Gotovo će svi, bez oklijevanja, odgovoriti: u drugom. I bit će u krivu. Suprotno je istina. U fizici se opisuje mehanički rad sa sljedećim definicijama: Mehanički rad se vrši kada na tijelo djeluje sila i ono se kreće. Mehanički rad izravno je proporcionalan primijenjenoj sili i prijeđenom putu.

Formula mehaničkog rada

Mehanički rad se određuje formulom:

gdje je A rad, F sila, s prijeđeni put.

POTENCIJAL(potencijalna funkcija), pojam koji karakterizira široku klasu polja fizičke sile (električna, gravitacijska, itd.) i polja općenito fizikalne veličine, predstavljen vektorima (polje brzine fluida, itd.). U općem slučaju potencijal vektorskog polja a( x,g,z) je takva skalarna funkcija u(x,g,z) da je a=grad

35. Vodiči u električnom polju. Električni kapacitet.Vodiči u električnom polju. Vodiči su tvari karakterizirane prisutnošću u njima velikog broja slobodnih nositelja naboja koji se mogu kretati pod utjecajem električnog polja. Vodiči uključuju metale, elektrolite i ugljen. U metalima, nositelji slobodnih naboja su elektroni vanjskih ljuski atoma, koji, kada atomi međusobno djeluju, potpuno gube veze sa "svojim" atomima i postaju vlasništvo cijelog vodiča u cjelini. Slobodni elektroni sudjeluju u toplinskom gibanju poput molekula plina i mogu se kretati kroz metal u bilo kojem smjeru. Električni kapacitet- karakteristika vodiča, mjera njegove sposobnosti akumuliranja električnog naboja. U teoriji električnih krugova, kapacitet je međusobni kapacitet između dva vodiča; parametar kapacitivnog elementa električnog kruga, predstavljen u obliku mreže s dva priključka. Taj se kapacitet definira kao omjer količine električno punjenje na razliku potencijala između tih vodiča

36. Kapacitet kondenzatora s paralelnim pločama.

Kapacitet kondenzatora s paralelnim pločama.

Da. Kapacitet ravnog kondenzatora ovisi samo o njegovoj veličini, obliku i dielektričnoj konstanti. Da biste stvorili kondenzator velikog kapaciteta, potrebno je povećati površinu ploča i smanjiti debljinu dielektričnog sloja.

37. Magnetsko međudjelovanje struja u vakuumu. Amperov zakon.Amperov zakon. Godine 1820. Ampere (francuski znanstvenik (1775-1836)) eksperimentalno je ustanovio zakon po kojem se može izračunati sila koja djeluje na element vodiča duljine kojim teče struja.

gdje je vektor magnetske indukcije, je vektor elementa duljine vodiča povučen u smjeru struje.

Modul sile , gdje je kut između smjera struje u vodiču i smjera indukcije magnetskog polja. Za ravni vodič duljine kojim teče struja u jednoličnom polju

Smjer sile koja djeluje može se odrediti pomoću pravila lijeve ruke:

Ako je dlan lijeve ruke postavljen tako da normalna (na struju) komponenta magnetsko polje ušao u dlan, a četiri ispružena prsta su usmjerena duž struje, tada će palac pokazati smjer u kojem djeluje Amperova sila.

38. Jakost magnetskog polja. Biot-Savart-Laplaceov zakonJakost magnetskog polja(standardna oznaka N ) - vektor fizička količina, jednak razlici vektora magnetska indukcija B I vektor magnetizacije J .

U Međunarodni sustav jedinica (SI): Gdje- magnetska konstanta.

BSL Zakon. Zakon koji određuje magnetsko polje pojedinog elementa struje

39. Primjene Bio-Savart-Laplaceovog zakona. Za polje istosmjerne struje

Za kružno okretanje.

