับความสูงที่กำหนดจะถูกกำหนดโดยงานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงเมื่อวัตถุตกลงสู่พื้นโลก แสดงถึงพลังงานศักย์ของร่างกาย อีเพราะ อี = เอและงานอย่างที่เราทราบนั้นเท่ากับผลคูณของแรงและเส้นทาง A = ฟ, ที่ไหน ฉ- แรงโน้มถ่วง. ดังนั้น พลังงานศักย์ En เท่ากับ: E = Fh หรือ E = gmh ที่ไหน ช- การเร่งแรงโน้มถ่วง ม- มวลร่างกาย, ชม.- ความสูงที่ร่างกายถูกยกขึ้น น้ำในแม่น้ำที่กักเก็บไว้โดยเขื่อนมีพลังงานศักย์มหาศาล เมื่อตกลงมา น้ำจะทำงาน ทำให้กังหันอันทรงพลังของโรงไฟฟ้าเคลื่อนไหว พลังงานศักย์ของค้อนเนื้อมะพร้าวแห้ง (รูปที่) ใช้ในงานก่อสร้างเพื่อตอกเสาเข็ม เมื่อเปิดประตูพร้อมสปริง ยืด (หรือบีบ) สปริงให้เสร็จ เนื่องจากพลังงานที่ได้มา สปริง การหด (หรือการยืดให้ตรง) จึงทำงานโดยปิดประตู พลังงานของสปริงที่ถูกบีบอัดและไม่บิดเกลียวถูกนำมาใช้ เช่น ในนาฬิกาข้อมือ ของเล่นไขลานต่างๆ เป็นต้น ร่างกายที่บิดเบี้ยวยืดหยุ่นใด ๆ มีพลังงานศักย์พลังงานศักย์ของก๊าซอัดถูกใช้ในการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน ในค้อนทุบ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ ในการก่อสร้างถนน การขุดดินแข็ง ฯลฯ พลังงานที่ร่างกายครอบครองอันเป็นผลมาจากการเคลื่อนไหวเรียกว่าจลนศาสตร์ (จากภาษากรีกโรงหนัง - การเคลื่อนไหว) พลังงาน พลังงานจลน์ของร่างกายแสดงด้วยตัวอักษร อีถึง. การเคลื่อนที่ของน้ำ ขับเคลื่อนกังหันของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ใช้พลังงานจลน์และทำงาน อากาศที่เคลื่อนที่ก็มีพลังงานจลน์เช่นกัน - ลม พลังงานจลน์ขึ้นอยู่กับอะไร? ให้เราหันไปหาประสบการณ์ (ดูรูป) หากคุณกลิ้งลูกบอล A จากความสูงที่ต่างกัน คุณจะสังเกตเห็นว่ายิ่งลูกบอลกลิ้งจากที่สูงเท่าไร ความเร็วก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และลูกบอลก็จะยิ่งเลื่อนบาร์ออกไปมากขึ้น กล่าวคือ ลูกบอลจะทำงานมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าพลังงานจลน์ของร่างกายขึ้นอยู่กับความเร็ว เนื่องจากความเร็ว กระสุนที่บินได้จึงมีพลังงานจลน์สูง พลังงานจลน์ของร่างกายยังขึ้นอยู่กับมวลของมันด้วย มาทำการทดลองกันอีกครั้ง แต่เราจะกลิ้งลูกบอลอีกลูกหนึ่งซึ่งมีมวลมากกว่าจากระนาบเอียง บล็อก B จะก้าวไปอีกขั้น กล่าวคือ จะมีการทำงานมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าพลังงานจลน์ของลูกบอลลูกที่สองมากกว่าลูกแรก ยิ่งวัตถุมีมวลและความเร็วในการเคลื่อนที่มากเท่าใด พลังงานจลน์ของวัตถุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในการกำหนดพลังงานจลน์ของร่างกายจะใช้สูตร: เอก \u003d mv ^ 2 / 2, ที่ไหน ม- มวลร่างกาย, โวลต์คือความเร็วของร่างกาย พลังงานจลน์ของร่างกายถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยี น้ำที่กักเก็บไว้โดยเขื่อนมีพลังงานศักย์สูงดังที่ได้กล่าวไปแล้ว เมื่อตกลงมาจากเขื่อน น้ำจะเคลื่อนที่และมีพลังงานจลน์มากเช่นเดียวกัน มันขับเคลื่อนกังหันที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า เนื่องจากพลังงานจลน์ของน้ำทำให้เกิดพลังงานไฟฟ้าขึ้น พลังงานของน้ำที่เคลื่อนที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในระบบเศรษฐกิจของประเทศ พลังงานนี้ถูกใช้โดยโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่ทรงพลัง พลังงานจากน้ำที่ตกลงมาเป็นแหล่งพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งแตกต่างจากพลังงานเชื้อเพลิง ร่างกายทั้งหมดตามธรรมชาติ เมื่อเทียบกับค่าศูนย์ตามเงื่อนไข มีพลังงานศักย์หรือพลังงานจลน์อย่างใดอย่างหนึ่ง และบางครั้งก็ทั้งสองอย่าง ตัวอย่างเช่น เครื่องบินที่มีทั้งพลังงานจลน์และพลังงานศักย์เทียบกับโลก เราได้ทำความคุ้นเคยกับพลังงานกลสองประเภท พลังงานประเภทอื่นๆ (ไฟฟ้า ภายใน และอื่นๆ) จะได้รับการพิจารณาในส่วนอื่นๆ ของหลักสูตรฟิสิกส์ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานกลประเภทหนึ่งไปสู่อีกประเภทหนึ่ง ปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกลประเภทหนึ่งไปสู่อีกประเภทหนึ่งนั้นสะดวกมากในการสังเกตบนอุปกรณ์ที่แสดงในรูป ม้วนด้ายรอบแกนยกดิสก์ของอุปกรณ์ ดิสก์ที่ยกขึ้นมีพลังงานศักย์ ถ้าคุณปล่อยมันไป มันจะหมุนและล้มลง เมื่อตกลงมา พลังงานศักย์ของดิสก์จะลดลง แต่ในขณะเดียวกันพลังงานจลน์ของดิสก์ก็เพิ่มขึ้นด้วย ในตอนท้ายของฤดูใบไม้ร่วงดิสก์มีพลังงานจลน์สำรองที่สามารถเพิ่มขึ้นได้เกือบเท่าเดิม (พลังงานส่วนหนึ่งถูกใช้ไปกับแรงเสียดทาน ดังนั้นดิสก์จึงไม่สูงเท่าเดิม) เมื่อลุกขึ้น ดิสก์จะตกลงมาอีกครั้งและจากนั้นก็ลอยขึ้นอีกครั้ง ในการทดลองนี้ เมื่อจานเคลื่อนลง พลังงานศักย์ของมันจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ และเมื่อเคลื่อนที่ขึ้น พลังงานจลน์จะถูกแปลงเป็นพลังงานศักย์ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานจากประเภทหนึ่งไปสู่อีกประเภทหนึ่งยังเกิดขึ้นเมื่อวัตถุยืดหยุ่นสองชิ้นกระทบกัน เช่น ลูกบอลยางบนพื้นหรือลูกบอลเหล็กบนแผ่นเหล็ก ถ้าคุณยกลูกเหล็ก (ข้าว) เหนือแผ่นเหล็กแล้วปล่อยจากมือ มันจะตกลงมา เมื่อลูกบอลตกลงมา พลังงานศักย์จะลดลง และพลังงานจลน์จะเพิ่มขึ้นเมื่อความเร็วของลูกบอลเพิ่มขึ้น เมื่อลูกบอลกระทบจาน ทั้งลูกบอลและจานจะถูกบีบอัด พลังงานจลน์ที่ลูกบอลมีอยู่จะเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์ของแผ่นอัดและลูกบอลอัด จากนั้นเนื่องจากการกระทำของแรงยืดหยุ่น จานและลูกบอลจะมีรูปร่างเดิม ลูกบอลจะกระเด็นออกจากจาน และพลังงานศักย์ของลูกบอลจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ของลูกบอลอีกครั้ง ลูกบอลจะเด้งขึ้นด้านบนด้วยความเร็วเกือบเท่ากับความเร็วที่มีในขณะที่กระทบกับจาน เมื่อลูกบอลลอยขึ้น ความเร็วของลูกบอลและด้วยเหตุนี้พลังงานจลน์ของลูกบอลจึงลดลง และพลังงานศักย์จะเพิ่มขึ้น ลูกบอลกระดอนจากจานขึ้นจนเกือบจะสูงเท่ากับที่มันเริ่มตกลงมา ที่จุดสูงสุดของทางขึ้น พลังงานจลน์ทั้งหมดจะเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์อีกครั้ง ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติมักจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานประเภทหนึ่งไปสู่อีกประเภทหนึ่ง พลังงานยังสามารถถ่ายโอนจากร่างกายหนึ่งไปยังอีก ตัวอย่างเช่น เมื่อยิงจากธนู พลังงานศักย์ของสายธนูที่ยืดออกจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของลูกธนูที่บิน

เพื่อให้สามารถระบุลักษณะพลังงานของการเคลื่อนที่ได้ แนวคิดของงานเครื่องกลจึงถูกนำมาใช้ และสำหรับเธอในลักษณะต่าง ๆ ของเธอที่บทความนี้อุทิศให้กับเธอ การทำความเข้าใจหัวข้อนั้นง่ายและค่อนข้างซับซ้อน ผู้เขียนพยายามอย่างจริงใจที่จะทำให้เข้าใจและเข้าใจได้มากขึ้นและหวังว่าจะบรรลุเป้าหมายได้เท่านั้น

งานเครื่องกลคืออะไร?

