Видови на работа во физиката. Механичка работа. Моќ

Енергетските карактеристики на движењето се воведуваат врз основа на концептот на механичка работа или работа на сила.

Дефиниција 1

Работата А изведена со константна сила F → е физичка големина еднаква на производот на модулите за сила и поместување помножени со косинус на аголот α , кој се наоѓа помеѓу векторите на сила F → и поместувањето s →.

Оваа дефиниција е дискутирана на Слика 1. 18 . 1 .

Формулата за работа е напишана како,

A = F s cos α .

Работата е скаларна количина. Ова овозможува да се биде позитивен на (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) .

Џул е еднаков на работата што ја врши сила од 1 N за да се движи 1 m во насока на силата.

Слика 1. 18 . 1 . Работа на силата F →: A = F s cos α = F s s

При проектирање F s → сила F → на насоката на движење s → силата не останува константна, а пресметката на работата за мали движења Δ s i се сумира и се произведува според формулата:

A = ∑ ∆ A i = ∑ F s i ∆ s i .

Оваа количина на работа се пресметува од границата (Δ s i → 0) и потоа оди во интегралот.

Графичкиот приказ на делото се одредува од областа на криволинеарната фигура лоцирана под графиконот F s (x) на слика 1. 18 . 2.

Слика 1. 18 . 2. Графичка дефиниција на работата Δ A i = F s i Δ s i .

Пример за сила која зависи од координатата е еластичната сила на пружината, која го почитува Хуковиот закон. За да се истегне пружината, потребно е да се примени сила F → чиј модул е ​​пропорционален на издолжувањето на пружината. Ова може да се види на слика 1. 18 . 3.

Слика 1. 18 . 3. Испружена пролет. Насоката на надворешната сила F → се совпаѓа со насоката на движење s →. F s = k x, каде што k ја означува вкочанетоста на пружината.

F → y p = - F →

Зависноста на модулот на надворешната сила од x координатите може да се нацрта со помош на права линија.

Слика 1. 18 . 4 . Зависност на модулот на надворешната сила од координатата кога пружината се протега.

Од горната слика, можно е да се најде работата направена на надворешната сила на десниот слободен крај на пружината, користејќи ја областа на триаголникот. Формулата ќе има форма

Оваа формула е применлива за да се изрази работата направена од надворешна сила при компресија на пружина. И двата случаи покажуваат дека еластичната сила F → y p е еднаква на работата на надворешната сила F → , но со спротивен знак.

Дефиниција 2

Ако на едно тело дејствуваат неколку сили, тогаш формулата за вкупната работа ќе изгледа како збир на целата работа направена на него. Кога телото се движи транслативно, точките на примена на силите се движат подеднакво, односно вкупната работа на сите сили ќе биде еднаква на работата на резултатот од применетите сили.

Слика 1. 18 . 5 . Модел на механичка работа.

Одредување на моќност

Дефиниција 3

Моќсе нарекува работа извршена со сила по единица време.

Снимањето на физичката количина на моќност, означено со N, има форма на односот на работата A до временскиот период t на извршената работа, односно:

Дефиниција 4

Системот SI користи вати (W t) како единица за моќност, еднаква на моќноста на силата што прави 1 J работа за 1 s.

Доколку забележите грешка во текстот, означете ја и притиснете Ctrl+Enter

Во нашето секојдневно искуство, зборот „работа“ се појавува многу често. Но, треба да се направи разлика помеѓу физиолошка работа и работа од гледна точка на науката за физиката. Кога ќе се вратите дома од часот, велите: „Ох, многу сум уморен!“ Ова е физиолошка работа. Или, на пример, работата на тимот во народната приказна „Репа“.

Слика 1. Работа во секојдневна смисла на зборот

Овде ќе зборуваме за работата од гледна точка на физиката.

Механичка работа се изведува ако тело се движи под влијание на сила. Работата е означена со латинската буква А. Построга дефиниција за работата звучи вака.

Работата на силата е физичка големина еднаква на производот на големината на силата и растојанието поминато од телото во насока на силата.

Слика 2. Работата е физичка величина

Формулата е валидна кога на телото дејствува константна сила.

Во меѓународниот систем на SI единици, работата се мери во џули.

Тоа значи дека ако под влијание на сила од 1 њутн телото се движи 1 метар, тогаш оваа сила се извршува 1 џул.

Единицата за работа е именувана по англискиот научник Џејмс Прескот Џул.

Сл. 3. Џејмс Прескот Џул (1818 - 1889)

Од формулата за пресметување на работата произлегува дека постојат три можни случаи кога работата е еднаква на нула.

Првиот случај е кога на некое тело делува сила, но телото не се движи. На пример, една куќа е подложна на огромна сила на гравитација. Но, таа не работи ништо бидејќи куќата е неподвижна.

Вториот случај е кога телото се движи по инерција, односно на него не дејствуваат сили. На пример, вселенски брод се движи во меѓугалактички простор.

Третиот случај е кога на телото делува сила нормално на правецот на движење на телото. Во овој случај, иако телото се движи и на него дејствува сила, нема движење на телото во насока на силата.