I za solenoid

40. Indukcija magnetskog polja Magnetsko polje karakterizira vektorska veličina, koja se naziva indukcija magnetskog polja (vektorska veličina koja je karakteristika sile magnetskog polja u određenoj točki prostora). MI. (B) ovo nije sila koja djeluje na vodiče, to je veličina koja se nalazi kroz ovu silu pomoću sljedeće formule: B=F / (I*l) (Usmeno: MI vektorski modul. (B) jednaka je omjeru modula sile F, kojom magnetsko polje djeluje na vodič sa strujom koji se nalazi okomito na magnetske vodove, prema jakosti struje u vodiču I i duljini vodiča l. Magnetska indukcija ovisi samo o magnetskom polju. U tom smislu, indukcija se može smatrati kvantitativnom karakteristikom magnetskog polja. Određuje kojom silom (Lorentzova sila) magnetsko polje djeluje na naboj koji se kreće brzinom. MI se mjeri u teslama (1 Tesla). U ovom slučaju, 1 T=1 N/(A*m). MI ima smjer. Grafički se može skicirati u obliku linija. U jednoličnom magnetskom polju MI linije su paralelne, a MI vektor će u svim točkama biti usmjeren na isti način. U slučaju nejednolikog magnetskog polja, na primjer, polja oko vodiča kroz koji teče struja, vektor magnetske indukcije mijenjat će se u svakoj točki prostora oko vodiča, a tangente na taj vektor stvarat će koncentrične krugove oko vodiča .

41. Gibanje čestice u magnetskom polju. Lorentzova sila. a) - Ako čestica uleti u područje jednolikog magnetskog polja, a vektor V je okomit na vektor B, tada se ona giba po kružnici radijusa R=mV/qB, jer Lorentzova sila Fl=mV^2 /R igra ulogu centripetalne sile. Period revolucije jednak je T=2piR/V=2pim/qB i ne ovisi o brzini čestice (Ovo vrijedi samo za V<<скорости света) - Если угол между векторами V и B не равен 0 и 90 градусов, то частица в однородном магнитном поле движется по винтовой линии. - Если вектор V параллелен B, то частица движется по прямой линии (Fл=0). б) Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца.

Magnetska sila određena je relacijom: Fl = q·V·B·sina (q je veličina gibajućeg naboja; V je modul njegove brzine; B je modul vektora indukcije magnetskog polja; alfa je kut između vektora V i vektora B) Lorentzova sila je okomita na brzinu i stoga ne vrši rad, ne mijenja modul brzine naboja i njegovu kinetičku energiju. Ali smjer brzine se stalno mijenja. Lorentzova sila je okomita na vektore B i v, a njen smjer se određuje pomoću istog pravila lijeve ruke kao i smjer Amperove sile: ako je lijeva ruka postavljena tako da komponenta magnetske indukcije B, okomita na brzina naboja, ulazi u dlan, a četiri prsta su usmjerena duž kretanja pozitivnog naboja (naspram kretanja negativnog), tada će palac savijen za 90 stupnjeva pokazati smjer Lorentzove sile F l koja djeluje na optužba.

U fizici pojam "rad" ima drugačiju definiciju od one koja se koristi u svakodnevnom životu. Točnije, izraz "rad" koristi se kada fizička sila uzrokuje pomicanje predmeta. Općenito, ako jaka sila uzrokuje jako daleko pomicanje objekta, tada se radi puno posla. A ako je sila mala ili se objekt ne pomiče jako daleko, tada se radi samo mala količina rada. Sila se može izračunati pomoću formule: Rad = F × D × kosinus (θ), gdje je F = sila (u Newtonima), D = pomak (u metrima) i θ = kut između vektora sile i smjera gibanja.

Koraci

1. dio

1. Nađi smjer vektora sile i smjer gibanja. Za početak je važno prvo odrediti u kojem se smjeru objekt kreće, kao i gdje se primjenjuje sila. Imajte na umu da se predmeti ne pomiču uvijek u skladu sa silom koja je na njih primijenjena - na primjer, ako povučete mala kolica za ručku, tada primjenjujete dijagonalnu silu (ako ste viši od kolica) da ih pomaknete naprijed . U ovom odjeljku ipak ćemo se pozabaviti situacijama u kojima sila (napor) i kretanje nekog objekta imati isti smjer. Za informacije o tome kako pronaći posao kada ove stavke Ne imaju isti smjer, pročitajte u nastavku.

   • Kako bi ovaj proces bio lakši za razumijevanje, slijedimo primjer problema. Recimo da vlak ispred kočija vuče ravno naprijed. U ovom slučaju, vektor sile i smjer kretanja vlaka pokazuju na istu putanju - naprijed. U sljedećim koracima koristit ćemo se ovim informacijama kako bismo lakše pronašli rad koji je objekt izvršio.