มันเรียกว่าอะไร? หากแรงบางอย่างทำงานบนร่างกาย และเป็นผลมาจากการกระทำของแรงนี้ ร่างกายจะเคลื่อนไหว สิ่งนี้เรียกว่างานเชิงกล เมื่อพิจารณาจากมุมมองของปรัชญาวิทยาศาสตร์ สามารถแยกแยะประเด็นเพิ่มเติมหลายประการได้ที่นี่ แต่บทความจะครอบคลุมหัวข้อจากมุมมองของฟิสิกส์ งานเครื่องกลไม่ใช่เรื่องยากหากคุณคิดอย่างรอบคอบเกี่ยวกับคำที่เขียนที่นี่ แต่มักจะไม่เขียนคำว่า "เครื่องกล" และทุกอย่างจะถูกย่อเป็นคำว่า "งาน" แต่ไม่ใช่ทุกงานที่เป็นกลไก ที่นี่ชายคนหนึ่งนั่งและคิด มันทำงานหรือไม่ จิตใจใช่! แต่เป็นงานเครื่องกล? เลขที่ เกิดอะไรขึ้นถ้าคนกำลังเดิน? หากร่างกายเคลื่อนไหวภายใต้อิทธิพลของแรง นี่คืองานเชิงกล ทุกอย่างเป็นเรื่องง่าย กล่าวอีกนัยหนึ่ง แรงที่กระทำต่อร่างกายจะทำงาน (เชิงกล) และอีกสิ่งหนึ่ง: เป็นงานที่สามารถระบุลักษณะผลลัพธ์ของการกระทำของแรงบางอย่างได้ ดังนั้นหากมีคนเดิน แรงบางอย่าง (แรงเสียดทาน แรงโน้มถ่วง ฯลฯ) จะทำงานเชิงกลกับบุคคล และจากการกระทำของพวกเขา คนๆ หนึ่งจะเปลี่ยนตำแหน่งหรืออีกนัยหนึ่งคือเขาเคลื่อนไหว

งานเป็นปริมาณทางกายภาพเท่ากับแรงที่กระทำต่อร่างกายคูณด้วยเส้นทางที่ร่างกายสร้างขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงนี้และในทิศทางที่ระบุ เราสามารถพูดได้ว่างานเชิงกลนั้นเสร็จสิ้นหากตรงตามเงื่อนไข 2 ประการพร้อมกัน: แรงที่กระทำต่อร่างกาย และแรงนั้นเคลื่อนไปในทิศทางของแรงกระทำ แต่มันไม่ได้ถูกกระทำหรือไม่ถูกกระทำถ้าแรงนั้นกระทำ และร่างกายไม่ได้เปลี่ยนตำแหน่งในระบบพิกัด ต่อไปนี้คือตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ ที่ไม่ได้ทำงานเชิงกล:

1. ดังนั้นคนสามารถตกลงบนก้อนหินขนาดใหญ่เพื่อเคลื่อนย้ายได้ แต่ไม่มีกำลังเพียงพอ แรงกระทำต่อหิน แต่ไม่เคลื่อนที่ และไม่เกิดงาน
2. ร่างกายเคลื่อนที่ในระบบพิกัด และแรงจะเท่ากับศูนย์หรือถูกชดเชยทั้งหมด สิ่งนี้สามารถสังเกตได้ระหว่างการเคลื่อนที่เฉื่อย
3. เมื่อทิศทางที่ร่างกายเคลื่อนไหวตั้งฉากกับแรง เมื่อรถไฟเคลื่อนที่ไปในแนวราบ แรงโน้มถ่วงจะไม่ทำงาน

การทำงานเชิงกลสามารถเป็นลบและบวกได้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขบางประการ ดังนั้น หากทิศทาง แรง และการเคลื่อนไหวของร่างกายเหมือนกัน การทำงานในเชิงบวกก็จะเกิดขึ้น ตัวอย่างของผลงานเชิงบวกคือผลกระทบของแรงโน้มถ่วงต่อหยดน้ำที่ตกลงมา แต่ถ้าแรงและทิศทางของการเคลื่อนที่ตรงกันข้าม การทำงานเชิงกลเชิงลบจะเกิดขึ้น ตัวอย่างของตัวเลือกดังกล่าวคือบอลลูนลอยขึ้นและแรงโน้มถ่วงซึ่งให้ผลในทางลบ เมื่อร่างกายอยู่ภายใต้อิทธิพลของหลายแรง งานดังกล่าวเรียกว่า "แรงผลลัพธ์"

คุณสมบัติของการใช้งานจริง (พลังงานจลน์)

เราผ่านจากภาคทฤษฎีสู่ภาคปฏิบัติ เราควรพูดถึงงานเชิงกลและการใช้งานในฟิสิกส์ อย่างที่หลายๆ คนจำได้ พลังงานทั้งหมดของร่างกายถูกแบ่งออกเป็นจลนศาสตร์และศักยภาพ เมื่อวัตถุอยู่ในสภาวะสมดุลและไม่เคลื่อนที่ไปไหน พลังงานศักย์จะเท่ากับพลังงานทั้งหมด และพลังงานจลน์จะเป็นศูนย์ เมื่อการเคลื่อนไหวเริ่มขึ้น พลังงานศักย์เริ่มลดลง พลังงานจลน์จะเพิ่มขึ้น แต่โดยรวมแล้วจะเท่ากับพลังงานทั้งหมดของวัตถุ สำหรับจุดวัสดุ พลังงานจลน์ถูกกำหนดให้เป็นงานของแรงที่เร่งจุดจากศูนย์เป็นค่า H และในรูปแบบสูตร จลนพลศาสตร์ของร่างกายคือ ½ * M * H โดยที่ M คือมวล หากต้องการทราบพลังงานจลน์ของวัตถุที่ประกอบด้วยอนุภาคจำนวนมาก คุณต้องหาผลรวมของพลังงานจลน์ทั้งหมดของอนุภาค ซึ่งจะเป็นพลังงานจลน์ของร่างกาย

คุณสมบัติของการใช้งานจริง (พลังงานศักย์)

ในกรณีที่แรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกายเป็นแบบอนุรักษ์นิยม และพลังงานศักย์เท่ากับทั้งหมด จะไม่มีการทำงานใดๆ หลักการนี้เรียกว่ากฎการอนุรักษ์พลังงานกล พลังงานกลในระบบปิดมีค่าคงที่ในช่วงเวลาหนึ่ง กฎการอนุรักษ์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการแก้ปัญหาจากกลศาสตร์คลาสสิก

คุณสมบัติของการใช้งานจริง (อุณหพลศาสตร์)

ในอุณหพลศาสตร์ งานที่ทำโดยแก๊สระหว่างการขยายตัวจะคำนวณโดยอินทิกรัลของความดันคูณด้วยปริมาตร วิธีการนี้ใช้ไม่ได้เฉพาะในกรณีที่มีฟังก์ชันปริมาตรที่แน่นอนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกระบวนการทั้งหมดที่สามารถแสดงในระนาบความดัน/ปริมาตร ความรู้ด้านงานเครื่องกลไม่เพียงนำไปใช้กับก๊าซเท่านั้น แต่ยังนำไปใช้กับทุกสิ่งที่สามารถออกแรงกดได้

คุณสมบัติของการใช้งานจริงในทางปฏิบัติ (กลศาสตร์เชิงทฤษฎี)