Слика 4. Три случаи кога работата е нула

Исто така, треба да се каже дека работата направена од сила може да биде негативна. Ова ќе се случи ако телото се движи против правецот на силата. На пример, кога кран крева товар над земјата со помош на кабел, работата направена од силата на гравитацијата е негативна (а работата направена од еластичната сила на кабелот насочен нагоре, напротив, е позитивна).

Да претпоставиме дека при изведување градежни работи, јамата треба да се наполни со песок. На багерот би му биле потребни неколку минути да го направи ова, но работник со лопата ќе мора да работи неколку часа. Но, и багерот и работникот ќе завршеа истата работа.

Сл. 5. Истата работа може да се заврши во различни времиња

За да се карактеризира брзината на работата во физиката, се користи количина наречена моќност.

Моќта е физичка количина еднаква на односот на работата со времето кога се извршува.

Моќта се означува со латинска буква Н.

Единицата за моќност на SI е вати.

Еден вати е моќноста со која се врши еден џул работа за една секунда.

Енергетската единица е именувана по англискиот научник, пронаоѓач на парната машина, Џејмс Ват.

Сл. 6. Џејмс Ват (1736 - 1819)

Да ја комбинираме формулата за пресметување на работата со формулата за пресметување на моќноста.

Сега да се потсетиме дека односот на патеката помината од телото е С, до моментот на движење тја претставува брзината на движење на телото v.

Така, моќноста е еднаква на производот од нумеричката вредност на силата и брзината на телото во насока на силата.

Оваа формула е погодна за употреба при решавање на проблеми во кои сила делува на тело што се движи со позната брзина.

Библиографија

1. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Збирка проблеми по физика за 7-9 одделение на општообразовните институции. - 17-ти изд. - М.: Образование, 2004 година.
2. Перишкин А.В. Физика. 7-мо одделение - 14-то издание, стереотип. - М.: Бустард, 2010 година.
3. Перишкин А.В. Збирка проблеми по физика, одделение 7-9: 5-то издание, стереотип. - М: Издавачка куќа „Испит“, 2010 г.

1. Интернет портал Physics.ru ().
2. Интернет портал Festival.1september.ru ().
3. Интернет портал Fizportal.ru ().
4. Интернет порталот Elkin52.narod.ru ().

Домашна работа

1. Во кои случаи работата е еднаква на нула?
2. Како се врши работата по патеката помината во насока на силата? Во спротивна насока?
3. Колку работи врши силата на триење што делува на тулата кога таа се движи 0,4 m? Силата на триење е 5 N.

Механичка работа. Единици за работа.

Во секојдневниот живот, сè разбираме со концептот на „работа“.

Во физиката, концептот Работанешто поинаку. Тоа е дефинитивна физичка големина, што значи дека може да се мери. Во физиката се изучува првенствено механичка работа .

Ајде да погледнеме примери на механичка работа.

Возот се движи под влечна сила на електрична локомотива и се врши механичка работа. Кога се пука пиштол, силата на притисокот на гасовите во прав функционира - го движи куршумот по цевката, а брзината на куршумот се зголемува.

Од овие примери е јасно дека механичка работа се изведува кога телото се движи под влијание на сила. Механичка работа се изведува и во случај кога силата што дејствува на телото (на пример, силата на триење) ја намалува брзината на неговото движење.

Сакајќи да го поместиме ормарот силно го притискаме, но ако не мрда, тогаш не вршиме механичка работа. Може да се замисли случај кога телото се движи без учество на сили (по инерција); во овој случај, механичката работа исто така не се изведува.

Значи, механичка работа се врши само кога на телото делува сила и тоа се движи .

Не е тешко да се разбере дека колку е поголема силата што делува на телото и колку е подолг патот по кој телото патува под влијание на оваа сила, толку е поголема работата што ја извршува.

Механичката работа е директно пропорционална на применетата сила и директно пропорционална на поминатото растојание .

Затоа, се согласивме да ја измериме механичката работа според производот на силата и патеката помината по оваа насока на оваа сила:

работа = сила × патека

Каде А- Работа, Ф- сила и с- поминато растојание.

Единица на работа се зема за работа извршена со сила од 1N на патека од 1 m.

Единица за работа - џул (Ј ) именувана по англискиот научник Џоул. Така,

1 J = 1N m.

Исто така се користи килоџули (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Формула A = Fsприменливи кога силата Фконстантна и се совпаѓа со насоката на движење на телото.

Ако насоката на силата се совпаѓа со насоката на движење на телото, тогаш оваа сила врши позитивна работа.

Ако телото се движи во насока спротивна на насоката на применетата сила, на пример, лизгачката сила на триење, тогаш оваа сила врши негативна работа.

Ако насоката на силата што дејствува на телото е нормална на насоката на движење, тогаш оваа сила не работи, работата е нула:

Во иднина, зборувајќи за машинската работа, накратко со еден збор ќе ја наречеме - работа.

Пример. Пресметајте ја извршената работа при подигнување на гранитна плоча со волумен од 0,5 m3 до висина од 20 m Густината на гранитот е 2500 kg/m3.

