meni
Zastonj
Registracija
domov  /  zdravje/ Mehansko delo in moč sile. Mehansko delo: kaj je in kako se uporablja

Mehansko delo in moč sile. Mehansko delo: kaj je in kako se uporablja

Upoštevajte, da imata delo in energija enaki merski enoti. To pomeni, da se delo lahko pretvori v energijo. Na primer, da bi telo dvignili na določeno višino, potem bo imelo potencialno energijo, je potrebna sila, ki bo opravila to delo. Delo, ki ga opravi dvižna sila, se bo spremenilo v potencialno energijo.

Pravilo za določanje dela po grafu odvisnosti F(r): delo je številčno enako površini figure pod grafom sile proti premiku.


Kot med vektorjem sile in premikom

1) Pravilno določite smer sile, ki opravlja delo; 2) Upodabljamo vektor premika; 3) Vektorje prenesemo v eno točko in dobimo želeni kot.


Na sliki delujejo na telo sila težnosti (mg), reakcija opore (N), sila trenja (Ftr) in natezna sila vrvi F, pod vplivom katere telo premika r.

Delo gravitacije



Reakcija na tla



Delo sile trenja



Delo, opravljeno z napetostjo vrvi



Delo, ki ga opravi rezultanta sile

Delo rezultantne sile je mogoče najti na dva načina: 1. metoda - kot vsota del (ob upoštevanju znaka "+" ali "-") vseh sil, ki delujejo na telo, v našem primeru
2. način - najprej poiščite rezultanto sile, nato neposredno njeno delo, glejte sliko


Delo elastične sile

Za določitev dela, ki ga opravi elastična sila, je treba upoštevati, da se ta sila spreminja, ker je odvisna od raztezka vzmeti. Iz Hookejevega zakona sledi, da se s povečevanjem absolutnega raztezka povečuje sila.

Za izračun dela elastične sile med prehodom vzmeti (telesa) iz nedeformiranega stanja v deformirano stanje uporabite formulo

Moč

Skalarna količina, ki označuje hitrost dela (analogijo lahko potegnemo s pospeškom, ki označuje hitrost spremembe hitrosti). Določeno s formulo

Učinkovitost

Učinkovitost je razmerje med koristnim delom, ki ga opravi stroj, in vsem porabljenim delom (dobavljeno energijo) v istem času.

Učinkovitost je izražena v odstotkih. Bližje kot je to število 100 %, večja je zmogljivost stroja. Učinkovitost ne more biti večja od 100, saj je nemogoče opraviti več dela z manj energije.

Učinkovitost nagnjene ravnine je razmerje med delom, ki ga opravi gravitacija, in delom, porabljenim za premikanje po nagnjeni ravnini.

Glavna stvar, ki si jo morate zapomniti

1) Formule in merske enote;
2) Delo se izvaja na silo;
3) Znati določiti kot med vektorjem sile in pomika

Če je delo, ki ga opravi sila pri premikanju telesa po zaprti poti, enako nič, potem se takšne sile imenujejo konzervativen oz potencial. Delo, ki ga opravi sila trenja pri premikanju telesa po zaprti poti, ni nikoli enako nič. Sila trenja je za razliko od sile gravitacije ali elastične sile nekonservativni oz nepotencialni.

Obstajajo pogoji, pod katerimi formule ni mogoče uporabiti
Če je sila spremenljiva, če je tir gibanja kriva črta. V tem primeru je pot razdeljena na majhne odseke, za katere so ti pogoji izpolnjeni, in izračunano je osnovno delo na vsakem od teh odsekov. Celotno delo je v tem primeru enako algebraični vsoti osnovnih del:

Vrednost dela, ki ga opravi določena sila, je odvisna od izbire referenčnega sistema.

V fiziki ima pojem "delo" drugačno definicijo od tiste, ki se uporablja v vsakdanjem življenju. Natančneje, izraz "delo" se uporablja, ko fizična sila povzroči premikanje predmeta. Na splošno, če močna sila povzroči, da se predmet premakne zelo daleč, je opravljenega veliko dela. In če je sila majhna ali se predmet ne premakne zelo daleč, je opravljeno le malo dela. Silo lahko izračunamo po formuli: Delo = F × D × kosinus (θ), kjer je F = sila (v Newtonih), D = premik (v metrih) in θ = kot med vektorjem sile in smerjo gibanja.

Koraki

1. del

Iskanje vrednosti dela v eni dimenziji

  1. Poiščite smer vektorja sile in smer gibanja. Za začetek je pomembno najprej ugotoviti, v katero smer se predmet premika, pa tudi, kje deluje sila. Upoštevajte, da se predmeti ne premikajo vedno v skladu s silo, ki deluje nanje – na primer, če vlečete majhen voziček za ročaj, uporabite diagonalno silo (če ste višji od vozička), da ga premaknete naprej . V tem razdelku pa bomo obravnavali situacije, v katerih sila (napor) in gibanje predmeta imajo isto smer. Za informacije o tem, kako najti službo, ko te postavke ne imajo isto smer, preberite spodaj.

    • Da bi olajšali razumevanje tega postopka, sledimo primeru problema. Recimo, da vlak pred seboj naravnost vleče kočijo z igračami. V tem primeru kažeta vektor sile in smer gibanja vlaka na isto pot - naprej. V naslednjih korakih bomo te informacije uporabili za pomoč pri iskanju dela, ki ga izvaja predmet.

  2. Poiščite premik predmeta. Prvo spremenljivko D ali odmik, ki jo potrebujemo za formulo dela, je običajno enostavno najti. Premik je preprosto razdalja, ki jo je sila povzročila, da se je predmet premaknil iz prvotnega položaja. Pri izobraževalnih problemih so te informacije običajno dane (znane) ali pa jih je mogoče sklepati (najti) iz drugih informacij v problemu. V resničnem življenju je vse, kar morate storiti, da ugotovite premik, izmeriti razdaljo, na kateri se premikajo predmeti.

    • Upoštevajte, da morajo biti enote razdalje v formuli za izračun dela v metrih.
    • Recimo, da v našem primeru vlaka igrače najdemo delo, ki ga opravi vlak, ko pelje po progi. Če se začne na določeni točki in se ustavi na mestu približno 2 metra vzdolž proge, potem lahko uporabimo 2 metra za našo vrednost "D" v formuli.

  3. Poiščite silo, ki deluje na predmet. Nato poiščite količino sile, uporabljene za premikanje predmeta. To je merilo za "moč" sile - večja kot je njena velikost, bolj potiska predmet in hitreje pospešuje. Če velikost sile ni navedena, jo je mogoče izpeljati iz mase in pospeška premika (ob predpostavki, da nanjo ne delujejo druge nasprotujoče si sile) z uporabo formule F = M × A.

    • Upoštevajte, da morajo biti enote za silo v newtonih za izračun formule za delo.
    • V našem primeru predpostavimo, da ne poznamo velikosti sile. Vendar predpostavimo, da vemo da ima vlakec igračo maso 0,5 kg in da sila pospešuje s hitrostjo 0,7 m/sekundo 2 . V tem primeru lahko vrednost poiščemo tako, da pomnožimo M × A = 0,5 × 0,7 = 0,35 Newtona.