ในกลศาสตร์เชิงทฤษฎี คุณสมบัติและสูตรทั้งหมดที่อธิบายไว้ข้างต้นได้รับการพิจารณาโดยละเอียด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งเหล่านี้คือเส้นโครง เธอยังให้คำจำกัดความของตัวเองสำหรับสูตรต่างๆ ของงานเชิงกล (ตัวอย่างคำจำกัดความของปริพันธ์ริมเมอร์): ขีดจำกัดที่ผลรวมของแรงทั้งหมดของงานเบื้องต้นมีแนวโน้มเมื่อความละเอียดของพาร์ติชันมีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์เรียกว่า การทำงานของแรงตามแนวโค้ง คงยากมั้ง? แต่ไม่มีอะไรด้วยกลศาสตร์เชิงทฤษฎีทุกอย่าง ใช่ และงานเครื่องกล ฟิสิกส์ และความยากอื่นๆ ก็จบลงแล้ว ต่อไปจะมีเพียงตัวอย่างและบทสรุปเท่านั้น

หน่วยงานเครื่องกล

SI ใช้จูลในการวัดงาน ในขณะที่ GHS ใช้ ergs:

1. 1 J = 1 กก. ตร.ม./วินาที² = 1 นิวตันเมตร
2. 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 dyne cm
3. 1 เอิร์ก = 10 −7 เจ

ตัวอย่างงานเครื่องกล

เพื่อให้เข้าใจแนวคิดเช่นงานเครื่องกลในที่สุด คุณควรศึกษาตัวอย่างแยกย่อยสองสามตัวอย่างที่จะช่วยให้คุณพิจารณาได้จากหลายๆ ด้าน แต่ไม่ใช่ทั้งหมด:

1. เมื่อมีคนยกหินด้วยมือของเขา งานเชิงกลจะเกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของความแข็งแรงของกล้ามเนื้อของมือ
2. เมื่อรถไฟแล่นไปตามราง จะถูกดึงด้วยแรงดึงของรถแทรกเตอร์ (หัวรถจักรไฟฟ้า หัวรถจักรดีเซล ฯลฯ)
3. หากคุณหยิบปืนขึ้นมาและยิงจากนั้นด้วยแรงกดที่ก๊าซผงสร้างขึ้นงานจะเสร็จสิ้น: กระสุนถูกเคลื่อนไปตามกระบอกปืนในเวลาเดียวกันกับที่ความเร็วของกระสุนเพิ่มขึ้น ;
4. นอกจากนี้ยังมีงานเชิงกลเมื่อแรงเสียดทานกระทำต่อร่างกายบังคับให้ลดความเร็วในการเคลื่อนที่
5. ตัวอย่างข้างต้นกับลูกบอล เมื่อลูกบอลลอยขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของแรงโน้มถ่วง ก็เป็นตัวอย่างของงานทางกลเช่นกัน แต่นอกเหนือจากแรงโน้มถ่วงแล้ว แรงของอาร์คิมิดีสยังทำหน้าที่เมื่อทุกสิ่งที่เบากว่าอากาศลอยขึ้น

พลังคืออะไร?

สุดท้าย ฉันต้องการสัมผัสในหัวข้อของอำนาจ งานที่ทำโดยแรงในหนึ่งหน่วยเวลาเรียกว่ากำลัง ในความเป็นจริง พลังงานเป็นปริมาณทางกายภาพที่สะท้อนถึงอัตราส่วนของงานต่อช่วงเวลาหนึ่งในระหว่างที่งานนี้เสร็จสิ้น: M = P / B โดยที่ M คือกำลัง P คืองาน B คือเวลา หน่วย SI ของพลังงานคือ 1 วัตต์ วัตต์เท่ากับกำลังที่ทำงาน 1 จูลใน 1 วินาที: 1 W = 1J \ 1s

ข้อมูลพื้นฐานทางทฤษฎี

งานเครื่องกล

คุณลักษณะพลังงานของการเคลื่อนไหวได้รับการแนะนำบนพื้นฐานของแนวคิด งานเครื่องกลหรืองานกำลัง. งานที่ทำโดยใช้แรงคงที่ ฉเป็นปริมาณทางกายภาพที่เท่ากับผลคูณของโมดูลของแรงและการกระจัด คูณด้วยโคไซน์ของมุมระหว่างเวกเตอร์แรง ฉและการกระจัด ส:

งานเป็นปริมาณสเกลาร์ อาจเป็นค่าบวก (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°) ที่ α = 90° งานที่ทำโดยแรงมีค่าเป็นศูนย์ ในระบบ SI งานวัดเป็นจูล (J) จูลเท่ากับงานที่กระทำโดยแรง 1 นิวตันเพื่อเคลื่อนที่ไป 1 เมตรในทิศทางของแรง

หากแรงเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป เพื่อค้นหางาน พวกเขาสร้างกราฟของการพึ่งพาของแรงในการกระจัดและค้นหาพื้นที่ของตัวเลขใต้กราฟ - นี่คืองาน:

ตัวอย่างของแรงที่โมดูลัสขึ้นอยู่กับพิกัด (การกระจัด) คือแรงยืดหยุ่นของสปริง ซึ่งเป็นไปตามกฎของฮุค ( ฉภายนอก = เคเอ็กซ์).

พลัง

งานที่ทำโดยแรงต่อหน่วยเวลาเรียกว่า พลัง. พลัง พี(บางครั้งเรียกว่า เอ็น) เป็นปริมาณทางกายภาพเท่ากับอัตราส่วนของงาน กถึงช่วงเวลา ทีซึ่งงานนี้เสร็จสมบูรณ์:

สูตรนี้คำนวณ กำลังเฉลี่ย, เช่น. พลังโดยทั่วไปกำหนดลักษณะของกระบวนการ ดังนั้น งานสามารถแสดงออกมาในรูปของอำนาจได้เช่นกัน: ก = พ(เว้นแต่จะทราบกำลังและเวลาในการปฏิบัติงาน) หน่วยของพลังงานเรียกว่าวัตต์ (W) หรือ 1 จูลต่อวินาที หากการเคลื่อนไหวสม่ำเสมอ ให้ทำดังนี้

ด้วยสูตรนี้ เราสามารถคำนวณ พลังทันที(กำลัง ณ เวลาที่กำหนด) ถ้าแทนความเร็ว เราจะแทนค่าของความเร็วชั่วขณะลงในสูตร จะรู้ได้อย่างไรว่าต้องนับพลังอะไร? หากงานขอพลัง ณ เวลาใดเวลาหนึ่งหรือบางจุดในอวกาศ ก็จะถือว่าเกิดขึ้นทันที หากคุณกำลังถามเกี่ยวกับพลังในช่วงเวลาหนึ่งหรือบางส่วนของเส้นทาง ให้มองหาพลังเฉลี่ย

ประสิทธิภาพ - ปัจจัยด้านประสิทธิภาพเท่ากับอัตราส่วนของงานที่เป็นประโยชน์ต่อการใช้จ่าย หรือกำลังงานที่มีประโยชน์ต่อการใช้จ่าย:

งานใดที่เป็นประโยชน์และงานใดที่ใช้ไปจะพิจารณาจากเงื่อนไขของงานเฉพาะโดยใช้เหตุผลเชิงตรรกะ ตัวอย่างเช่นหากเครนทำงานยกของที่ความสูงระดับหนึ่ง งานยกของจะมีประโยชน์ (เนื่องจากเครนถูกสร้างขึ้นมาเพื่อมัน) และงานที่ทำโดยมอเตอร์ไฟฟ้าของเครนจะถูกใช้ไป .