Со оглед на:

ρ = 2500 kg/m 3

Решение:

каде што F е силата што мора да се примени за рамномерно да се подигне плочата нагоре. Оваа сила е еднаква по модул на силата Fstrand што делува на плочата, т.е. F = Fstrand. А силата на гравитација може да се определи со масата на плочата: Тежина = gm. Да ја пресметаме масата на плочата, знаејќи го нејзиниот волумен и густината на гранитот: m = ρV; s = h, односно патеката е еднаква на висината на кревање.

Значи, 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.

Одговори: A =245 kJ.

Растови.Моќ.Енергија

За различни мотори потребно е различно време за да се заврши истата работа. На пример, кран на градилиште крева стотици тули на горниот кат од зградата за неколку минути. Ако овие тули ги премести работник, ќе му требаат неколку часа да го направи тоа. Друг пример. Коњот може да изора хектар земја за 10-12 часа, додека тракторот со повеќеделни плуг ( плуг- дел од плугот кој одоздола го пресекува слојот земја и го пренесува на буниште; мултиплуг - многу плугови), оваа работа ќе биде завршена за 40-50 минути.

Јасно е дека дигалот ја врши истата работа побрзо од работникот, а тракторот ја врши истата работа побрзо од коњот. Брзината на работа се карактеризира со посебна количина наречена моќност.

Моќноста е еднаква на односот на работата со времето во кое е извршена.

За да ја пресметате моќноста, треба да ја поделите работата со времето во кое е завршена оваа работа.моќност = работа/време.

Каде Н- моќ, А- Работа, т- завршено време на работа.

Моќта е константна количина кога истата работа се врши секоја секунда; во други случаи односот A/tја одредува просечната моќност:

Нпросечно = A/t . Единица за моќност се зема како моќност со која J од работата се врши за 1 s.

Оваа единица се нарекува вати ( В) во чест на друг англиски научник, Ват.

1 ват = 1 џул/1 секунда, или 1 W = 1 J/s.

Ват (џул во секунда) - W (1 J/s).

Поголемите единици на моќ се широко користени во технологијата - киловат (kW), мегават (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

Пример. Најдете ја моќноста на протокот на вода што тече низ браната ако висината на падот на водата е 25 m, а неговата брзина е 120 m3 во минута.

Со оглед на:

ρ = 1000 kg/m3

Решение:

Маса на вода што паѓа: m = ρV,

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

Гравитацијата што делува на вода:

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

Работа извршена по проток во минута:

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

Моќност на проток: N = A/t,

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

Одговори: N = 0,5 MW.

Различни мотори имаат моќност кои се движат од стотинки и десетини од киловат (мотор на електричен брич, машина за шиење) до стотици илјади киловати (турбини за вода и пареа).

Табела 5.

Моќност на некои мотори, kW.

Секој мотор има табличка (моторна пасош), која укажува на некои информации за моторот, вклучувајќи ја и неговата моќност.

Човечката моќ при нормални работни услови е во просек 70-80 W. Кога скока или трча по скали, едно лице може да развие моќност до 730 W, а во некои случаи и повеќе.

Од формулата N = A/t произлегува дека

За да се пресмета работата, неопходно е да се помножи моќноста со времето во кое е извршена оваа работа.

Пример. Моторот на собниот вентилатор има моќност од 35 вати. Колку работи тој за 10 минути?

Ајде да ги запишеме условите на проблемот и да го решиме.

Со оглед на:

Решение:

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

Одговори А= 21 kJ.

Едноставни механизми.

Од памтивек, човекот користел различни уреди за извршување на механички работи.

Секој знае дека тежок предмет (камен, ормар, машински алат), кој не може да се помести со рака, може да се помести со помош на доволно долг стап - лост.

Во моментов, се верува дека со помош на лостови пред три илјади години, за време на изградбата на пирамидите во Стариот Египет, тешки камени плочи биле преместени и подигнати на големи височини.

Во многу случаи, наместо да се подигне тежок товар на одредена висина, може да се тркала или да се повлече до истата висина по наклонета рамнина или да се подигне со помош на блокови.

Се нарекуваат уредите што се користат за претворање на силата механизми .

Едноставните механизми вклучуваат: лостови и неговите сорти - блок, порта; наклонета рамнина и нејзините сорти - клин, завртка. Во повеќето случаи, едноставни механизми се користат за да се добие сила, односно да се зголеми силата што делува на телото неколку пати.

Едноставни механизми се наоѓаат и во домаќинството и во сите сложени индустриски и индустриски машини кои сечат, извртуваат и печат големи челични лимови или ги црпат најдобрите нишки од кои потоа се прават ткаенини. Истите механизми може да се најдат во современите сложени автоматски машини, машините за печатење и броење.

Рачка на рачката. Рамнотежа на силите на рачката.

Ајде да го разгледаме наједноставниот и најчестиот механизам - рачката.

Рачката е цврсто тело што може да ротира околу фиксирана потпора.

Сликите покажуваат како работник користи лост како лост за подигање товар. Во првиот случај, работникот со сила Фго притиска крајот на лентата Б, во втората - го крева крајот Б.

Работникот треба да ја надмине тежината на товарот П- сила насочена вертикално надолу. За да го направите ова, тој ја врти лентата околу оската што минува низ единствената неподвиженточката на прекин е точката на нејзината поддршка ЗА. Сила Фсо која работникот дејствува на лостот е помала сила П, со што работникот добива добивка во сила. Со помош на лост, можете да кренете толку тежок товар што не можете сами да го подигнете.