  4. Pomnožite silo x razdaljo. Ko poznate količino sile, ki deluje na vaš predmet, in razdaljo, na katero je bil premaknjen, bo ostalo enostavno. Preprosto pomnožite ti dve vrednosti med seboj, da dobite delovno vrednost.

    • Čas je, da rešimo naš primer problema. Glede na vrednost sile 0,35 Newtona in vrednost premika 2 metra je naš odgovor stvar preprostega množenja: 0,35 × 2 = 0,7 džulov.
    • Morda ste opazili, da je v uvodni formuli dodaten del formule: kosinus (θ). Kot je razloženo zgoraj, se v tem primeru sila in smer gibanja uporabljata v isti smeri. To pomeni, da je kot med njima 0 o. Ker je kosinus(0) = 1, nam ga ni treba vključiti – samo pomnožimo z 1.

  5. Odgovor izrazite v joulih. V fiziki so vrednosti za delo (in številne druge količine) skoraj vedno podane v enoti, imenovani Joule. En joul je definiran kot 1 Newton sile na meter ali z drugimi besedami 1 Newton × meter. To je smiselno – ker množite razdaljo s silo, je smiselno, da bo imel odgovor, ki ga dobite, mersko enoto, ki je enaka enoti velikosti vaše sile, pomnožene z razdaljo.

    2. del

    Računanje dela s pomočjo kotne sile

    1. Poiščite silo in premik kot običajno. Zgoraj smo obravnavali problem, pri katerem se predmet premika v isti smeri kot sila, ki deluje nanj. V resnici ni vedno tako. V primerih, ko sta sila in gibanje predmeta v dveh različnih smereh, je treba v enačbo upoštevati tudi razliko med obema smerema, da dobimo točen rezultat. Najprej ugotovite velikost sile in premika predmeta, kot bi to običajno storili.

      • Poglejmo še en primer problema. V tem primeru recimo, da vlak igračo vlečemo naprej, kot v zgornjem primeru težave, vendar tokrat dejansko vlečemo navzgor pod diagonalnim kotom. To bomo upoštevali v naslednjem koraku, za zdaj pa se bomo držali osnov: gibanje vlaka in količina sile, ki deluje nanj. Za naše namene recimo, da ima sila velikost 10 Newtonov in da je vozil isto 2 metra naprej kot prej.

    2. Poiščite kot med vektorjem sile in premikom. Za razliko od zgornjih primerov s silo, ki je v drugačni smeri od gibanja predmeta, morate najti razliko med obema smerema v smislu kota med njima. Če vam te informacije niso posredovane, boste morda morali izmeriti kot sami ali ga sklepati iz drugih informacij v problemu.

      • Za naš primer problema predpostavimo, da je uporabljena sila približno 60 o nad vodoravno ravnino. Če se vlak še vedno premika naravnost (to je vodoravno), bo kot med vektorjem sile in gibanjem vlaka enak 60 o.

    3. Pomnožite silo × razdaljo × kosinus (θ). Ko poznate premik predmeta, količino sile, ki deluje nanj, in kot med vektorjem sile in njegovim gibanjem, je rešitev skoraj tako enostavna kot brez upoštevanja kota. Preprosto vzemite kosinus kota (za to boste morda potrebovali znanstveni kalkulator) in ga pomnožite s silo in premikom, da boste našli odgovor na svojo težavo v Joulih.

      • Rešimo primer našega problema. S pomočjo kalkulatorja ugotovimo, da je kosinus 60 o enak 1/2. Če to vključimo v formulo, lahko rešimo problem na naslednji način: 10 Newtonov × 2 metra × 1/2 = 10 joulov.

    3. del

    Uporaba delovne vrednosti

    1. Spremenite formulo za iskanje razdalje, sile ali kota. Zgornja formula za delo ni Samo uporabno za iskanje dela - dragoceno je tudi za iskanje spremenljivk v enačbi, ko že poznate vrednost dela. V teh primerih preprosto izolirajte spremenljivko, ki jo iščete, in rešite enačbo v skladu z osnovnimi pravili algebre.

      • Recimo, da vemo, da naš vlak vleče s silo 20 Newtonov pod diagonalnim kotom na 5 metrov proge, da opravi 86,6 Joulov dela. Ne poznamo pa kota vektorja sile. Če želite najti kot, preprosto izoliramo to spremenljivko in rešimo enačbo na naslednji način: 86,6 = 20 × 5 × kosinus(θ) 86,6/100 = kosinus(θ) Arccos(0,866) = θ = 30 o

    2. Delite s časom, porabljenim za premikanje, da bi našli moč. V fiziki je delo tesno povezano z drugo vrsto meritev, imenovano moč. Moč je preprosto način definiranja količine hitrosti, s katero se delo izvaja na določenem sistemu v daljšem časovnem obdobju. Če želite najti moč, morate samo delo, ki ga porabite za premikanje predmeta, deliti s časom, ki je potreben za dokončanje premika. Meritve moči so izražene v enotah W (kar je enako Joule/sekundo).

      • Na primer, za primer težave v zgornjem koraku, recimo, da je trajalo 12 sekund, da se vlak premakne za 5 metrov. V tem primeru je vse, kar morate storiti, razdeliti opravljeno delo, da ga premaknete za 5 metrov (86,6 J), z 12 sekundami, da najdete odgovor za izračun moči: 86,6/12 = " 7,22 W.

    3. Za iskanje mehanske energije v sistemu uporabite formulo TME i + W nc = TME f. Delo lahko uporabimo tudi za iskanje količine energije, ki jo vsebuje sistem. V zgornji formuli TME i = začetnica skupna mehanska energija v sistemu TME f = dokončno skupna mehanska energija v sistemu in W nc = delo, opravljeno v komunikacijskih sistemih zaradi nekonservativnih sil. . V tej formuli velja, da če deluje sila v smeri gibanja, je pozitivna, če pa pritiska (proti) njem, je negativna. Upoštevajte, da je mogoče obe energijski spremenljivki najti s formulo (½)mv 2, kjer je m = masa in V = prostornina.

      • Na primer, za primer problema dva koraka zgoraj predpostavimo, da je imel vlak na začetku skupno mehansko energijo 100 J. Ker sila v problemu vleče vlak v smeri, v kateri je že vozil, je pozitivna. V tem primeru je končna energija vlaka TME i + W nc = 100 + 86,6 = 186,6 J.
      • Upoštevajte, da so nekonzervativne sile sile, katerih moč vplivanja na pospešek predmeta je odvisna od poti, ki jo prepotuje predmet. Trenje je dober primer – predmet, ki ga potisnemo po kratki, ravni poti, bo za kratek čas občutil učinke trenja, medtem ko bo predmet, ki ga potisnemo po dolgi, vijugasti poti na isto končno lokacijo, na splošno občutil več trenja .
    • Če vam uspe rešiti težavo, se nasmejte in bodite srečni zase!
    • Vadite reševanje čim več problemov, da zagotovite popolno razumevanje.
    • Nadaljujte z vadbo in poskusite znova, če vam prvič ne uspe.
    • Preučite naslednje točke v zvezi z delom:
      • Delo, ki ga opravi sila, je lahko pozitivno ali negativno. (V tem smislu imata izraza "pozitiven ali negativen" svoj matematični pomen, vendar svoj običajni pomen).
      • Opravljeno delo je negativno, če sila deluje v nasprotni smeri od premika.
      • Opravljeno delo je pozitivno, če je sila v smeri premika.