ดังนั้น พลังงานที่เป็นประโยชน์และพลังงานที่ใช้ไปจึงไม่มีคำจำกัดความที่เข้มงวด และพบได้จากการใช้เหตุผลเชิงตรรกะ ในแต่ละงาน เราเองต้องกำหนดว่าในงานนี้มีจุดประสงค์อะไรในการทำงาน (งานที่มีประโยชน์หรือพลัง) และอะไรคือกลไกหรือวิธีการทำงานทั้งหมด (พลังหรืองานที่ใช้ไป)

ในกรณีทั่วไป ประสิทธิภาพจะแสดงให้เห็นว่ากลไกแปลงพลังงานประเภทหนึ่งไปเป็นพลังงานประเภทอื่นได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด หากพลังงานมีการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปงานจะพบเป็นพื้นที่ของตัวเลขใต้กราฟของพลังงานเทียบกับเวลา:

พลังงานจลน์

ปริมาณทางกายภาพที่เท่ากับครึ่งหนึ่งของผลคูณของมวลร่างกายและกำลังสองของความเร็วเรียกว่า พลังงานจลน์ของร่างกาย (พลังงานของการเคลื่อนไหว):

นั่นคือ ถ้ารถที่มีมวล 2,000 กก. เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 10 เมตร/วินาที ก็จะมีพลังงานจลน์เท่ากับ อี k \u003d 100 kJ และสามารถทำงานได้ 100 kJ พลังงานนี้สามารถเปลี่ยนเป็นความร้อน (เมื่อรถเบรก ล้อยาง ถนน และจานเบรกร้อนขึ้น) หรืออาจใช้ไปกับการทำให้รถและตัวถังรถเสียรูปทรง (ในอุบัติเหตุ) เมื่อคำนวณพลังงานจลน์ ไม่สำคัญว่ารถจะเคลื่อนที่ไปที่ใด เนื่องจากพลังงานเป็นปริมาณสเกลาร์ เช่นเดียวกับงาน

ร่างกายมีพลังงานหากสามารถทำงานได้ตัวอย่างเช่น ร่างกายที่กำลังเคลื่อนที่มีพลังงานจลน์ กล่าวคือ พลังงานของการเคลื่อนที่และสามารถทำงานเพื่อทำให้วัตถุเสียรูปหรือเพิ่มความเร่งให้กับวัตถุที่เกิดการชน

ความหมายทางกายภาพของพลังงานจลน์: เพื่อให้ร่างกายอยู่นิ่งกับมวล มเริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว โวลต์จำเป็นต้องทำงานให้เท่ากับค่าพลังงานจลน์ที่ได้รับ ถ้ามวลร่างกาย มเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว โวลต์จากนั้นเพื่อหยุดมัน จำเป็นต้องทำงานให้เท่ากับพลังงานจลน์เริ่มต้นของมัน ในระหว่างการเบรก พลังงานจลน์ส่วนใหญ่ (ยกเว้นกรณีของการชน เมื่อพลังงานถูกใช้ไปเพื่อการเสียรูป) จะ "ถูกดึงออกไป" โดยแรงเสียดทาน

ทฤษฎีบทพลังงานจลน์: การทำงานของแรงลัพธ์เท่ากับการเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ของร่างกาย:

ทฤษฎีบทพลังงานจลน์ยังใช้ได้ในกรณีทั่วไปเมื่อร่างกายเคลื่อนที่ภายใต้แรงกระทำที่เปลี่ยนแปลง ซึ่งทิศทางไม่ตรงกับทิศทางการเคลื่อนที่ สะดวกที่จะใช้ทฤษฎีบทนี้กับปัญหาการเร่งความเร็วและการลดความเร็วของร่างกาย

พลังงานศักย์

นอกเหนือจากพลังงานจลน์หรือพลังงานของการเคลื่อนที่ในฟิสิกส์แล้ว แนวคิดนี้ยังมีบทบาทสำคัญอีกด้วย พลังงานศักย์หรือพลังงานปฏิสัมพันธ์ของร่างกาย.

พลังงานศักย์ถูกกำหนดโดยตำแหน่งร่วมกันของวัตถุต่างๆ (เช่น ตำแหน่งของร่างกายที่สัมพันธ์กับพื้นผิวโลก) แนวคิดของพลังงานศักย์สามารถนำมาใช้กับแรงที่ทำงานไม่ได้ขึ้นอยู่กับวิถีการเคลื่อนที่ของร่างกายและถูกกำหนดโดยตำแหน่งเริ่มต้นและตำแหน่งสุดท้ายเท่านั้น (ที่เรียกว่า กองกำลังอนุรักษ์นิยม). การทำงานของแรงดังกล่าวในวิถีปิดเป็นศูนย์ คุณสมบัตินี้ถูกครอบครองโดยแรงโน้มถ่วงและแรงยืดหยุ่น สำหรับแรงเหล่านี้ เราสามารถแนะนำแนวคิดของพลังงานศักย์ได้

พลังงานศักย์ของร่างกายในสนามแรงโน้มถ่วงของโลกคำนวณโดยสูตร:

ความหมายทางกายภาพของพลังงานศักย์ของร่างกาย: พลังงานศักย์เท่ากับงานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงเมื่อลดระดับร่างกายลงถึงระดับศูนย์ ( ชม.คือระยะทางจากจุดศูนย์ถ่วงของร่างกายถึงระดับศูนย์) ถ้าร่างกายมีพลังงานศักย์ มันก็สามารถทำงานได้เมื่อร่างกายนี้ตกลงมาจากที่สูง ชม.ลงไปเป็นศูนย์ การทำงานของแรงโน้มถ่วงเท่ากับการเปลี่ยนแปลงพลังงานศักย์ของร่างกายโดยมีเครื่องหมายตรงกันข้าม:

บ่อยครั้งในงานพลังงาน คุณต้องหางานเพื่อยก (พลิกกลับ ออกจากหลุม) ร่างกาย ในทุกกรณีเหล่านี้ จำเป็นต้องพิจารณาการเคลื่อนไหวที่ไม่ใช่ของร่างกาย แต่พิจารณาจากจุดศูนย์ถ่วงเท่านั้น

พลังงานศักย์ Ep ขึ้นอยู่กับการเลือกระดับศูนย์ นั่นคือ การเลือกจุดกำเนิดของแกน OY ในแต่ละปัญหา ระดับศูนย์จะถูกเลือกด้วยเหตุผลด้านความสะดวก ไม่ใช่พลังงานศักย์ที่มีความหมายทางกายภาพ แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงเมื่อร่างกายเคลื่อนที่จากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับตัวเลือกของระดับศูนย์

พลังงานศักย์ของสปริงที่ยืดออกคำนวณโดยสูตร:

ที่ไหน: เค- ความแข็งของสปริง สปริงที่ยืดออก (หรือบีบอัด) สามารถทำให้วัตถุที่ติดอยู่กับสปริงเคลื่อนไหวได้ นั่นคือส่งพลังงานจลน์ไปยังวัตถุนี้ ดังนั้นสปริงดังกล่าวจึงมีพลังงานสำรอง การยืดหรือการบีบอัด เอ็กซ์ต้องคำนวณจากสภาพร่างกายที่ไม่สมประกอบ

พลังงานศักย์ของวัตถุที่เปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นจะเท่ากับการทำงานของแรงยืดหยุ่นในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะที่กำหนดไปเป็นสถานะที่ไม่มีการเปลี่ยนรูป หากในสถานะเริ่มต้นสปริงมีรูปร่างผิดปกติและการยืดตัวเท่ากับ x 1 จากนั้นเมื่อเปลี่ยนไปสู่สถานะใหม่ด้วยการยืดตัว x 2 แรงยืดหยุ่นจะทำงานเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์ โดยใช้เครื่องหมายตรงกันข้าม (เนื่องจากแรงยืดหยุ่นจะพุ่งตรงไปที่การเสียรูปของร่างกายเสมอ):

พลังงานศักย์ระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นคือพลังงานของการทำงานร่วมกันของแต่ละส่วนของร่างกายด้วยแรงยืดหยุ่น

การทำงานของแรงเสียดทานขึ้นอยู่กับระยะทางที่เดินทาง (แรงประเภทนี้ซึ่งทำงานขึ้นอยู่กับวิถีและระยะทางที่เคลื่อนที่เรียกว่า: กองกำลังกระจายตัว). ไม่สามารถแนะนำแนวคิดของพลังงานศักย์สำหรับแรงเสียดทานได้

ประสิทธิภาพ

ปัจจัยด้านประสิทธิภาพ (COP)- คุณลักษณะของประสิทธิภาพของระบบ (อุปกรณ์ เครื่องจักร) ที่เกี่ยวข้องกับการแปลงหรือถ่ายโอนพลังงาน กำหนดโดยอัตราส่วนของพลังงานที่มีประโยชน์ที่ใช้กับปริมาณพลังงานทั้งหมดที่ระบบได้รับ (สูตรดังกล่าวได้รับข้างต้นแล้ว)

สามารถคำนวณประสิทธิภาพได้ทั้งในแง่ของการทำงานและในแง่ของกำลัง งานที่เป็นประโยชน์และใช้จ่าย (กำลัง) ถูกกำหนดโดยการใช้เหตุผลเชิงตรรกะอย่างง่ายเสมอ