Сликата покажува лост чија оска на ротација е ЗА(потпорна точка) се наоѓа помеѓу точките на примена на силите АИ ВО. Друга слика покажува дијаграм на оваа рачка. И двете сили Ф 1 и Ф 2 кои дејствуваат на рачката се насочени во една насока.

Најкраткото растојание помеѓу потпорната точка и правата линија по која силата дејствува на рачката се нарекува рака на сила.

За да ја пронајдете раката на силата, треба да ја спуштите нормалната од потпорната точка до линијата на дејство на силата.

Должината на оваа нормална ќе биде кракот на оваа сила. Сликата го покажува тоа ОП- јачина на рамената Ф 1; ОБ- јачина на рамената Ф 2. Силите што дејствуваат на рачката можат да ја ротираат околу неговата оска во две насоки: во насока на стрелките на часовникот или спротивно од стрелките на часовникот. Да, сила Ф 1 ја ротира рачката во насока на стрелките на часовникот и силата Ф 2 го ротира спротивно од стрелките на часовникот.

Состојбата под која рачката е во рамнотежа под влијание на силите што се применуваат на неа може да се утврди експериментално. Мора да се запомни дека резултатот од дејството на силата зависи не само од нејзината нумеричка вредност (модул), туку и од точката во која се применува на телото или како е насочена.

Различни тегови се суспендирани од рачката (види слика) од двете страни на потпорната точка, така што секој пат кога рачката останува во рамнотежа. Силите што делуваат на рачката се еднакви на тежините на овие оптоварувања. За секој случај, се мерат модулите на сила и нивните раменици. Од искуството прикажано на Слика 154, јасно е дека силата 2 Нја балансира силата 4 Н. Во овој случај, како што може да се види од сликата, рамото со помала јачина е 2 пати поголемо од рамото со поголема јачина.

Врз основа на ваквите експерименти, беше воспоставен условот (правилото) на рамнотежа на лостот.

Рачката е во рамнотежа кога силите што дејствуваат на неа се обратно пропорционални со краците на овие сили.

Ова правило може да се напише како формула:

Ф 1/Ф 2 = л 2/ л 1 ,

Каде Ф 1ИФ 2 - сили кои дејствуваат на рачката, л 1Ил 2 , - рамениците на овие сили (види слика).

Правилото за рамнотежа со лост било воспоставено од Архимед околу 287 - 212 година. п.н.е д. (но во последниот пасус беше речено дека лостовите ги користеле Египќаните? Или зборот „воспоставен“ игра важна улога овде?)

Од ова правило произлегува дека помала сила може да се користи за балансирање на поголема сила со помош на лост. Нека едната рака на рачката е 3 пати поголема од другата (види слика). Потоа, со примена на сила од, на пример, 400 N во точката Б, можете да кренете камен со тежина од 1200 N. За да подигнете уште потежок товар, треба да ја зголемите должината на рачката на рачката на која дејствува работникот.

Пример. Со помош на лост, работникот крева плоча со тежина од 240 kg (види слика 149). Која сила ја применува на поголемата рачка од 2,4 m ако помалата рака е 0,6 m?

Ајде да ги запишеме условите на проблемот и да го решиме.

Со оглед на:

Решение:

Според правилото за рамнотежа на рачката, F1/F2 = l2/l1, од каде F1 = F2 l2/l1, каде што F2 = P е тежината на каменот. Тежина на камен asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

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

Одговори: F1 = 600 N.

Во нашиот пример, работникот совладува сила од 2400 N, применувајќи на рачката сила од 600 N. Но, во овој случај, раката на која дејствува работникот е 4 пати подолга од онаа на која дејствува тежината на каменот. ( л 1 : л 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Со примена на правилото за потпора, помала сила може да балансира поголема сила. Во овој случај, рамото со помала сила треба да биде подолго од рамото со поголема сила.

Момент на моќ.

Веќе го знаете правилото за рамнотежа на лостот:

Ф 1 / Ф 2 = л 2 / л 1 ,

Користејќи го својството на пропорција (производот на неговите екстремни членови е еднаков на производот на неговите средни членови), го пишуваме во оваа форма:

Ф 1л 1 = Ф 2 л 2 .

На левата страна од равенката е производ на сила Ф 1 на нејзиното рамо л 1, а десно - производ на сила Ф 2 на нејзиното рамо л 2 .

Производот на модулот на силата што го ротира телото и неговото рамо се нарекува момент на сила; се означува со буквата M. Тоа значи

Рачката е во рамнотежа под дејство на две сили ако моментот на силата што ја ротира во насока на стрелките на часовникот е еднаков на моментот на силата што ја ротира спротивно од стрелките на часовникот.

Ова правило се нарекува правило на моментите , може да се напише како формула:

М1 = М2

Навистина, во експериментот што го разгледавме (§ 56), дејствувачките сили беа еднакви на 2 N и 4 N, нивните раменици соодветно изнесуваа 4 и 2 притисоци на рачката, односно моментите на овие сили се исти кога рачката е во рамнотежа .

Моментот на сила, како и секоја физичка големина, може да се измери. Единицата за момент на сила се зема за момент на сила од 1 N, чиј крак е точно 1 m.