Mehansko delo. Enote dela.

V vsakdanjem življenju pod pojmom »delo« razumemo vse.

V fiziki koncept delo nekoliko drugačen. Je določena fizikalna količina, kar pomeni, da jo je mogoče izmeriti. V fiziki se preučuje predvsem mehansko delo .

Oglejmo si primere mehanskega dela.

Vlak se premika pod vlečno silo električne lokomotive, pri čemer se izvaja mehansko delo. Pri strelu iz pištole sila pritiska smodniških plinov deluje - premakne kroglo vzdolž cevi in ​​hitrost krogle se poveča.

Iz teh primerov je razvidno, da se pri gibanju telesa pod vplivom sile izvaja mehansko delo. Mehansko delo se izvaja tudi v primeru, ko sila, ki deluje na telo (na primer sila trenja), zmanjša hitrost njegovega gibanja.

V želji premakniti omaro močno pritisnemo nanjo, če pa se ne premakne, potem ne opravljamo mehanskega dela. Lahko si predstavljamo primer, ko se telo giblje brez sodelovanja sil (po vztrajnosti); v tem primeru se tudi mehansko delo ne izvaja.

Torej, mehansko delo se opravi šele, ko na telo deluje sila in se le-to premakne .

Ni težko razumeti, da večja ko na telo deluje sila in daljša ko je pot, ki jo telo pod vplivom te sile opravi, večje je opravljeno delo.

Mehansko delo je premosorazmerno z uporabljeno silo in prevoženo razdaljo .

Zato smo se dogovorili, da mehansko delo merimo s produktom sile in prevožene poti v tej smeri te sile:

delo = sila × pot

kje A- Služba, F- moč in s- prevožena razdalja.

Enota dela je delo, ki ga opravi sila 1N na poti 1 m.

Enota dela - joule (J ) poimenovana po angleškem znanstveniku Joulu. torej

1 J = 1 N m.

Tudi rabljeno kilodžulov (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Formula A = Fs velja, ko sila F konstantna in sovpada s smerjo gibanja telesa.

Če smer sile sovpada s smerjo gibanja telesa, potem ta sila opravi pozitivno delo.

Če se telo premika v smeri, ki je nasprotna smeri uporabljene sile, na primer sile drsnega trenja, potem ta sila opravi negativno delo.

Če je smer sile, ki deluje na telo, pravokotna na smer gibanja, potem ta sila ne dela, delo je nič:

Ko govorimo o mehanskem delu, ga bomo v prihodnje na kratko imenovali z eno besedo - delo.

Primer. Izračunaj opravljeno delo pri dvigu granitne plošče s prostornino 0,5 m3 na višino 20 m, gostota granita pa je 2500 kg/m3.

dano:

ρ = 2500 kg/m3

rešitev:

kjer je F sila, ki jo je treba uporabiti za enakomeren dvig plošče. Ta sila je po modulu enaka sili Fstrand, ki deluje na ploščo, tj. F = Fstrand. Silo težnosti lahko določimo z maso plošče: Fteža = gm. Izračunajmo maso plošče, če poznamo njen volumen in gostoto granita: m = ρV; s = h, tj. pot je enaka višini dviga.

Torej, m = 2500 kg/m3 · 0,5 m3 = 1250 kg.

F = 9,8 N/kg · 1250 kg ≈ 12.250 N.

A = 12.250 N · 20 m = 245.000 J = 245 kJ.

Odgovori: A = 245 kJ.

Ročice.Moč.Energija

Različni motorji zahtevajo različne čase za dokončanje istega dela. Na primer, žerjav na gradbišču v nekaj minutah dvigne na stotine opek v zgornje nadstropje stavbe. Če bi te opeke premikal delavec, bi za to potreboval več ur. Še en primer. Konj zorje hektar zemlje v 10-12 urah, traktor z večlamežnikom ( lemež- del pluga, ki reže plast zemlje od spodaj in jo prenaša na deponijo; več plugov - veliko lemežev), bo to delo opravljeno v 40-50 minutah.

Jasno je, da žerjav opravi enako delo hitreje kot delavec, traktor pa isto delo hitreje kot konj. Hitrost dela je označena s posebno količino, imenovano moč.

Moč je enaka razmerju med delom in časom, v katerem je bilo opravljeno.

Če želite izračunati moč, morate delo razdeliti na čas, v katerem je to delo opravljeno. moč = delo/čas.

kje n- moč, A- Služba, t- čas opravljenega dela.

Moč je konstantna količina, ko je vsako sekundo opravljeno isto delo; v drugih primerih je razmerje A/t določa povprečno moč:

n povprečje = A/t . Enota za moč je moč, pri kateri je J delo opravljeno v 1 s.

Ta enota se imenuje vat ( W) v čast drugemu angleškemu znanstveniku Wattu.

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

Watt (džul na sekundo) - W (1 J/s).

Večje enote moči se pogosto uporabljajo v tehnologiji - 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

Primer. Poiščite moč vodnega toka, ki teče skozi jez, če je višina padca vode 25 m in njen pretok 120 m3 na minuto.

dano:

ρ = 1000 kg/m3

rešitev:

Masa padajoče vode: m = ρV,

m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120.000 kg (12 104 kg).

Gravitacijska sila, ki deluje na vodo:

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

Opravljeno delo s pretokom na minuto:

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

Moč pretoka: N = A/t,

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

Odgovori: N = 0,5 MW.

Različni motorji imajo moči od stotink in desetink kilovata (motor električnega brivnika, šivalnega stroja) do več sto tisoč kilovatov (vodne in parne turbine).

Tabela 5.

Moč nekaterih motorjev, kW.

Vsak motor ima tablico (potni list motorja), na kateri so navedeni nekateri podatki o motorju, vključno z njegovo močjo.

Človeška moč v normalnih pogojih delovanja je v povprečju 70-80 W. Pri skakanju ali teku po stopnicah lahko človek razvije moč do 730 W, v nekaterih primerih pa tudi več.

Iz formule N = A/t sledi, da

Za izračun dela je treba moč pomnožiti s časom, v katerem je bilo to delo opravljeno.

Primer. Motor sobnega ventilatorja ima moč 35 vatov. Koliko dela opravi v 10 minutah?

Zapišimo pogoje naloge in jo rešimo.

dano:

rešitev:

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

Odgovori A= 21 kJ.

Preprosti mehanizmi.

Že od nekdaj je človek uporabljal različne naprave za opravljanje mehanskega dela.

Vsi vedo, da lahko težek predmet (kamen, omaro, strojno orodje), ki ga ni mogoče premakniti z roko, premaknemo z dovolj dolgo palico - vzvodom.