2. Pronađite pomak objekta. Prvu varijablu D ili pomak koju trebamo za radnu formulu obično je lako pronaći. Pomak je jednostavno udaljenost koju je sila uzrokovala da se objekt pomakne iz svog izvornog položaja. U obrazovnim problemima, ove informacije su obično dane (poznate) ili se mogu zaključiti (pronaći) iz drugih informacija u problemu. U stvarnom životu, sve što trebate učiniti da biste pronašli pomak je izmjeriti udaljenost na kojoj se objekti pomiču.

   • Imajte na umu da jedinice udaljenosti moraju biti u metrima u formuli za izračun rada.
   • U našem primjeru vlaka igračke, recimo da smo pronašli rad koji vlak obavlja dok prolazi prugom. Ako krene na određenoj točki i zaustavi se na mjestu oko 2 metra duž staze, tada možemo koristiti 2 metra za našu vrijednost "D" u formuli.

3. Nađite silu primijenjenu na predmet. Zatim pronađite količinu sile koja se koristi za pomicanje objekta. Ovo je mjera "snage" sile - što je njezina veličina veća, to više gura objekt i brže ubrzava. Ako veličina sile nije navedena, može se izvesti iz mase i ubrzanja pomaka (pod pretpostavkom da nema drugih sukobljenih sila koje djeluju na nju) pomoću formule F = M × A.

   • Imajte na umu da jedinice sile moraju biti u Newtonima da bi se izračunala formula za rad.
   • U našem primjeru, pretpostavimo da ne znamo veličinu sile. Međutim, pretpostavimo da znamo da vlak igračka ima masu 0,5 kg i da ga sila ubrzava brzinom od 0,7 metara/sekundi 2 . U ovom slučaju vrijednost možemo pronaći množenjem M × A = 0,5 × 0,7 = 0,35 Newtona.

4. Pomnožite silu x udaljenost. Nakon što znate količinu sile koja djeluje na vaš objekt i udaljenost na koju je pomaknut, ostalo je jednostavno. Jednostavno pomnožite ove dvije vrijednosti jednu s drugom kako biste dobili radnu vrijednost.

   • Vrijeme je da riješimo naš primjer problema. S obzirom na vrijednost sile od 0,35 Newtona i vrijednost pomaka od 2 metra, naš je odgovor stvar jednostavnog množenja: 0,35 × 2 = 0,7 džula.
   • Možda ste primijetili da u formuli danoj u uvodu postoji dodatni dio formule: kosinus (θ). Kao što je gore objašnjeno, u ovom primjeru sila i smjer gibanja primjenjuju se u istom smjeru. To znači da je kut između njih 0 o. Budući da je kosinus(0) = 1, ne moramo ga uključiti - samo množimo s 1.

5. Izrazite svoj odgovor u džulima. U fizici, vrijednosti za rad (i nekoliko drugih veličina) gotovo su uvijek dane u jedinici koja se zove Joule. Jedan džul je definiran kao 1 Newton sile primijenjen po metru, ili drugim riječima, 1 Newton × metar. Ovo ima smisla - budući da udaljenost množite sa silom, logično je da će odgovor koji dobijete imati mjernu jedinicu jednaku jedinici veličine vaše sile puta udaljenosti.

   2. dio

   Izračunavanje rada pomoću kutne sile

   1. Nađite silu i pomak kao i obično. Gore smo se bavili problemom u kojem se objekt giba u istom smjeru kao sila koja je primijenjena na njega. U stvarnosti to nije uvijek slučaj. U slučajevima kada su sila i gibanje objekta u dva različita smjera, razlika između dva smjera također se mora uračunati u jednadžbu kako bi se dobio točan rezultat. Najprije odredite veličinu sile i pomaka objekta kao što biste inače učinili.

      • Pogledajmo još jedan primjer problema. U ovom slučaju, recimo da vučemo vlak igračku naprijed kao u gornjem primjeru problema, ali ovaj put zapravo vučemo prema gore pod dijagonalnim kutom. To ćemo uzeti u obzir u sljedećem koraku, ali za sada ćemo se zadržati na osnovama: kretanju vlaka i količini sile koja na njega djeluje. Za naše potrebe, recimo da sila ima veličinu 10 Newton i da je isti vozio 2 metra naprijed kao prije.