Оваа единица се нарекува њутнометар (N m).

Моментот на сила го карактеризира дејството на силата и покажува дека тоа зависи истовремено и од модулот на силата и од нејзината потпора. Навистина, веќе знаеме, на пример, дека дејството на силата на вратата зависи и од големината на силата и од тоа каде се применува силата. Колку е полесно да се сврти вратата, толку подалеку од оската на ротација се применува силата што дејствува на неа. Подобро е да ја одвртите навртката со долг клуч отколку со краток. Колку е полесно да се подигне кофа од бунарот, толку е подолга рачката на портата итн.

Лостови во технологијата, секојдневниот живот и природата.

Правилото на потпора (или правилото на моментите) е во основата на дејството на различни видови алатки и уреди што се користат во технологијата и секојдневниот живот каде што е потребна добивка во сила или патување.

Имаме добивка во сила кога работиме со ножици. Ножици - ова е лост(сл), чија оска на ротација се јавува преку завртка што ги поврзува двете половини на ножиците. Дејствувачка сила Ф 1 е мускулната сила на раката на лицето што ги фаќа ножиците. Контрасила Ф 2 е силата на отпор на материјалот што се сече со ножици. Во зависност од намената на ножиците, нивниот дизајн варира. Канцелариските ножици, наменети за сечење хартија, имаат долги сечила и рачки со речиси иста должина. Хартијата за сечење не бара многу сила, а долгото сечило го олеснува сечењето во права линија. Ножиците за сечење лим (сл.) имаат рачки многу подолги од сечилата, бидејќи отпорната сила на металот е голема и за да се избалансира, раката на дејствувачката сила треба значително да се зголеми. Разликата помеѓу должината на рачките и растојанието на делот за сечење и оската на вртење е уште поголема секачи за жица(сл.), наменета за сечење жица.

Многу машини имаат различни видови лостови. Рачката на машината за шиење, педалите или рачната сопирачка на велосипедот, педалите на автомобилот и тракторот и клучевите на пијаното се сите примери на лостови што се користат во овие машини и алати.

Примери за употреба на лостови се рачките на пороци и работни маси, лост на машина за дупчење итн.

Дејството на лостните ваги се заснова на принципот на лостот (сл.). Вагите за обука прикажани на Слика 48 (стр. 42) делуваат како лост со еднаква рака . ВО децимални скалиРамото од кое се виси чашата со тегови е 10 пати подолго од рамото што го носи товарот. Ова го олеснува мерењето на големи товари. Кога мерите товар на децимална скала, треба да ја помножите масата на тегови со 10.

Уредот за вага за мерење на товарни вагони на автомобили исто така се заснова на правилото за потпора.

Лостовите се наоѓаат и во различни делови од телото на животните и луѓето. Тоа се, на пример, раце, нозе, вилици. Многу лостови може да се најдат во телото на инсектите (со читање книга за инсектите и структурата на нивните тела), птиците и во структурата на растенијата.

Примена на законот за рамнотежа на лост на блок.

БлокирајТоа е тркало со жлеб, поставено во држач. Низ блок жлебот се пренесува јаже, кабел или синџир.

Фиксен блок Ова се нарекува блок чија оска е фиксирана и не се крева или паѓа при кревање товар (сл.).

Фиксниот блок може да се смета како лост со еднакво оружје, во кој краците на силите се еднакви на радиусот на тркалото (слика): ОА = ОБ = р. Таквиот блок не обезбедува зголемување на силата. ( Ф 1 = Ф 2), но ви овозможува да ја промените насоката на силата. Подвижен блок - ова е блок. чија оска се крева и спушта заедно со товарот (сл.). На сликата е прикажана соодветната рачка: ЗА- потпорна точка на рачката, ОП- јачина на рамената РИ ОБ- јачина на рамената Ф. Од рамото ОБ 2 пати од рамото ОП, потоа силата Ф 2 пати помала сила Р:

F = P/2 .

Така, подвижниот блок дава 2-кратно зголемување на јачината .

Ова може да се докаже со користење на концептот на момент на сила. Кога блокот е во рамнотежа, моментите на силите ФИ Реднакви едни на други. Но, рамото на силата Ф 2 пати поголема потпора Р, и, според тоа, самата моќ Ф 2 пати помала сила Р.

Обично во пракса се користи комбинација од фиксен блок и подвижен (сл.). Фиксниот блок се користи само за погодност. Не дава засилување на сила, но го менува правецот на силата. На пример, ви овозможува да подигнете товар додека стоите на земја. Ова е корисно за многу луѓе или работници. Сепак, тоа дава добивка во сила 2 пати поголема од вообичаеното!

Еднаквост во работата при користење на едноставни механизми. „Златно правило“ на механиката.

Едноставните механизми што ги разгледавме се користат при извршување на работа во случаи кога е неопходно да се балансира друга сила преку дејство на една сила.

Природно, се поставува прашањето: додека даваат добивка во сила или патека, зарем едноставните механизми не даваат добивка во работата? Одговорот на ова прашање може да се добие од искуство.