Trenutno se domneva, da so s pomočjo vzvodov pred tri tisoč leti, med gradnjo piramid v starem Egiptu, premaknili težke kamnite plošče in jih dvignili v velike višine.

V mnogih primerih lahko namesto dvigovanja težkega bremena na določeno višino le-to kotalimo ali potegnemo na isto višino vzdolž nagnjene ravnine ali dvignemo z bloki.

Naprave, ki se uporabljajo za pretvorbo sile, se imenujejo mehanizmi .

Preprosti mehanizmi vključujejo: vzvode in njihove sorte - blok, vrata; nagnjena ravnina in njene sorte - klin, vijak. V večini primerov se za pridobitev moči, torej za večkratno povečanje sile, ki deluje na telo, uporabljajo preprosti mehanizmi.

Enostavne mehanizme najdemo tako v gospodinjstvu kot v vseh zapletenih industrijskih in industrijskih strojih, ki režejo, zvijajo in žigosajo velike jeklene pločevine ali vlečejo najfinejše niti, iz katerih se potem izdelujejo tkanine. Enake mehanizme najdemo v sodobnih kompleksnih avtomatih, tiskarskih in števnih strojih.

Vzvod. Ravnovesje sil na vzvodu.

Razmislimo o najpreprostejšem in najpogostejšem mehanizmu - ročici.

Ročica je togo telo, ki se lahko vrti okoli nepremične opore.

Slike prikazujejo, kako delavec uporablja lomilko kot vzvod za dvigovanje bremena. V prvem primeru delavec s silo F pritisne na konec palice B, v drugem - dvigne konec B.

Delavec mora premagati težo bremena p- sila, usmerjena navpično navzdol. Da bi to naredil, obrne lomilko okoli osi, ki poteka skozi edino nepremično prelomna točka je točka njegove opore O. Moč F s katero delavec deluje na vzvod je manjša sila p, tako delavec prejme pridobiti na moči. Z vzvodom lahko dvignete tako težko breme, da ga sami ne morete dvigniti.

Slika prikazuje ročico, katere os vrtenja je O(oporišče) se nahaja med točkama delovanja sil A in IN. Druga slika prikazuje diagram tega vzvoda. Obe sili F 1 in F 2, ki delujejo na vzvod, so usmerjeni v eno smer.

Najkrajšo razdaljo med oporiščem in premico, po kateri sila deluje na vzvod, imenujemo krak sile.

Če želite najti krak sile, morate spustiti navpičnico iz oporne točke na linijo delovanja sile.

Dolžina te navpičnice bo krak te sile. Slika to prikazuje OA- moč ramen F 1; OB- moč ramen F 2. Sile, ki delujejo na vzvod, ga lahko vrtijo okoli svoje osi v dveh smereh: v smeri urinega kazalca ali nasprotni smeri urinega kazalca. Da, moč F 1 vrti ročico v smeri urinega kazalca, sila F 2 vrti v nasprotni smeri urinega kazalca.

Pogoj, pod katerim je vzvod v ravnovesju pod vplivom sil, ki delujejo nanj, je mogoče ugotoviti eksperimentalno. Ne smemo pozabiti, da rezultat delovanja sile ni odvisen le od njene numerične vrednosti (modula), ampak tudi od točke, v kateri deluje na telo, ali kako je usmerjena.

Različne uteži so obešene na vzvod (glej sliko) na obeh straneh oporne točke, tako da vzvod vsakič ostane v ravnovesju. Sile, ki delujejo na vzvod, so enake uteži teh bremen. Za vsak primer se izmerijo moduli sile in njihova ramena. Iz izkušenj, prikazanih na sliki 154, je jasno, da sila 2 n uravnava silo 4 n. V tem primeru je, kot je razvidno iz slike, ramena manjše moči 2-krat večja od ramena večje moči.

Na podlagi takšnih poskusov je bil ugotovljen pogoj (pravilo) ravnotežja vzvoda.

Vzvod je v ravnovesju, ko so sile, ki delujejo nanj, obratno sorazmerne z kraki teh sil.

To pravilo lahko zapišemo kot formulo:

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

kje F 1in F 2 - sile, ki delujejo na vzvod, l 1in l 2 , - ramena teh sil (glej sliko).

Pravilo ravnovesja vzvoda je vzpostavil Arhimed okoli 287 - 212. pr. n. št e. (toda v zadnjem odstavku je bilo rečeno, da so vzvode uporabljali Egipčani? Ali pa ima beseda "ustanovljen" tukaj pomembno vlogo?)

Iz tega pravila sledi, da lahko z manjšo silo uravnotežimo večjo silo z vzvodom. Naj bo en krak vzvoda 3-krat večji od drugega (glej sliko). Nato lahko z uporabo sile, na primer 400 N v točki B, dvignete kamen, ki tehta 1200 N. Če želite dvigniti še težje breme, morate povečati dolžino roke vzvoda, na katerega deluje delavec.

Primer. Delavec z vzvodom dvigne ploščo, ki tehta 240 kg (glej sliko 149). S kakšno silo deluje na večji krak vzvoda 2,4 m, če je manjši krak 0,6 m?

Zapišimo pogoje naloge in jo rešimo.

dano:

rešitev:

V skladu s pravilom ravnotežja vzvoda je F1/F2 = l2/l1, od koder je F1 = F2 l2/l1, kjer je F2 = P teža kamna. Teža kamna asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

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

Odgovori: F1 = 600 N.

V našem primeru delavec premaga silo 2400 N, pri čemer na vzvod deluje sila 600 N. Toda v tem primeru je roka, na katero deluje delavec, 4-krat daljša od tiste, na katero deluje teža kamna. ( l 1 : l 2 = 2,4 m : 0,6 m = 4).

Z uporabo pravila vzvoda lahko manjša sila uravnoteži večjo silo. V tem primeru mora biti rama manjše sile daljša od rame večje moči.

Trenutek moči.

Pravilo ravnotežja vzvoda že poznate:

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

Z uporabo lastnosti sorazmerja (zmnožek njegovih skrajnih členov je enak zmnožku njegovih srednjih členov) ga zapišemo v tej obliki:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Na levi strani enakosti je produkt sile F 1 na njeni rami l 1, na desni pa produkt sile F 2 na njeni rami l 2 .

Produkt modula sile, ki vrti telo in njegovo ramo, se imenuje moment sile; označena je s črko M. To pomeni

Ročica je v ravnovesju pod delovanjem dveh sil, če je moment sile, ki jo vrti v smeri urinega kazalca, enak momentu sile, ki jo vrti v nasprotni smeri urinega kazalca.

To pravilo se imenuje pravilo trenutkov , lahko zapišemo kot formulo:

M1 = M2

Dejansko so bile v poskusu, ki smo ga upoštevali (§ 56), delujoče sile enake 2 N in 4 N, njihova ramena so znašala 4 oziroma 2 pritiska vzvoda, tj. momenti teh sil so enaki, ko je vzvod v ravnovesju .

Moment sile, tako kot vsako fizikalno količino, je mogoče izmeriti. Za enoto momenta sile vzamemo moment sile 1 N, katerega krak je natanko 1 m.

Ta enota se imenuje newton meter (N m).