   2. Odredite kut između vektora sile i pomaka. Za razliku od gornjih primjera sa silom koja je u drugom smjeru od gibanja objekta, morate pronaći razliku između dva smjera u smislu kuta između njih. Ako vam ove informacije nisu pružene, možda ćete morati sami izmjeriti kut ili ga zaključiti iz drugih informacija u problemu.

      • Za naš primjer problema pretpostavimo da je sila koja se primjenjuje približno 60 o iznad vodoravne ravnine. Ako se vlak još uvijek kreće ravno naprijed (tj. vodoravno), tada će kut između vektora sile i gibanja vlaka biti 60 o.

   3. Pomnožite silu × udaljenost × kosinus (θ). Nakon što znate pomak objekta, količinu sile koja djeluje na njega i kut između vektora sile i njegovog gibanja, rješenje je gotovo jednako jednostavno kao i bez uzimanja u obzir kuta. Jednostavno uzmite kosinus kuta (možda će vam trebati znanstveni kalkulator za ovo) i pomnožite ga sa silom i pomakom kako biste pronašli odgovor na svoj problem u Joulima.

      • Riješimo primjer našeg problema. Pomoću kalkulatora nalazimo da je kosinus od 60 o jednak 1/2. Uključivši ovo u formulu, možemo riješiti problem na sljedeći način: 10 Newtona × 2 metra × 1/2 = 10 džula.

   dio 3

   Korištenje radne vrijednosti

   1. Izmijenite formulu da biste pronašli udaljenost, silu ili kut. Radna formula navedena gore nije Samo koristan za pronalaženje posla - također je vrijedan za pronalaženje bilo koje varijable u jednadžbi kada već znate vrijednost rada. U tim slučajevima jednostavno izolirajte varijablu koju tražite i riješite jednadžbu u skladu s osnovnim pravilima algebre.

      • Na primjer, recimo da znamo da je naš vlak vučen silom od 20 Newtona pod dijagonalnim kutom preko 5 metara pruge kako bi izvršio rad od 86,6 Joula. Međutim, ne znamo kut vektora sile. Da bismo pronašli kut, jednostavno izoliramo ovu varijablu i riješimo jednadžbu na sljedeći način: 86,6 = 20 × 5 × kosinus(θ) 86,6/100 = kosinus(θ) Arccos(0,866) = θ = 30 o

   2. Podijelite s vremenom provedenim u kretanju da biste dobili snagu. U fizici, rad je usko povezan s drugom vrstom mjerenja koja se naziva snaga. Snaga je jednostavno način definiranja količine brzine kojom se rad odvija na određenom sustavu tijekom dugog vremenskog razdoblja. Dakle, da biste pronašli snagu, sve što morate učiniti je podijeliti rad utrošen za pomicanje objekta s vremenom potrebnim za dovršenje pomicanja. Mjerenja snage izražavaju se u jedinicama W (što je jednako Jouleu/sekundi).

      • Na primjer, za primjer problema u gornjem koraku, recimo da je bilo potrebno 12 sekundi da se vlak pomakne 5 metara. U ovom slučaju, sve što trebate učiniti je podijeliti rad obavljen da ga pomaknete za 5 metara (86,6 J) s 12 sekundi kako biste pronašli odgovor za izračun snage: 86,6/12 = " 7,22 W.

   3. Koristite formulu TME i + W nc = TME f da biste pronašli mehaničku energiju u sustavu. Rad se također može koristiti za pronalaženje količine energije sadržane u sustavu. U gornjoj formuli TME i = početni ukupna mehanička energija u sustavu TME f = konačni ukupna mehanička energija u sustavu i W nc = rad u komunikacijskim sustavima uslijed nekonzervativnih sila. . U ovoj formuli, ako sila djeluje u smjeru kretanja, onda je ona pozitivna, a ako pritišće na (na) nju, onda je negativna. Imajte na umu da se obje varijable energije mogu pronaći pomoću formule (½)mv 2, gdje je m = masa i V = volumen.