Со балансирање на две различни сили со големина на лост Ф 1 и Ф 2 (сл.), поставете ја рачката во движење. Излегува дека во исто време точката на примена на помалата сила Ф 2 оди понатаму с 2, и точката на примена на поголемата сила Ф 1 - пократок пат с 1. Откако ги измеривме овие патеки и модули на сила, откривме дека патеките што ги минуваат точките на примена на силите на рачката се обратно пропорционални на силите:

с 1 / с 2 = Ф 2 / Ф 1.

Така, делувајќи на долгиот крак на рачката, добиваме сила, но во исто време губиме за иста количина на патот.

Производ на сила Фна пат сима работа. Нашите експерименти покажуваат дека работата направена од силите што се применуваат на рачката е еднаква една на друга:

Ф 1 с 1 = Ф 2 с 2, т.е. А 1 = А 2.

Значи, Кога користите потпора, нема да можете да победите на работа.

Со користење на потпора, можеме да добиеме или моќ или растојание. Со примена на сила на краткиот крак на рачката, добиваме оддалеченост, но губиме со иста количина по сила.

Постои легенда дека Архимед, воодушевен од откривањето на правилото за потпора, извикал: „Дај ми потпора и ќе ја превртам Земјата!“

Се разбира, Архимед не можеше да се справи со таква задача дури и да му беше дадена потпора (која требаше да биде надвор од Земјата) и лост со потребната должина.

За да се подигне земјата за само 1 см, долгата рака на рачката би требало да опише лак со огромна должина. Ќе бидат потребни милиони години за да се помести долгиот крај на рачката по оваа патека, на пример, со брзина од 1 m/s!

Стационарниот блок не дава никаква добивка во работата,што е лесно да се потврди експериментално (види слика). Патеки поминати од точките на примена на силите ФИ Ф, се исти, силите се исти, што значи работата е иста.

Можете да ја измерите и споредите извршената работа со помош на блок што се движи. За да се подигне товарот до висина h со помош на подвижен блок, потребно е да се помести крајот на јажето на кое е прикачен динамометарот, како што покажува искуството (сл.), на висина од 2 часа.

Така, добивајќи 2-кратно зголемување на силата, тие губат 2-кратно на патот, затоа, подвижниот блок не дава добивка во работата.

Тоа го покажа вековната практика Ниту еден од механизмите не дава добивка во перформансите.Тие користат различни механизми за да победат во сила или во патување, во зависност од условите за работа.

Веќе античките научници знаеле правило кое се применува на сите механизми: без разлика колку пати победуваме во сила, исто толку пати губиме во далечина. Ова правило е наречено „златно правило“ на механиката.

Ефикасност на механизмот.

При разгледување на дизајнот и дејството на рачката, не го земавме предвид триењето, како и тежината на рачката. под овие идеални услови, работата што ја врши применетата сила (ова ќе го наречеме дело полн), е еднакво на корисниработа на кревање товар или надминување на каков било отпор.

Во пракса, вкупната работа направена со механизам е секогаш малку поголема од корисната работа.

Дел од работата се врши против силата на триење во механизмот и со поместување на неговите поединечни делови. Значи, кога користите подвижен блок, дополнително треба да работите за да го подигнете самиот блок, јажето и да ја одредите силата на триење во оската на блокот.

Каков механизам и да преземеме, корисната работа направена со негова помош секогаш сочинува само дел од вкупната работа. Ова значи, означувајќи корисна работа со буквата Ap, вкупна (потрошена) работа со буквата Az, можеме да напишеме:

Горе< Аз или Ап / Аз < 1.

Односот на корисна работа со вкупната работа се нарекува ефикасност на механизмот.

Факторот на ефикасност е скратено како ефикасност.

Ефикасност = Ап / Аз.

Ефикасноста обично се изразува како процент и се означува со грчката буква η, прочитана како „eta“:

η = Ap / Az · 100%.

Пример: Товар со тежина од 100 kg е закачен на кратката рака на рачката. За да се подигне, на долгиот крак се применува сила од 250 N. Товарот се крева на висина од h1 = 0,08 m, додека точката на примена на движечката сила паѓа на висина од h2 = 0,4 m. Најдете ја ефикасност на рачката.

Ајде да ги запишеме условите на проблемот и да го решиме.

Со оглед на :

Решение :

η = Ap / Az · 100%.

Вкупна (потрошена) работа Az = Fh2.

Корисна работа Ap = Рh1

P = 9,8 100 kg ≈ 1000 N.

Ап = 1000 N · 0,08 = 80 Ј.

Az = 250 N · 0,4 m = 100 J.

η = 80 J/100 J 100% = 80%.

Одговори : η = 80%.

Но, „златното правило“ важи и во овој случај. Дел од корисната работа - 20% од неа - се троши за надминување на триењето во оската на рачката и отпорот на воздухот, како и за движење на самата рачка.

Ефикасноста на кој било механизам е секогаш помала од 100%. Кога дизајнираат механизми, луѓето се стремат да ја зголемат нивната ефикасност. За да се постигне ова, се намалува триењето во оските на механизмите и нивната тежина.

Енергија.

Во фабриките и фабриките, машините и машините се управувани од електрични мотори, кои трошат електрична енергија (оттука и името).