ในมอเตอร์ไฟฟ้า ประสิทธิภาพคืออัตราส่วนของงานเชิงกลที่ทำ (มีประโยชน์) ต่อพลังงานไฟฟ้าที่ได้รับจากแหล่งกำเนิด ในเครื่องยนต์ความร้อน อัตราส่วนของงานเชิงกลที่มีประโยชน์ต่อปริมาณความร้อนที่ใช้ไป ในหม้อแปลงไฟฟ้า อัตราส่วนของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่ได้รับในขดลวดทุติยภูมิต่อพลังงานที่ใช้โดยขดลวดปฐมภูมิ

เนื่องจากลักษณะทั่วไป แนวคิดเรื่องประสิทธิภาพทำให้สามารถเปรียบเทียบและประเมินจากมุมมองที่รวมเป็นหนึ่งได้ เช่น ระบบต่างๆ เช่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเครื่องยนต์ โรงไฟฟ้าพลังความร้อน อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ วัตถุชีวภาพ เป็นต้น

เนื่องจากการสูญเสียพลังงานที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เนื่องจากการเสียดสี ความร้อนของร่างกายโดยรอบ ฯลฯ ประสิทธิภาพน้อยกว่าความสามัคคีเสมอดังนั้น ประสิทธิภาพจะแสดงเป็นเศษส่วนของพลังงานที่ใช้ไป นั่นคือ เป็นเศษส่วนที่เหมาะสมหรือเป็นเปอร์เซ็นต์ และเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ ประสิทธิภาพบ่งบอกว่าเครื่องจักรหรือกลไกทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด ประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนสูงถึง 35-40% เครื่องยนต์สันดาปภายในที่มีการอัดบรรจุอากาศและการระบายความร้อนล่วงหน้า - 40-50% ไดนาโมและเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังสูง - 95% หม้อแปลงไฟฟ้า - 98%

งานที่คุณต้องการค้นหาประสิทธิภาพหรือเป็นที่รู้จักคุณต้องเริ่มต้นด้วยการใช้เหตุผลเชิงตรรกะ - งานใดมีประโยชน์และอะไรที่ใช้ไป

กฎการอนุรักษ์พลังงานกล

พลังงานกลเต็มที่ผลรวมของพลังงานจลน์ (เช่น พลังงานของการเคลื่อนที่) และศักยภาพ (เช่น พลังงานของการทำงานร่วมกันของร่างกายโดยแรงโน้มถ่วงและความยืดหยุ่น) เรียกว่า:

หากพลังงานกลไม่ส่งผ่านไปยังรูปแบบอื่น เช่น พลังงานภายใน (ความร้อน) ผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์จะไม่เปลี่ยนแปลง ถ้าพลังงานกลถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน การเปลี่ยนแปลงของพลังงานกลจะเท่ากับงานของแรงเสียดทานหรือการสูญเสียพลังงาน หรือปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมา เป็นต้น กล่าวคือ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานกลทั้งหมดคือ เท่ากับงานของแรงภายนอก:

ผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของร่างกายที่ประกอบกันเป็นระบบปิด (กล่าวคือ พลังงานที่ไม่มีแรงภายนอกกระทำ และการทำงานของพวกมันเท่ากับศูนย์ตามลำดับ) และมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันโดยแรงโน้มถ่วงและแรงยืดหยุ่น ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง:

ข้อความนี้แสดง กฎการอนุรักษ์พลังงาน (LSE) ในกระบวนการทางกล. เป็นผลมาจากกฎของนิวตัน กฎการอนุรักษ์พลังงานกลจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อร่างกายในระบบปิดมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันโดยแรงยืดหยุ่นและแรงโน้มถ่วง ในปัญหาทั้งหมดเกี่ยวกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน จะมีระบบของร่างกายอย่างน้อยสองสถานะเสมอ กฎหมายกล่าวว่าพลังงานทั้งหมดของรัฐแรกจะเท่ากับพลังงานทั้งหมดของรัฐที่สอง

อัลกอริทึมสำหรับการแก้ปัญหากฎการอนุรักษ์พลังงาน:

1. ค้นหาจุดตำแหน่งเริ่มต้นและตำแหน่งสุดท้ายของร่างกาย
2. จดบันทึกว่าร่างกายมีพลังงานอะไรบ้างที่จุดเหล่านี้
3. เปรียบเทียบพลังงานเริ่มต้นและพลังงานสุดท้ายของร่างกาย
4. เพิ่มสมการที่จำเป็นอื่นๆ จากหัวข้อฟิสิกส์ก่อนหน้า
5. แก้สมการผลลัพธ์หรือระบบสมการด้วยวิธีทางคณิตศาสตร์

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่ากฎการอนุรักษ์พลังงานกลทำให้สามารถรับการเชื่อมต่อระหว่างพิกัดและความเร็วของร่างกายที่จุดสองจุดที่แตกต่างกันของวิถีโคจร โดยไม่ต้องวิเคราะห์กฎการเคลื่อนที่ของร่างกายที่จุดกึ่งกลางทั้งหมด การใช้กฎการอนุรักษ์พลังงานกลสามารถลดความซับซ้อนในการแก้ปัญหาต่างๆ

ในสภาพจริง วัตถุที่เคลื่อนไหวเกือบตลอดเวลาพร้อมกับแรงโน้มถ่วง แรงยืดหยุ่น และแรงอื่นๆ จะถูกกระทำโดยแรงเสียดทานหรือแรงต้านของตัวกลาง การทำงานของแรงเสียดทานขึ้นอยู่กับความยาวของเส้นทาง

หากแรงเสียดทานกระทำระหว่างวัตถุที่ประกอบกันเป็นระบบปิด พลังงานกลจะไม่ถูกสงวนไว้ ส่วนหนึ่งของพลังงานกลจะเปลี่ยนเป็นพลังงานภายในของร่างกาย (ความร้อน) ดังนั้น พลังงานโดยรวม (เช่น ไม่เพียงแต่พลังงานกล) จะถูกสงวนไว้ไม่ว่าในกรณีใด ๆ

ในปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพใด ๆ พลังงานจะไม่เกิดขึ้นและไม่หายไป มันเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่งเท่านั้น ข้อเท็จจริงที่สร้างขึ้นโดยการทดลองนี้เป็นการแสดงออกถึงกฎพื้นฐานของธรรมชาติ - กฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน.

ผลที่ตามมาอย่างหนึ่งของกฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงพลังงานคือการยืนยันว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้าง "เครื่องจักรเคลื่อนที่ตลอดเวลา" (perpetuum mobile) ซึ่งเป็นเครื่องจักรที่สามารถทำงานได้อย่างไม่มีกำหนดโดยไม่ใช้พลังงาน

งานเบ็ดเตล็ด

หากคุณต้องการค้นหางานเชิงกลในปัญหา ก่อนอื่นให้เลือกวิธีการค้นหา:

1. สามารถหางานได้โดยใช้สูตร: ก = เอฟ.เอสเพราะ α . ค้นหาแรงที่ทำงานและปริมาณการกระจัดของร่างกายภายใต้การกระทำของแรงนี้ในกรอบอ้างอิงที่เลือก โปรดทราบว่าต้องเลือกมุมระหว่างแรงและเวกเตอร์การกระจัด
2. การทำงานของแรงภายนอกสามารถหาได้จากความแตกต่างระหว่างพลังงานกลในสถานการณ์สุดท้ายและสถานการณ์เริ่มต้น พลังงานกลเท่ากับผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของร่างกาย
3. งานที่ทำเพื่อยกวัตถุด้วยความเร็วคงที่สามารถหาได้จากสูตร: ก = มก, ที่ไหน ชม.- ความสูงที่เพิ่มขึ้น จุดศูนย์ถ่วงของร่างกาย.
4. งานสามารถพบได้เป็นผลิตภัณฑ์ของกำลังและเวลาเช่น ตามสูตร: ก = พ.
5. สามารถหางานเป็นพื้นที่ของตัวเลขใต้กราฟของแรงกับการกระจัดหรือกำลังเทียบกับเวลา

กฎการอนุรักษ์พลังงานและพลศาสตร์ของการเคลื่อนที่แบบหมุน

งานของหัวข้อนี้ค่อนข้างซับซ้อนทางคณิตศาสตร์ แต่ด้วยความรู้ของวิธีการ พวกเขาจะแก้ไขตามอัลกอริทึมมาตรฐานที่สมบูรณ์ ในปัญหาทั้งหมดคุณจะต้องพิจารณาการหมุนของร่างกายในระนาบแนวตั้ง การแก้ปัญหาจะลดลงเป็นลำดับการกระทำต่อไปนี้:

1. จำเป็นต้องกำหนดจุดสนใจให้กับคุณ (จุดที่จำเป็นต้องกำหนดความเร็วของร่างกาย แรงดึงของด้าย น้ำหนัก และอื่นๆ)
2. ณ จุดนี้ เขียนกฎข้อที่สองของนิวตัน เนื่องจากร่างกายหมุน นั่นคือ มีความเร่งสู่ศูนย์กลาง
3. เขียนกฎการอนุรักษ์พลังงานกลเพื่อให้มีความเร็วของร่างกาย ณ จุดที่น่าสนใจนั้นรวมถึงลักษณะของสถานะของร่างกายในบางสถานะที่ทราบบางสิ่ง
4. แสดงความเร็วยกกำลังสองจากสมการหนึ่งแล้วแทนที่ด้วยสมการอื่นทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข
5. ดำเนินการทางคณิตศาสตร์ที่จำเป็นที่เหลือเพื่อให้ได้ผลลัพธ์สุดท้าย

เมื่อแก้ปัญหา โปรดจำไว้ว่า:

• เงื่อนไขสำหรับการผ่านจุดบนระหว่างการหมุนของเกลียวด้วยความเร็วต่ำสุดคือแรงปฏิกิริยาของส่วนรองรับ เอ็นที่จุดสูงสุดคือ 0 ตรงตามเงื่อนไขเดียวกันเมื่อผ่านจุดสูงสุดของลูปที่ตายแล้ว
• เมื่อหมุนบนแกน เงื่อนไขในการผ่านวงกลมทั้งหมดคือ: ความเร็วต่ำสุดที่จุดสูงสุดคือ 0
• เงื่อนไขในการแยกวัตถุออกจากพื้นผิวทรงกลมคือแรงปฏิกิริยาของแนวรับที่จุดแยกเป็นศูนย์

การชนที่ไม่ยืดหยุ่น

กฎการอนุรักษ์พลังงานกลและกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมทำให้สามารถค้นหาวิธีแก้ไขปัญหาทางกลในกรณีที่ไม่ทราบแรงกระทำ ตัวอย่างของปัญหาดังกล่าวคือการทำงานร่วมกันของร่างกาย

ผลกระทบ (หรือการชนกัน)เป็นเรื่องปกติที่จะเรียกการโต้ตอบในระยะสั้นของร่างกายซึ่งเป็นผลมาจากความเร็วของพวกมันมีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ ระหว่างการชนกันของวัตถุ แรงกระทบในระยะสั้นจะกระทำระหว่างกัน ซึ่งตามกฎแล้วจะไม่ทราบขนาด ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะพิจารณาผลกระทบโดยตรงกับความช่วยเหลือของกฎของนิวตัน การใช้กฎการอนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัมในหลายกรณีทำให้สามารถแยกกระบวนการชนออกจากการพิจารณาและรับความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วของวัตถุก่อนและหลังการชนโดยผ่านค่ากลางทั้งหมดของปริมาณเหล่านี้

เรามักต้องรับมือกับการกระทบกันของร่างกายในชีวิตประจำวัน เทคโนโลยี และฟิสิกส์ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฟิสิกส์ของอะตอมและอนุภาคมูลฐาน) ในกลศาสตร์ มักใช้แบบจำลองสองแบบของการโต้ตอบการกระแทก - ผลกระทบที่ยืดหยุ่นและไม่ยืดหยุ่นอย่างแน่นอน.

ผลกระทบที่ไม่ยืดหยุ่นอย่างแน่นอนการโต้ตอบแบบช็อตนี้เรียกว่าซึ่งร่างกายเชื่อมต่อกัน (ติดกัน) ซึ่งกันและกันและเคลื่อนที่เป็นร่างเดียว

ในผลกระทบที่ไม่ยืดหยุ่นอย่างสมบูรณ์ พลังงานกลจะไม่ถูกสงวนไว้ มันผ่านเข้าสู่พลังงานภายในของร่างกายบางส่วนหรือทั้งหมด (ความร้อน) ในการอธิบายผลกระทบใด ๆ คุณต้องเขียนทั้งกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมและกฎการอนุรักษ์พลังงานกลโดยคำนึงถึงความร้อนที่ปล่อยออกมา (ควรวาดแบบก่อน)

ผลกระทบที่ยืดหยุ่นอย่างแน่นอน

ผลกระทบที่ยืดหยุ่นอย่างแน่นอนเรียกว่าการชนกันซึ่งรักษาพลังงานกลของระบบร่างกายไว้ ในหลายกรณี การชนกันของอะตอม โมเลกุล และอนุภาคมูลฐานเป็นไปตามกฎของการกระแทกแบบยืดหยุ่น ด้วยผลกระทบที่ยืดหยุ่นอย่างสมบูรณ์พร้อมกับกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม กฎการอนุรักษ์พลังงานกลจึงเป็นจริง ตัวอย่างง่ายๆ ของการชนแบบยืดหยุ่นอย่างสมบูรณ์คือจุดศูนย์กลางของลูกบิลเลียดสองลูก ซึ่งลูกหนึ่งหยุดอยู่ก่อนการชน

หมัดกลางลูกบอลเรียกว่าการชนกัน ซึ่งความเร็วของลูกบอลก่อนและหลังการกระทบจะพุ่งไปตามแนวศูนย์กลาง ดังนั้น การใช้กฎการอนุรักษ์พลังงานกลและโมเมนตัม จึงเป็นไปได้ที่จะกำหนดความเร็วของลูกบอลหลังการชน หากทราบความเร็วก่อนการชน ผลกระทบจากศูนย์กลางนั้นไม่ค่อยเกิดขึ้นในทางปฏิบัติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมันมาถึงการชนกันของอะตอมหรือโมเลกุล ในการชนแบบไม่มีศูนย์กลางแบบยืดหยุ่น ความเร็วของอนุภาค (ลูกบอล) ก่อนและหลังการชนจะไม่พุ่งตรงไปตามเส้นตรงเดียวกัน

กรณีพิเศษของการกระแทกแบบไม่ยืดหยุ่นคือการชนกันของลูกบิลเลียดสองลูกที่มีมวลเท่ากัน ลูกหนึ่งไม่เคลื่อนที่ก่อนการชน และความเร็วของลูกที่สองไม่ได้พุ่งตรงไปตามแนวศูนย์กลางของลูก ในกรณีนี้ เวกเตอร์ความเร็วของลูกบอลหลังจากการชนแบบยืดหยุ่นจะตั้งฉากกันเสมอ

กฎหมายการอนุรักษ์ งานที่ยาก

หลายศพ

ในงานบางอย่างเกี่ยวกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน สายเคเบิลที่วัตถุบางอย่างเคลื่อนที่ด้วยอาจมีมวล (นั่นคือ ไม่ใช่แบบไร้น้ำหนัก อย่างที่คุณอาจคุ้นเคยอยู่แล้ว) ในกรณีนี้ จะต้องคำนึงถึงงานของการเคลื่อนย้ายสายเคเบิลดังกล่าว (กล่าวคือ จุดศูนย์ถ่วงของสายเคเบิล) ด้วย

หากวัตถุสองชิ้นเชื่อมต่อกันด้วยแท่งไร้น้ำหนักหมุนในระนาบแนวตั้ง ดังนั้น:

1. เลือกระดับศูนย์เพื่อคำนวณพลังงานศักย์ตัวอย่างเช่นที่ระดับแกนหมุนหรือที่ระดับจุดต่ำสุดที่โหลดตัวใดตัวหนึ่งอยู่และทำการวาด
2. มีการเขียนกฎการอนุรักษ์พลังงานกล ซึ่งผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของวัตถุทั้งสองในสถานการณ์เริ่มต้นเขียนไว้ทางด้านซ้าย และผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของวัตถุทั้งสองในสถานการณ์สุดท้าย เขียนไว้ทางด้านขวา
3. พิจารณาว่าความเร็วเชิงมุมของวัตถุนั้นเท่ากัน ดังนั้นความเร็วเชิงเส้นของวัตถุจะเป็นสัดส่วนกับรัศมีของการหมุน
4. ถ้าจำเป็น ให้เขียนกฎข้อที่สองของนิวตันสำหรับแต่ละร่างแยกจากกัน

กระสุนปืนแตก

ในกรณีที่มีการระเบิดของโพรเจกไทล์ พลังงานที่ระเบิดได้จะถูกปลดปล่อยออกมา ในการหาพลังงานนี้ จำเป็นต้องลบพลังงานกลของโพรเจกไทล์ก่อนการระเบิดออกจากผลรวมของพลังงานกลของชิ้นส่วนหลังการระเบิด เราจะใช้กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมซึ่งเขียนในรูปของทฤษฎีบทโคไซน์ (วิธีเวกเตอร์) หรือในรูปแบบของเส้นโครงบนแกนที่เลือก