Moment sile označuje delovanje sile in kaže, da je istočasno odvisen od modula sile in njenega vzvoda. Dejansko že vemo, na primer, da je delovanje sile na vrata odvisno od velikosti sile in od tega, kje deluje sila. Lažje je obrniti vrata, dlje od osi vrtenja deluje sila, ki deluje na njih. Matico je bolje odviti z dolgim ​​ključem kot s kratkim. Lažje je dvigniti vedro iz vodnjaka, daljši je ročaj vrat itd.

Vzvodi v tehniki, vsakdanjem življenju in naravi.

Pravilo vzvoda (ali pravilo trenutkov) je podlaga za delovanje različnih vrst orodij in naprav, ki se uporabljajo v tehnologiji in vsakdanjem življenju, kjer je potrebno povečanje moči ali potovanja.

Pri delu s škarjami pridobimo na moči. Škarje - to je vzvod(slika), katere os vrtenja poteka skozi vijak, ki povezuje obe polovici škarij. Delujoča sila F 1 je mišična moč roke osebe, ki drži škarje. Protisila F 2 je sila upora materiala, ki ga režemo s škarjami. Glede na namen škarij se njihova zasnova razlikuje. Pisarniške škarje, namenjene rezanju papirja, imajo dolga rezila in ročaje, ki so skoraj enake dolžine. Rezanje papirja ne zahteva veliko sile, dolgo rezilo pa olajša rezanje v ravni črti. Škarje za rezanje pločevine (slika) imajo ročaje veliko daljše od rezil, saj je sila upora kovine velika in je za njeno uravnoteženje potrebno krak delujoče sile znatno povečati. Še večja je razlika med dolžino ročajev in oddaljenostjo rezalnega dela od osi vrtenja rezalniki žice(Sl.), namenjen za rezanje žice.

Številni stroji imajo različne vrste vzvodov. Ročaj šivalnega stroja, pedala ali ročna zavora kolesa, pedala avtomobila in traktorja ter tipke klavirja so primeri vzvodov, ki se uporabljajo v teh strojih in orodjih.

Primeri uporabe vzvodov so ročaji primežev in delovnih miz, vzvod vrtalnega stroja itd.

Delovanje vzvodnih tehtnic temelji na principu vzvoda (slika). Lestvice usposabljanja, prikazane na sliki 48 (str. 42), delujejo kot enakokraki vzvod . IN decimalne lestvice Rama, na katero je obešena skodelica z utežmi, je 10-krat daljša od rame, ki nosi breme. Tako je veliko lažje tehtati velike tovore. Pri tehtanju tovora na decimalni tehtnici morate maso uteži pomnožiti z 10.

Naprava tehtnic za tehtanje tovornih vagonov avtomobilov temelji tudi na pravilu vzvoda.

Vzvode najdemo tudi v različnih delih telesa živali in ljudi. To so na primer roke, noge, čeljusti. Veliko vzvodov najdemo v telesu žuželk (če preberemo knjigo o žuželkah in zgradbi njihovih teles), ptic in v zgradbi rastlin.

Uporaba zakona o ravnotežju vzvoda na klado.

Blokiraj Je kolo z utorom, nameščeno v držalo. Skozi utor bloka se napelje vrv, kabel ali veriga.

Fiksni blok To je blok, katerega os je fiksna in se pri dvigovanju bremen ne dviguje ali spušča (slika).

Fiksni blok lahko obravnavamo kot enakokraki vzvod, v katerem so kraki sil enaki polmeru kolesa (slika): OA = OB = r. Takšen blok ne zagotavlja povečanja moči. ( F 1 = F 2), vendar vam omogoča spreminjanje smeri sile. Premični blok - to je blok. katere os se dviga in spušča skupaj z obremenitvijo (slika). Slika prikazuje ustrezen vzvod: O- oporna točka vzvoda, OA- moč ramen R in OB- moč ramen F. Od rame OB 2-krat ramo OA, nato moč F 2-krat manjša sila R:

F = P/2 .

torej premični blok daje 2-kratno povečanje moči .

To lahko dokažemo s konceptom momenta sile. Ko je blok v ravnovesju, momenti sil F in R enaki drug drugemu. Ampak ramo moči F 2-kratni finančni vzvod R, in s tem tudi moč sama F 2-krat manjša sila R.

Običajno se v praksi uporablja kombinacija fiksnega in premičnega bloka (slika). Fiksni blok se uporablja samo za udobje. Ne poveča moči, spremeni pa smer sile. Na primer, omogoča dvigovanje bremena, medtem ko stojite na tleh. To pride prav mnogim ljudem ali delavcem. Vendar daje povečanje moči 2-krat večje kot običajno!

Enakopravnost dela pri uporabi preprostih mehanizmov. "Zlato pravilo" mehanike.

Preprosti mehanizmi, ki smo jih obravnavali, se uporabljajo pri opravljanju dela v primerih, ko je potrebno uravnotežiti drugo silo z delovanjem ene sile.

Seveda se postavlja vprašanje: ali preprosti mehanizmi ne dajejo dobička v delu, medtem ko dajejo moč ali pot? Odgovor na to vprašanje je mogoče dobiti iz izkušenj.

Z uravnoteženjem dveh različno velikih sil na vzvodu F 1 in F 2 (slika), premaknite ročico. Izkazalo se je, da je hkrati točka uporabe manjše sile F 2 gre dlje s 2, in točka uporabe večje sile F 1 - krajša pot s 1. Po meritvah teh poti in modulov sil ugotovimo, da so poti, ki jih prečkajo točke uporabe sil na vzvodu, obratno sorazmerne s silami:

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

Tako z delovanjem na dolg krak vzvoda pridobimo na moči, a hkrati za enako količino izgubimo na poti.

Produkt sile F na poti s delo je. Naši poskusi kažejo, da je delo, ki ga opravijo sile, ki delujejo na vzvod, med seboj enako:

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

Torej, Pri uporabi finančnega vzvoda ne boste mogli zmagati pri delu.

Z uporabo finančnega vzvoda lahko pridobimo moč ali razdaljo. S silo na kratki krak vzvoda pridobimo na razdalji, vendar za enako količino izgubimo na moči.

Obstaja legenda, da je Arhimed, navdušen nad odkritjem pravila vzvoda, vzkliknil: "Daj mi oporno točko in obrnil bom Zemljo!"

Seveda Arhimed ne bi bil kos takšni nalogi, tudi če bi dobil oporno točko (ki bi morala biti zunaj Zemlje) in vzvod zahtevane dolžine.

Da bi zemljo dvignili samo za 1 cm, bi morala dolga roka vzvoda opisati lok ogromne dolžine. Za premikanje dolgega konca ročice po tej poti, na primer s hitrostjo 1 m/s, bi potrebovali milijone let!

Stacionarni blok ne daje nobenega dobička pri delu, kar je enostavno eksperimentalno preveriti (glej sliko). Poti, ki jih prečkajo točke delovanja sil F in F, so enake, sile so enake, kar pomeni, da je delo enako.