Компресираната пружина (сл.), кога е исправена, работи, крева товар до височина или прави количка да се движи. Стационарното оптоварување подигнато над земјата не работи, но ако овој товар падне, може да работи (на пример, може да забие куп во земјата). Секое тело што се движи има способност да работи. Така, челична топка А (смоква) која се тркала надолу од наклонета рамнина, удирајќи во дрвениот блок Б, ја движи на одредено растојание. Во исто време, се работи. Ако едно тело или неколку тела кои содејствуваат (систем на тела) можат да работат, се вели дека имаат енергија. Енергија - физичка големина што покажува колку работа може да направи едно тело (или неколку тела). Енергијата се изразува во системот SI во истите единици како и работата, т.е. во џули. Колку повеќе телото може да работи, толку повеќе енергија има. Кога се работи, се менува енергијата на телата. Извршената работа е еднаква на промената на енергијата. Потенцијална и кинетичка енергија. Потенцијал (од лат.потенцијата - можност) енергија е енергијата што се определува со релативната положба на телата и деловите од истото тело кои содејствуваат. Потенцијалната енергија, на пример, ја поседува тело подигнато во однос на површината на Земјата, бидејќи енергијата зависи од релативната положба на неа и Земјата. и нивната меѓусебна привлечност. Ако ја сметаме потенцијалната енергија на телото што лежи на Земјата за нула, тогаш потенцијалната енергија на телото подигнато до одредена висина ќе биде одредена од работата што ја врши гравитацијата кога телото ќе падне на Земјата. Да ја означиме потенцијалната енергија на телото Е n, бидејќи Е = А, а работата, како што знаеме, е еднаква на производот на сила и патека, тогаш A = Fh, Каде Ф- гравитација. Ова значи дека потенцијалната енергија En е еднаква на: E = Fh, или E = gmh, Каде е- забрзување на гравитацијата, м- телесна маса, ч- висината до која е подигнато телото. Водата во реките што ја држат браните има огромна потенцијална енергија. Паѓајќи, водата функционира, возејќи моќни турбини на електрани. Потенцијалната енергија на копра чекан (сл.) се користи во градежништвото за извршување на работата на возење купови. Кога отворате врата со пружина, се работи на истегнување (или компресирање) на пружината. Поради стекнатата енергија, пружината, стегајќи се (или исправајќи), работи, затворајќи ја вратата. Енергијата на компресирани и неизвртени пружини се користи, на пример, во часовници, разни играчки за навивање итн. Секое еластично деформирано тело има потенцијална енергија.Потенцијалната енергија на компримиран гас се користи во работата на топлинските мотори, во чекани, кои се широко користени во рударската индустрија, во изградба на патишта, ископување на тврда почва итн. Енергијата што телото ја поседува како резултат на неговото движење се нарекува кинетичка (од грчки.кинема - движење) енергија. Кинетичката енергија на телото се означува со буквата ЕДо. Движечката вода, возејќи ги турбините на хидроцентралите, ја троши својата кинетичка енергија и работи. Движечкиот воздух, ветерот, исто така има кинетичка енергија. Од што зависи кинетичката енергија? Ајде да се свртиме кон искуството (види слика). Ако ја тркалате топката А од различни висини, ќе забележите дека колку е поголема висината од која се тркала топката, толку е поголема нејзината брзина и колку подалеку го движи блокот, т.е. работи повеќе. Ова значи дека кинетичката енергија на телото зависи од неговата брзина. Поради својата брзина, летечкиот куршум има висока кинетичка енергија. Кинетичката енергија на телото зависи и од неговата маса. Ајде да го направиме нашиот експеримент повторно, но ќе тркаламе уште една топка со поголема маса од наклонетата рамнина. Бар Б ќе се движи понатаму, односно ќе се работи повеќе. Ова значи дека кинетичката енергија на втората топка е поголема од првата. Колку е поголема масата на телото и брзината со која се движи, толку е поголема неговата кинетичка енергија. За да се одреди кинетичката енергија на телото, се користи формулата: Ек = mv^2 /2, Каде м- телесна маса, v- брзина на движење на телото. Кинетичката енергија на телата се користи во технологијата. Водата што ја задржува браната има, како што веќе споменавме, голема потенцијална енергија. Кога водата паѓа од брана, таа се движи и ја има истата висока кинетичка енергија. Тој придвижува турбина поврзана со генератор на електрична струја. Поради кинетичката енергија на водата се создава електрична енергија. Енергијата на подвижната вода е од големо значење во националната економија. Оваа енергија се користи со помош на моќни хидроелектрични централи. Енергијата на водата што паѓа е еколошки извор на енергија, за разлика од енергијата на горивото. Сите тела во природата, во однос на конвенционалната нулта вредност, имаат или потенцијална или кинетичка енергија, а понекогаш и двете заедно. На пример, летачкиот авион има и кинетичка и потенцијална енергија во однос на Земјата. Се запознавме со два вида механичка енергија. Други видови енергија (електрична, внатрешна, итн.) ќе се дискутираат во други делови од курсот по физика. Конверзија на еден вид механичка енергија во друг. Феноменот на трансформација на еден вид механичка енергија во друг е многу погодно да се набљудува на уредот прикажан на сликата. Со намотување на конецот на оската, дискот на уредот се подига. Дискот подигнат нагоре има одредена потенцијална енергија. Ако го отпуштите, ќе се врти и ќе почне да паѓа. Како што паѓа, потенцијалната енергија на дискот се намалува, но во исто време неговата кинетичка енергија се зголемува. На крајот на падот, дискот има таква резерва на кинетичка енергија што може повторно да се издигне речиси до претходната висина. (Дел од енергијата се троши работејќи против силата на триење, така што дискот не ја достигнува првобитната висина.) Откако ќе се подигне, дискот повторно паѓа, а потоа повторно се крева. Во овој експеримент, кога дискот се движи надолу, неговата потенцијална енергија се претвора во кинетичка енергија, а кога се движи нагоре, кинетичката енергија се претвора во потенцијална енергија. Трансформацијата на енергијата од еден тип во друг се случува и кога се судираат две еластични тела, на пример, гумена топка на подот или челична топка на челична плоча. Ако подигнете челична топка (ориз) над челична плоча и ја ослободите од рацете, таа ќе падне. Како што топката паѓа, нејзината потенцијална енергија се намалува, а нејзината кинетичка енергија се зголемува, како што се зголемува брзината на топката. Кога топката ќе ја погоди плочата, и топката и плочата ќе бидат компресирани. Кинетичката енергија што ја имала топката ќе се претвори во потенцијална енергија на компресираната плоча и на компримираната топка. Потоа, благодарение на дејството на еластичните сили, плочата и топката ќе ја добијат својата првобитна форма. Топката ќе отскокне од плочата, а нивната потенцијална енергија повторно ќе се претвори во кинетичка енергија на топката: топката ќе отскокне нагоре со брзина речиси еднаква на брзината што ја имаше во моментот кога удри во плочата. Како што топката се крева нагоре, брзината на топката, а со тоа и нејзината кинетичка енергија, се намалува, додека потенцијалната енергија се зголемува. Откако се отскокна од плочата, топката се крева на речиси иста висина од која почна да паѓа. На врвот на подемот, целата негова кинетичка енергија повторно ќе се претвори во потенцијал. Природните феномени обично се придружени со трансформација на еден вид енергија во друг. Енергијата може да се пренесе од едно тело на друго. На пример, при стрелаштво, потенцијалната енергија на нацртаната врвка за лак се претвора во кинетичка енергија на летечка стрела.