ชนกับจานหนัก

ปล่อยให้จานหนักที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว โวลต์ลูกบอลมวลเบาเคลื่อนที่ มด้วยความเร็ว ยูน. เนื่องจากโมเมนตัมของลูกมีค่าน้อยกว่าโมเมนตัมของเพลตมาก ความเร็วของเพลตจะไม่เปลี่ยนแปลงหลังจากการกระแทก และจะเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วเดียวกันและในทิศทางเดียวกัน อันเป็นผลมาจากการกระแทกแบบยืดหยุ่น ลูกบอลจะลอยออกจากจาน ที่นี่สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่า ความเร็วของลูกบอลที่สัมพันธ์กับจานจะไม่เปลี่ยนแปลง. ในกรณีนี้ สำหรับความเร็วสุดท้ายของลูกบอล เราจะได้:

ดังนั้นความเร็วของลูกบอลหลังจากการกระแทกจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าของความเร็วของกำแพง ข้อโต้แย้งที่คล้ายกันสำหรับกรณีที่ลูกบอลและจานเคลื่อนที่ในทิศทางเดียวกันก่อนการกระแทกนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ความเร็วของลูกบอลลดลงสองเท่าของความเร็วของผนัง:

ในวิชาฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ เหนือสิ่งอื่นใด เงื่อนไขสำคัญสามประการต้องเป็นไปตาม:

1. ศึกษาหัวข้อทั้งหมดและทำแบบทดสอบและงานทั้งหมดที่กำหนดในสื่อการเรียนรู้ในเว็บไซต์นี้ ในการทำเช่นนี้ คุณไม่จำเป็นต้องทำอะไรเลย กล่าวคือ ใช้เวลาสามถึงสี่ชั่วโมงทุกวันเพื่อเตรียมตัวสำหรับ CT ในวิชาฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ เรียนทฤษฎี และแก้ปัญหา ความจริงก็คือ CT เป็นข้อสอบที่แค่รู้ฟิสิกส์หรือคณิตศาสตร์ไม่เพียงพอ คุณต้องสามารถแก้ปัญหาจำนวนมากในหัวข้อต่างๆ และความซับซ้อนที่แตกต่างกันได้อย่างรวดเร็วและปราศจากความล้มเหลว หลังสามารถเรียนรู้ได้โดยการแก้ปัญหานับพันเท่านั้น
2. เรียนรู้สูตรและกฎทั้งหมดในฟิสิกส์ สูตรและวิธีการในคณิตศาสตร์ อันที่จริง การทำเช่นนี้ทำได้ง่ายมาก มีสูตรที่จำเป็นในฟิสิกส์ประมาณ 200 สูตรเท่านั้น และในคณิตศาสตร์มีสูตรน้อยกว่านี้อีกเล็กน้อย ในแต่ละวิชาเหล่านี้มีวิธีการมาตรฐานประมาณสิบวิธีสำหรับการแก้ปัญหาระดับความซับซ้อนขั้นพื้นฐาน ซึ่งสามารถเรียนรู้ได้ ดังนั้น แก้ปัญหาการเปลี่ยนแปลงทางดิจิทัลส่วนใหญ่ในเวลาที่เหมาะสมโดยอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์และไม่มีปัญหา หลังจากนั้นคุณจะต้องคิดถึงงานที่ยากที่สุดเท่านั้น
3. เข้าร่วมการทดสอบการซ้อมทั้งสามขั้นตอนในวิชาฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ RT แต่ละครั้งสามารถเข้าชมได้สองครั้งเพื่อแก้ปัญหาทั้งสองตัวเลือก อีกครั้งใน CT นอกจากความสามารถในการแก้ปัญหาอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพและความรู้ในสูตรและวิธีการแล้ว ยังจำเป็นต้องสามารถวางแผนเวลา กระจายกำลัง และที่สำคัญที่สุดคือกรอกแบบฟอร์มคำตอบให้ถูกต้อง โดยไม่สับสนทั้งจำนวนคำตอบและงาน หรือชื่อของคุณเอง นอกจากนี้ ในระหว่าง RT สิ่งสำคัญคือต้องทำความคุ้นเคยกับรูปแบบการตั้งคำถามในงาน ซึ่งอาจดูผิดปกติมากสำหรับผู้ที่ไม่ได้เตรียมตัวใน DT

การนำประเด็นทั้งสามนี้ไปใช้อย่างประสบความสำเร็จ ขยันหมั่นเพียร และมีความรับผิดชอบ จะช่วยให้คุณแสดงผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมใน CT ได้สูงสุดเท่าที่คุณสามารถทำได้

พบข้อผิดพลาด?

หากคุณดูเหมือนว่าคุณจะพบข้อผิดพลาดในเอกสารการฝึกอบรม โปรดเขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้ทางไปรษณีย์ คุณยังสามารถเขียนเกี่ยวกับข้อผิดพลาดบนโซเชียลเน็ตเวิร์ก () ในจดหมาย ให้ระบุหัวเรื่อง (ฟิสิกส์หรือคณิตศาสตร์) ชื่อหรือหมายเลขของหัวข้อหรือการทดสอบ จำนวนงาน หรือสถานที่ในข้อความ (หน้า) ที่คุณเห็นว่ามีข้อผิดพลาด อธิบายข้อผิดพลาดที่ถูกกล่าวหาด้วย จดหมายของคุณจะไม่เป็นที่สังเกต ข้อผิดพลาดจะได้รับการแก้ไข หรือคุณจะได้รับคำอธิบายว่าเหตุใดจึงไม่ใช่ข้อผิดพลาด

คุณลักษณะด้านพลังงานของการเคลื่อนที่ได้รับการแนะนำบนพื้นฐานของแนวคิดของงานเชิงกลหรืองานของแรง

คำจำกัดความ 1

งาน A ที่กระทำโดยแรงคงที่ F → เป็นปริมาณทางกายภาพที่เท่ากับผลคูณของโมดูลของแรงและการกระจัด คูณด้วยโคไซน์ของมุม α อยู่ระหว่างเวกเตอร์แรง F → และการกระจัด s → .

คำนิยามนี้จะกล่าวถึงในรูปที่ 1 18 . 1 .

เขียนสูตรการทำงานเป็น

A = F s คอส α .

งานเป็นปริมาณสเกลาร์ ทำให้สามารถเป็นบวกได้ที่ (0 ° ≤ α< 90 °) , отрицательной при (90 ° < α ≤ 180 °) . Когда задается прямой угол α , тогда совершаемая сила равняется нулю. Единицы измерения работы по системе СИ - джоули (Д ж) .

จูลเท่ากับงานที่กระทำโดยแรง 1 N เพื่อเคลื่อนที่ไป 1 เมตรในทิศทางของแรง

ภาพที่ 1 . 18 . 1 . กำลังงาน F → : A = F s cos α = F s s

เมื่อฉาย F s → ออกแรง F → ไปยังทิศทางการเคลื่อนที่ s → แรงจะไม่คงที่ และการคำนวณงานสำหรับการกระจัดขนาดเล็ก Δ s i สรุปและผลิตตามสูตร:

A = ∑ ∆ A i = ∑ F s i ∆ s ผม

จำนวนงานนี้คำนวณจากขีด จำกัด (Δ s i → 0) หลังจากนั้นจะเข้าสู่อินทิกรัล

ภาพกราฟิกของงานถูกกำหนดจากพื้นที่ของเส้นโค้งที่อยู่ใต้กราฟ F s (x) ของรูปที่ 1 18 . 2.

ภาพที่ 1 . 18 . 2. นิยามกราฟิกของงาน Δ A i = F s i Δ s i .

ตัวอย่างของแรงที่ขึ้นอยู่กับพิกัดคือแรงยืดหยุ่นของสปริง ซึ่งเป็นไปตามกฎของฮุค ในการยืดสปริงจำเป็นต้องใช้แรง F → โมดูลัสซึ่งเป็นสัดส่วนกับการยืดตัวของสปริง สามารถดูได้จากรูปที่ 1 18 . 3 .