Opravljeno delo lahko merite in primerjate s pomočjo gibljivega bloka. Da bi dvignili tovor na višino h s pomočjo premičnega bloka, je treba premakniti konec vrvi, na katero je pritrjen dinamometer, kot kažejo izkušnje (slika), na višino 2h.

torej dobijo 2-kratno povečanje moči, izgubijo 2-krat na poti, zato premični blok ne daje povečanja pri delu.

Večstoletna praksa je to pokazala Noben mehanizem ne poveča učinkovitosti. Uporabljajo različne mehanizme, da zmagajo v moči ali v potovanju, odvisno od delovnih pogojev.

Že stari znanstveniki so poznali pravilo, ki velja za vse mehanizme: ne glede na to, kolikokrat zmagamo v moči, enako tolikokrat izgubimo v razdalji. To pravilo se imenuje "zlato pravilo" mehanike.

Učinkovitost mehanizma.

Pri zasnovi in ​​delovanju ročice nismo upoštevali trenja, kakor tudi teže ročice. v teh idealnih pogojih je delo, ki ga opravi uporabljena sila (to delo bomo imenovali poln), je enako uporaben delo pri dvigovanju bremen ali premagovanju morebitnega upora.

V praksi je celotno delo, ki ga opravi mehanizem, vedno nekoliko večje od koristnega dela.

Del dela se opravi proti sili trenja v mehanizmu in s premikanjem njegovih posameznih delov. Torej, ko uporabljate premični blok, morate dodatno opraviti delo, da dvignete sam blok, vrv in določite silo trenja v osi bloka.

Kateri koli mehanizem vzamemo, koristno delo, opravljeno z njegovo pomočjo, vedno predstavlja le del celotnega dela. To pomeni, če koristno delo označimo s črko Ap, skupno (porabljeno) delo s črko Az, lahko zapišemo:

Gor< Аз или Ап / Аз < 1.

Razmerje med koristnim delom in celotnim delom imenujemo izkoristek mehanizma.

Faktor učinkovitosti se skrajšano imenuje učinkovitost.

Učinkovitost = Ap / Az.

Učinkovitost je običajno izražena v odstotkih in je označena z grško črko η, ki se bere kot "eta":

η = Ap / Az · 100 %.

Primer: Breme, ki tehta 100 kg, je obešeno na kratkem kraku vzvoda. Da bi ga dvignili, se na dolgi krak dvigne sila 250 N. Točka delovanja pade na višino h2 = 0,4 m učinkovitost vzvoda.

Zapišimo pogoje naloge in jo rešimo.

dano :

rešitev :

η = Ap / Az · 100 %.

Skupno (porabljeno) delo Az = Fh2.

Koristno delo Ap = Рh1

P = 9,8 100 kg ≈ 1000 N.

Ap = 1000 N · 0,08 = 80 J.

Az = 250 N · 0,4 m = 100 J.

η = 80 J/100 J 100 % = 80 %.

Odgovori : η = 80 %.

A "zlato pravilo" velja tudi v tem primeru. Del koristnega dela - 20% - se porabi za premagovanje trenja v osi vzvoda in zračnega upora ter za premikanje samega vzvoda.

Učinkovitost katerega koli mehanizma je vedno manjša od 100%. Pri načrtovanju mehanizmov si ljudje prizadevajo povečati njihovo učinkovitost. Da bi to dosegli, se zmanjšata trenje v oseh mehanizmov in njihova teža.

energija.

V tovarnah in tovarnah stroje in stroje poganjajo elektromotorji, ki porabljajo električno energijo (od tod tudi ime).

Stisnjena vzmet (slika), ko je poravnana, opravlja delo, dvigne breme na višino ali povzroči premikanje vozička.

Nepremično breme, dvignjeno nad tlemi, ne opravlja dela, če pa to breme pade, lahko opravi delo (na primer lahko zabije pilot v zemljo).

Vsako gibajoče se telo ima sposobnost opravljanja dela. Tako jeklena krogla A (slika), ki se kotali z nagnjene ravnine, udari v leseno kocko B, jo premakne za določeno razdaljo. Hkrati je delo opravljeno.

Če lahko telo ali več medsebojno delujočih teles (sistem teles) opravlja delo, pravimo, da imajo energijo.

energija - fizikalna količina, ki kaže, koliko dela lahko opravi telo (ali več teles). Energija je v sistemu SI izražena v enakih enotah kot delo, tj džulov.

Več dela kot lahko telo opravi, več energije ima.

Ko je delo opravljeno, se energija teles spremeni. Opravljeno delo je enako spremembi energije.

Potencialna in kinetična energija.

Potencial (iz lat. moč - možnost) energija je energija, ki je določena z relativnim položajem medsebojno delujočih teles in delov istega telesa.

Potencialno energijo ima na primer telo, dvignjeno glede na površje Zemlje, saj je energija odvisna od relativne lege njega in Zemlje. in njuna medsebojna privlačnost. Če štejemo, da je potencialna energija telesa, ki leži na Zemlji, enaka nič, potem bo potencialna energija telesa, dvignjenega na določeno višino, določena z delom, ki ga opravi gravitacija, ko telo pade na Zemljo. Označimo potencialno energijo telesa E n, ker E = A, delo pa je, kot vemo, enako produktu sile in poti

A = Fh,

kje F- gravitacija.

To pomeni, da je potencialna energija En enaka:

E = Fh ali E = gmh,

kje g- pospeševanje prostega pada, m- telesna teža, h- višina, na katero je telo dvignjeno.

Voda v rekah, ki jih zadržujejo jezovi, ima ogromno potencialno energijo. Ko pade, voda deluje in poganja močne turbine elektrarn.

Potencialna energija copra kladiva (slika) se uporablja v gradbeništvu za izvajanje dela zabijanja pilotov.

Pri odpiranju vrat z vzmetjo se vzmet raztegne (ali stisne). Zaradi pridobljene energije vzmet, ki se skrči (ali poravna), opravi delo in zapre vrata.

Energija stisnjenih in nezvitih vzmeti se uporablja na primer v urah, raznih igračah na navijanje itd.

Vsako elastično deformirano telo ima potencialno energijo. Potencialna energija stisnjenega plina se uporablja pri delovanju toplotnih strojev, v udarnih kladivih, ki se pogosto uporabljajo v rudarski industriji, pri gradnji cest, izkopu trde zemlje itd.

Energija, ki jo ima telo zaradi svojega gibanja, se imenuje kinetična (iz gr. kinema - gibanje) energija.

Kinetično energijo telesa označujemo s črko E Za.

Gibajoča se voda, ki poganja turbine hidroelektrarn, porablja svojo kinetično energijo in opravlja delo. Gibajoči se zrak, veter, ima tudi kinetično energijo.

Od česa je odvisna kinetična energija? Obrnimo se k izkušnjam (glej sliko). Če žogico A zakotalite z različnih višin, boste opazili, da z večje višine, s katere se žogica odkotali, večja je njena hitrost in dlje premakne blok, torej opravi več dela. To pomeni, da je kinetična energija telesa odvisna od njegove hitrosti.

Zaradi svoje hitrosti ima leteča krogla visoko kinetično energijo.