Секое тело што прави движење може да се карактеризира со работа. Со други зборови, го карактеризира дејството на силите.

Работата е дефинирана како:
Производот на модулот на сила и патеката што ја минува телото, помножена со косинус на аголот помеѓу насоката на силата и движењето.

Работата се мери во џули:
1 [J] = = [kg* m2/s2]

На пример, телото А, под влијание на сила од 5 N, поминало 10 m. Одреди ја работата што ја врши телото.

Бидејќи насоката на движење и дејството на силата се совпаѓаат, аголот помеѓу векторот на сила и векторот на поместување ќе биде еднаков на 0°. Формулата ќе биде поедноставена бидејќи косинус од агол од 0° е еднаков на 1.

Заменувајќи ги почетните параметри во формулата, наоѓаме:
А= 15 Ј.

Да разгледаме уште еден пример: тело тешко 2 kg, кое се движи со забрзување од 6 m/s2, поминало 10 m. Одреди ја работата што ја извршил телото ако се движело нагоре по наклонета рамнина под агол од 60 °.

За почеток, ајде да пресметаме колку сила треба да се примени за да му се пренесе на телото забрзување од 6 m/s2.

F = 2 kg * 6 m/s2 = 12 H.
Под влијание на сила од 12N, телото се движело 10 m. Работата може да се пресмета со помош на веќе познатата формула:

Каде, a е еднакво на 30°. Заменувајќи ги првичните податоци во формулата, добиваме:
А= 103,2 Ј.

Моќ

Многу машини и механизми вршат иста работа во различни временски периоди. За да ги споредиме, се воведува концептот на моќ.
Моќноста е величина што ја покажува количината на извршена работа по единица време.

Моќта се мери во Ватс, во чест на шкотскиот инженер Џејмс Ват.
1 [Ват] = 1 [J/s].

На пример, голем кран подигнал товар тежок 10 тони на висина од 30 m за 1 минута. Мал кран подигнал 2 тони тули на иста висина за 1 минута. Споредете ги капацитетите на крановите.
Ајде да ја дефинираме работата што ја вршат крановите. Товарот се крева за 30 m, притоа надминувајќи ја силата на гравитацијата, така што силата потрошена за подигнување на товарот ќе биде еднаква на силата на интеракција помеѓу Земјата и товарот (F = m * g). А работата е производ на силите на растојанието поминато од товарите, односно од висината.

За голем кран A1 = 10.000 kg * 30 m * 10 m/s2 = 3.000.000 J, и за мал кран A2 = 2.000 kg * 30 m * 10 m/s2 = 600.000 J.
Моќта може да се пресмета со делење на работата по време. И двата кранови го подигнаа товарот за 1 минута (60 секунди).

Од тука:
N1 = 3.000.000 J/60 s = 50.000 W = 50 kW.
N2 = 600.000 J/ 60 s = 10.000 W = 10 kW.
Од горенаведените податоци јасно се гледа дека првиот кран е 5 пати помоќен од вториот.