ภาพที่ 1 . 18 . 3 . สปริงยืด. ทิศทางของแรงภายนอก F → ตรงกับทิศทางการกระจัด s → . F s = k x โดยที่ k คือความแข็งของสปริง

F → y p p = - F →

การพึ่งพาโมดูลของแรงภายนอกกับพิกัด x สามารถแสดงบนกราฟโดยใช้เส้นตรง

ภาพที่ 1 . 18 . 4 . การพึ่งพาโมดูลของแรงภายนอกบนพิกัดเมื่อสปริงยืดออก

จากรูปด้านบน เป็นไปได้ที่จะหางานเกี่ยวกับแรงภายนอกของปลายอิสระด้านขวาของสปริงโดยใช้พื้นที่ของรูปสามเหลี่ยม สูตรจะอยู่ในรูปแบบ

สูตรนี้ใช้กับการแสดงงานที่ทำโดยแรงภายนอกเมื่อสปริงถูกบีบอัด ทั้งสองกรณีแสดงว่าแรงยืดหยุ่น F → y p p เท่ากับงานของแรงภายนอก F → แต่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม

คำจำกัดความ 2

หากแรงหลายอย่างกระทำต่อร่างกาย สูตรสำหรับงานทั้งหมดจะมีลักษณะเหมือนผลรวมของงานทั้งหมดที่ทำกับร่างกาย เมื่อร่างกายเคลื่อนที่ไปข้างหน้า จุดที่ใช้แรงจะเคลื่อนที่ในลักษณะเดียวกัน นั่นคืองานรวมของแรงทั้งหมดจะเท่ากับงานของผลลัพธ์ของแรงที่ใช้

ภาพที่ 1 . 18 . 5 . แบบจำลองของงานเครื่องกล.

การกำหนดพลังงาน

นิยาม 3

พลังเป็นงานที่ทำโดยใช้แรงต่อหน่วยเวลา

บันทึกปริมาณทางกายภาพของพลังงานซึ่งแสดงแทน N ใช้รูปแบบของอัตราส่วนของงาน A ต่อช่วงเวลา t ของงานที่ทำ นั่นคือ:

ความหมาย 4

ระบบเอสไอใช้วัตต์ (Wt) เป็นหน่วยของกำลัง ซึ่งเท่ากับกำลังของแรงที่ทำงาน 1 J ใน 1 วินาที

หากคุณสังเกตเห็นข้อผิดพลาดในข้อความ โปรดเน้นข้อความนั้นแล้วกด Ctrl+Enter

ทุกคนรู้. แม้แต่เด็ก ๆ ก็ทำงานในโรงเรียนอนุบาล - เด็ก ๆ อย่างไรก็ตาม แนวคิดในชีวิตประจำวันที่ยอมรับโดยทั่วไปนั้นยังห่างไกลจากแนวคิดของงานเชิงกลในฟิสิกส์ ตัวอย่างเช่น ผู้ชายคนหนึ่งยืนถือถุงอยู่ในมือ ในความหมายปกติ เขาทำงานโดยถือภาระ อย่างไรก็ตาม จากมุมมองของฟิสิกส์ เขาไม่ได้ทำอะไรในลักษณะนี้ เกิดอะไรขึ้นที่นี่?

เมื่อมีคำถามดังกล่าวเกิดขึ้น ก็ถึงเวลาที่ต้องนึกถึงคำจำกัดความ เมื่อแรงกระทำต่อวัตถุและร่างกายเคลื่อนไหว ภายใต้การกระทำของวัตถุ การทำงานเชิงกลก็จะเกิดขึ้น ค่านี้เป็นสัดส่วนกับเส้นทางที่ร่างกายเดินทางและแรงที่ใช้ มีการพึ่งพาเพิ่มเติมในทิศทางของการใช้แรงและทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกาย

ดังนั้นเราจึงแนะนำแนวคิดเช่นงานเครื่องกล ฟิสิกส์กำหนดให้เป็นผลคูณของขนาดของแรงและการกระจัด คูณด้วยค่าของโคไซน์ของมุมที่มีอยู่ในกรณีทั่วไประหว่างพวกมัน ตัวอย่างเช่น เราสามารถพิจารณาหลายกรณีที่จะช่วยให้คุณเข้าใจความหมายของสิ่งนี้ได้ดียิ่งขึ้น

งานเครื่องกลไม่เสร็จเมื่อไหร่? มีรถบรรทุก เราผลักมัน แต่มันไม่เคลื่อนที่ ออกแรงแต่ไม่มีการเคลื่อนไหว งานที่ทำมีค่าเป็นศูนย์ และนี่คืออีกตัวอย่างหนึ่ง - แม่กำลังอุ้มลูกในรถเข็นเด็ก ในกรณีนี้ งานเสร็จแล้ว ใช้แรงบังคับ รถเข็นเด็กเคลื่อนที่ ความแตกต่างในสองกรณีที่อธิบายคือการปรากฏตัวของการเคลื่อนไหว และตามนั้น งานเสร็จแล้ว (ตัวอย่างกับรถเข็นเด็ก) หรือยังไม่เสร็จ (ตัวอย่างกับรถบรรทุก)

อีกกรณีหนึ่ง - เด็กชายคนหนึ่งขี่จักรยานเร่งความเร็วและกลิ้งไปตามทางอย่างใจเย็นไม่เหยียบ งานกำลังทำ? ไม่ แม้ว่าจะมีการเคลื่อนไหว แต่ไม่มีแรงกระทำ การเคลื่อนไหวนั้นกระทำโดยความเฉื่อย

อีกตัวอย่างหนึ่ง - ม้ากำลังลากเกวียน คนขับนั่งอยู่ เขาทำงานให้เสร็จหรือไม่? มีการกระจัด มีการใช้แรง (น้ำหนักคนขับกระทำกับเกวียน) แต่ไม่มีงานทำ มุมระหว่างทิศทางการเคลื่อนที่และทิศทางของแรงคือ 90 องศา และโคไซน์ของมุม 90° เป็นศูนย์

ตัวอย่างที่ให้มาทำให้ชัดเจนว่างานเชิงกลไม่ได้เป็นเพียงผลคูณของปริมาณสองปริมาณเท่านั้น ต้องคำนึงถึงวิธีการกำกับปริมาณเหล่านี้ด้วย หากทิศทางการเคลื่อนที่และทิศทางของแรงเหมือนกัน ผลลัพธ์จะเป็นบวก หากทิศทางการเคลื่อนที่ตรงข้ามกับทิศทางของแรง ผลลัพธ์จะเป็นลบ (เช่น งาน กระทำโดยแรงเสียดทานขณะเคลื่อนย้ายของบรรทุก)

นอกจากนี้ ต้องคำนึงว่าแรงที่กระทำต่อร่างกายอาจเป็นผลมาจากหลายแรง ถ้าเป็นเช่นนั้น การทำงานของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกายจะเท่ากับงานที่กระทำโดยแรงที่เกิดขึ้น งานวัดเป็นจูล หนึ่งจูลเท่ากับงานที่ทำโดยแรงหนึ่งนิวตันเมื่อร่างกายเคลื่อนที่หนึ่งเมตร

สามารถสรุปข้อสรุปที่น่าสงสัยอย่างยิ่งได้จากตัวอย่างที่พิจารณา เมื่อเราตรวจสอบคนขับบนเกวียน เราพบว่าเขาไม่ได้ทำงาน งานนี้ทำในระนาบแนวนอนเพราะนั่นคือจุดที่การเคลื่อนไหวเกิดขึ้น แต่สถานการณ์จะเปลี่ยนไปเล็กน้อยเมื่อเราพิจารณาคนเดินเท้า

เมื่อเดิน จุดศูนย์ถ่วงของบุคคลจะไม่นิ่ง เขาเคลื่อนที่ในระนาบแนวตั้ง ดังนั้นจึงทำงานได้ และเนื่องจากการเคลื่อนไหวนั้นสวนทางกัน งานต่างๆ ก็จะสวนทางกับทิศทางของการกระทำ แม้ว่าการเคลื่อนไหวจะน้อย แต่การเดินนานๆ ร่างกายจะต้องทำงานเพิ่มเติม ดังนั้นการเดินที่ถูกต้องจึงช่วยลดการทำงานพิเศษนี้และลดความเมื่อยล้า

หลังจากวิเคราะห์สถานการณ์ชีวิตง่ายๆ สองสามสถานการณ์ที่เลือกไว้เป็นตัวอย่าง และใช้ความรู้ว่างานจักรกลคืออะไร เราได้พิจารณาสถานการณ์หลักของการแสดงงาน รวมถึงเวลาและประเภทของงานที่ทำ มีการพิจารณาแล้วว่าแนวคิดเช่นงานในชีวิตประจำวันและในฟิสิกส์นั้นมีลักษณะที่แตกต่างกัน และเป็นที่ยอมรับโดยการใช้กฎทางกายภาพว่าการเดินที่ไม่ถูกต้องทำให้เกิดความเหนื่อยล้าเพิ่มเติม