Kinetična energija telesa je odvisna tudi od njegove mase. Naredimo poskus še enkrat, vendar bomo z nagnjene ravnine zakotalili drugo kroglico večje mase. Vrstica B se bo premaknila dlje, kar pomeni, da bo opravljenega več dela. To pomeni, da je kinetična energija druge krogle večja od prve.

Večja kot je masa telesa in hitrost, s katero se giblje, večja je njegova kinetična energija.

Za določitev kinetične energije telesa se uporablja formula:

Ek = mv^2 /2,

kje m- telesna teža, v- hitrost gibanja telesa.

Kinetična energija teles se uporablja v tehniki. Voda, ki jo zadrži jez, ima, kot že rečeno, veliko potencialno energijo. Ko voda pada z jezu, se premika in ima enako visoko kinetično energijo. Poganja turbino, povezano z generatorjem električnega toka. Zaradi kinetične energije vode nastaja električna energija.

Energija premikajoče se vode je velikega pomena v narodnem gospodarstvu. To energijo uporabljajo močne hidroelektrarne.

Energija padajoče vode je za razliko od energije goriva okolju prijazen vir energije.

Vsa telesa v naravi imajo glede na konvencionalno vrednost nič potencialno ali kinetično energijo, včasih pa oboje skupaj. Na primer, leteče letalo ima tako kinetično kot potencialno energijo glede na Zemljo.

Spoznali smo dve vrsti mehanske energije. Druge vrste energije (električna, notranja itd.) bodo obravnavane v drugih delih tečaja fizike.

Pretvorba ene vrste mehanske energije v drugo.

Pojav pretvorbe ene vrste mehanske energije v drugo je zelo priročno opazovati na napravi, prikazani na sliki. Z navijanjem niti na os se disk naprave dvigne. Disk, dvignjen navzgor, ima nekaj potencialne energije. Če ga izpustite, se bo zavrtelo in začelo padati. Ko pade, se potencialna energija diska zmanjša, a hkrati poveča njegova kinetična energija. Ob koncu padca ima disk tolikšno zalogo kinetične energije, da se lahko spet dvigne skoraj na prejšnjo višino. (Del energije se porabi za delovanje proti sili trenja, zato disk ne doseže svoje prvotne višine.) Ko se disk dvigne, spet pade in se nato znova dvigne. V tem poskusu, ko se disk premika navzdol, se njegova potencialna energija spremeni v kinetično energijo, in ko se premakne navzgor, se kinetična energija spremeni v potencialno energijo.

Pretvorba energije iz ene vrste v drugo se zgodi tudi ob trku dveh prožnih teles, na primer gumijaste krogle na tleh ali jeklene krogle na jekleni plošči.

Če dvignete jekleno kroglo (riž) nad jekleno ploščo in jo izpustite iz rok, bo padla. Ko žogica pada, se njena potencialna energija zmanjšuje, njena kinetična energija pa narašča, ko se povečuje hitrost žogice. Ko žoga zadene ploščo, bosta tako žoga kot plošča stisnjeni. Kinetična energija, ki jo je imela krogla, se bo spremenila v potencialno energijo stisnjene plošče in stisnjene krogle. Nato bosta plošča in krogla zaradi delovanja elastičnih sil prevzeli prvotno obliko. Žogica se bo odbila od plošče, njihova potencialna energija pa se bo spet spremenila v kinetično energijo žogice: žogica se bo odbila navzgor s hitrostjo, ki je skoraj enaka hitrosti, ki jo je imela v trenutku, ko je udarila v ploščo. Ko se žogica dvigne navzgor, se hitrost žogice in s tem njena kinetična energija zmanjšata, potencialna energija pa se poveča. Ko se žoga odbije od plošče, se dvigne skoraj na isto višino, s katere je začela padati. Na najvišji točki vzpona se bo vsa njegova kinetična energija spet spremenila v potencialno.

Naravne pojave običajno spremlja pretvorba ene vrste energije v drugo.

Energija se lahko prenaša z enega telesa na drugo. Na primer, pri lokostrelstvu se potencialna energija napete tetive loka pretvori v kinetično energijo leteče puščice.

Veste kaj je delo? Brez dvoma. Vsak človek ve, kaj je delo, če se je rodil in živi na planetu Zemlja. Kaj je mehansko delo?

Ta koncept pozna tudi večina ljudi na planetu, čeprav imajo nekateri posamezniki precej nejasno razumevanje tega procesa. Ampak zdaj ne govorimo o njih. Še manj ljudi ima pojma, kaj je to mehansko delo z vidika fizike. V fiziki mehansko delo ni človeško delo za hrano, je fizikalna količina, ki je lahko povsem nepovezana ne s človekom ne s katerim koli drugim živim bitjem. Kako to? Ugotovimo zdaj.

Mehansko delo v fiziki

Navedimo dva primera. V prvem primeru vode reke, soočene z breznom, hrupno padajo navzdol v obliki slapa. Drugi primer je moški, ki v iztegnjenih rokah drži težak predmet, na primer zadržuje polomljeno streho nad verando podeželske hiše, da ne pade, medtem ko njegova žena in otroci mrzlično iščejo, s čim bi jo podprli. Kdaj se izvaja mehansko delo?

Opredelitev mehanskega dela

Skoraj vsi bodo brez oklevanja odgovorili: v drugo. In motili se bodo. Prav nasprotno je res. V fiziki je opisano mehansko delo z naslednjimi definicijami: Mehansko delo se izvede, ko na telo deluje sila in se telo premakne. Mehansko delo je neposredno sorazmerno z uporabljeno silo in prevoženo razdaljo.

Formula mehanskega dela

Mehansko delo je določeno s formulo:

kjer je A delo,
F - moč,
s je prevožena razdalja.

Torej, kljub vsemu junaštvu utrujenega strešnika, je delo, ki ga je opravil, nič, vendar voda, ki pada pod vplivom gravitacije z visoke pečine, opravi največ mehanskega dela. Se pravi, če težko omaro potiskamo neuspešno, potem bo delo, ki smo ga opravili z vidika fizike, enako nič, kljub temu, da uporabljamo veliko silo. Če pa premaknemo omaro za določeno razdaljo, potem bomo opravili delo, ki je enako zmnožku uporabljene sile in razdalje, na katero smo premaknili telo.

Enota za delo je 1 J. To je delo, ki ga opravi sila 1 Newton, da premakne telo na razdaljo 1 m. Če smer uporabljene sile sovpada s smerjo gibanja telesa, potem ta sila dela pozitivno. Primer je, ko potisnemo telo in se premakne. In v primeru, ko deluje sila v smeri, ki je nasprotna gibanju telesa, na primer sila trenja, potem ta sila opravi negativno delo. Če uporabljena sila na noben način ne vpliva na gibanje telesa, potem je sila, ki jo izvaja to delo, enaka nič.

« Fizika - 10. razred"

Zakon o ohranitvi energije je temeljni zakon narave, ki nam omogoča opisovanje večine pojavov, ki se pojavljajo.

Opis gibanja teles je možen tudi z uporabo konceptov dinamike, kot sta delo in energija.

Spomni se, kaj sta delo in moč v fiziki.

Ali ti koncepti sovpadajo z vsakodnevnimi predstavami o njih?

Vsa naša vsakodnevna dejanja se spuščajo v dejstvo, da s pomočjo mišic bodisi spravimo okoliška telesa v gibanje in vzdržujemo to gibanje bodisi ustavimo premikajoča se telesa.

Ta telesa so orodje (kladivo, pero, žaga), v igrah - žoge, paki, šahovske figure. Tudi v proizvodnji in kmetijstvu ljudje poganjajo orodja.

Uporaba strojev večkrat poveča produktivnost dela zaradi uporabe motorjev v njih.

Namen katerega koli motorja je spraviti telesa v gibanje in ohraniti to gibanje, kljub zaviranju tako z običajnim trenjem kot z "delovnim" uporom (rezilo ne sme samo drseti po kovini, ampak z zarezovanjem vanjo odstraniti ostružke; plug rahljati zemljo itd.). V tem primeru mora na gibljivo telo delovati sila s strani motorja.

Delo se v naravi izvaja vedno, ko na telo v smeri njegovega gibanja ali proti njemu deluje sila (ali več sil) drugega telesa (drugih teles).

Sila gravitacije deluje, ko padajo dežne kaplje ali kamni s pečine. Hkrati pa delo opravlja tudi sila upora, ki deluje na padajoče kapljice ali na kamen iz zraka. Prožnostna sila opravlja delo tudi, ko se od vetra upognjeno drevo zravna.

Opredelitev dela.


Newtonov drugi zakon v obliki impulza Δ = Δt vam omogoča, da ugotovite, kako se hitrost telesa spremeni v velikosti in smeri, če nanj v času Δt deluje sila.

Za vpliv sil na telesa, ki vodijo do spremembe modula njihove hitrosti, je značilna vrednost, ki je odvisna tako od sil kot od gibanja teles. V mehaniki se ta količina imenuje delo sile.

Sprememba hitrosti v absolutni vrednosti je mogoča le v primeru, ko je projekcija sile F r na smer gibanja telesa drugačna od nič. Prav ta projekcija določa delovanje sile, ki modulo spremeni hitrost telesa. Ona opravlja delo. Zato lahko delo obravnavamo kot produkt projekcije sile F r z modulom premika |Δ| (slika 5.1):

A = F r |Δ|. (5.1)

Če kot med silo in premikom označimo z α, potem Fr = Fcosα.

Zato je delo enako:

A = |Δ|cosα. (5.2)

Naša vsakdanja predstava o delu se razlikuje od definicije dela v fiziki. Držite težak kovček in zdi se vam, da opravljate delo. Vendar je s fizičnega vidika vaše delo nič.

Delo konstantne sile je enako zmnožku modulov sile in premika točke delovanja sile ter kosinusa kota med njima.

V splošnem primeru, ko se togo telo giblje, so premiki njegovih različnih točk različni, pri določanju dela sile pa smo pod Δ razumemo gibanje njegove točke uporabe. Pri translacijskem gibanju togega telesa gibanje vseh njegovih točk sovpada z gibanjem točke uporabe sile.

Delo za razliko od sile in premika ni vektorska, ampak skalarna količina. Lahko je pozitiven, negativen ali nič.

Predznak dela je določen s predznakom kosinusa kota med silo in premikom. Če je α< 90°, то А >0, ker je kosinus ostrih kotov pozitiven. Pri α > 90° je delo negativno, saj je kosinus topih kotov negativen. Pri α = 90° (sila pravokotna na premik) se delo ne izvrši.

Če na telo deluje več sil, potem je projekcija rezultante sile na premik enaka vsoti projekcij posameznih sil:

F r = F 1r + F 2r + ... .

Zato za delo rezultante sile dobimo

A = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)

Če na telo deluje več sil, potem je skupno delo (algebraična vsota del vseh sil) enako delu rezultantne sile.

Delo, ki ga opravi sila, lahko predstavimo grafično. Naj to pojasnimo tako, da na sliki prikažemo odvisnost projekcije sile od koordinat telesa, ko se premika premočrtno.

Nato naj se telo premika vzdolž osi OX (slika 5.2).

Fcosα = F x , |Δ| = Δ x.

Za delo sile dobimo

A = F|Δ|cosα = F x Δx.

Očitno je površina pravokotnika, osenčenega na sliki (5.3, a), številčno enaka delu, opravljenemu pri premikanju telesa iz točke s koordinato x1 v točko s koordinato x2.

Formula (5.1) velja v primeru, ko je projekcija sile na premik konstantna. Pri krivočrtni trajektoriji, konstantni ali spremenljivi sili, delimo trajektorijo na majhne segmente, ki jih lahko štejemo za premočrtne, in projekcijo sile pri majhnem premiku Δ - konstantna.

Nato izračunajte delo pri vsakem gibu Δ in nato povzamemo ta dela, določimo delo sile na končnem premiku (slika 5.3, b).

Enota dela.


Enoto dela lahko določimo z osnovno formulo (5.2). Če pri premikanju telesa na enoto dolžine nanj deluje sila, katere modul je enak ena, in smer sile sovpada s smerjo gibanja njene točke uporabe (α = 0), potem delo bo enako ena. V mednarodnem sistemu (SI) je enota za delo joule (označeno z J):

1 J = 1 N 1 m = 1 N m.

Joule- to je delo, ki ga opravi sila 1 N na premik 1, če smeri sile in premika sovpadata.

Pogosto se uporablja več enot za delo: kilodžul in megadžul:

1 kJ = 1000 J,
1 MJ = 1000000 J.



Delo je lahko končano v daljšem ali zelo kratkem času. V praksi pa še zdaleč ni vseeno, ali je delo mogoče opraviti hitro ali počasi. Čas, v katerem se delo izvaja, določa zmogljivost katerega koli motorja. Majhen elektromotor lahko opravi veliko dela, vendar bo vzel veliko časa. Zato je skupaj z delom uvedena količina, ki označuje hitrost, s katero se proizvaja - moč.

Moč je razmerje med delom A in časovnim intervalom Δt, v ​​katerem je to delo opravljeno, tj. moč je hitrost dela:

Če nadomestimo v formulo (5.4) namesto dela A njen izraz (5.2), dobimo

Torej, če sta sila in hitrost telesa konstantni, potem je moč enaka zmnožku velikosti vektorja sile z velikostjo vektorja hitrosti in kosinusa kota med smerema teh vektorjev. Če so te količine spremenljive, potem lahko z uporabo formule (5.4) določimo povprečno moč na podoben način kot določimo povprečno hitrost telesa.

Koncept moči je uveden za ovrednotenje dela na enoto časa, ki ga opravi kateri koli mehanizem (črpalka, žerjav, motor stroja itd.). Zato je v formulah (5.4) in (5.5) vedno mišljena vlečna sila.

V SI je moč izražena v vati (W).

Moč je enaka 1 W, če je v 1 s opravljeno delo 1 J.

Skupaj z vatom se uporabljajo večje (večkratne) enote moči:

1 kW (kilovat) = 1000 W,
1 MW (megavat) = 1.000.000 W.