      • Na primjer, za primjer problema dva koraka iznad, pretpostavimo da je vlak u početku imao ukupnu mehaničku energiju od 100 J. Budući da sila u problemu vuče vlak u smjeru u kojem je već putovao, ona je pozitivna. U ovom slučaju, konačna energija vlaka je TME i + W nc = 100 + 86,6 = 186,6 J.
      • Imajte na umu da su nekonzervativne sile sile čija moć utjecaja na ubrzanje tijela ovisi o putanji koju tijelo prijeđe. Trenje je dobar primjer - objekt koji se gura duž kratke, ravne staze kratko će vrijeme osjetiti učinke trenja, dok će objekt koji se gura duž duge, vijugave staze do iste konačne lokacije osjećati više trenja u cjelini .
   • Ako uspijete riješiti problem, onda se nasmijte i budite sretni!
   • Vježbajte rješavati što više problema kako biste osigurali potpuno razumijevanje.
   • Nastavite vježbati i pokušajte ponovno ako ne uspijete prvi put.
   • Proučite sljedeće točke u vezi s radom:
     • Rad sile može biti pozitivan ili negativan. (U tom smislu pojmovi "pozitivan ili negativan" imaju svoje matematičko značenje, ali svoje uobičajeno značenje).
     • Izvršeni rad je negativan kada sila djeluje u suprotnom smjeru od pomaka.
     • Izvršeni rad je pozitivan kada je sila u smjeru pomaka.

U svakodnevnom životu često se susrećemo s konceptom kao što je posao. Što ta riječ znači u fizici i kako odrediti rad elastične sile? Odgovore na ova pitanja saznat ćete u članku.

Mehanički rad

Rad je skalarna algebarska veličina koja karakterizira odnos između sile i pomaka. Ako se smjer ove dvije varijable podudara, izračunava se pomoću sljedeće formule:

• F- modul vektora sile koja vrši rad;
• S- modul vektora pomaka.

Sila koja djeluje na tijelo ne vrši uvijek rad. Na primjer, rad sile teže jednak je nuli ako je njezin smjer okomit na gibanje tijela.

Ako vektor sile tvori kut različit od nule s vektorom pomaka, tada treba koristiti drugu formulu za određivanje rada:

A=FScosα

α - kut između vektora sile i pomaka.

Sredstva, mehanički rad je umnožak projekcije sile na smjer pomaka i modula pomaka, odnosno umnožak projekcije pomaka na smjer sile i modula te sile.

Znak mehaničkog rada

Ovisno o smjeru sile u odnosu na gibanje tijela, rad A može biti:

• pozitivan (0°≤ α<90°);
• negativan (90°<α≤180°);
• jednaka nuli (α=90°).

Ako je A>0, tada se brzina tijela povećava. Primjer je jabuka koja pada sa stabla na zemlju. kod A<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

SI (Međunarodni sustav jedinica) jedinica za rad je Joule (1N*1m=J). Džul je rad koji izvrši sila, čija je vrijednost 1 Newton, kada se tijelo pomakne 1 metar u smjeru djelovanja sile.

Rad elastične sile

Rad sile može se odrediti i grafički. Da biste to učinili, izračunajte površinu krivuljaste figure ispod grafikona F s (x).

Dakle, iz grafa ovisnosti elastične sile o produljenju opruge može se izvesti formula za rad elastične sile.

Jednako je:

A=kx 2 /2

• k- krutost;
• x- apsolutno istezanje.

Što smo naučili?

Mehanički rad nastaje kada na tijelo djeluje sila koja dovodi do gibanja tijela. Ovisno o kutu koji se javlja između sile i pomaka, rad može biti jednak nuli ili imati negativan ili pozitivan predznak. Na primjeru elastične sile upoznali ste se s grafičkom metodom određivanja rada.

Svako tijelo koje se kreće može se okarakterizirati radom. Drugim riječima, karakterizira djelovanje sila.

Rad se definira kao:
Umnožak modula sile i puta koji je priješlo tijelo, pomnožen kosinusom kuta između smjera sile i gibanja.

Rad se mjeri u džulima:
1 [J] = = [kg* m2/s2]

Na primjer, tijelo A je pod djelovanjem sile od 5 N prešlo put 10 m. Odredite rad koji je tijelo izvršilo.

Budući da se smjer gibanja i djelovanje sile podudaraju, kut između vektora sile i vektora pomaka bit će jednak 0°. Formula će biti pojednostavljena jer je kosinus kuta od 0° jednak 1.

Zamjenom početnih parametara u formulu, nalazimo:
A = 15 J.

Razmotrimo još jedan primjer: tijelo mase 2 kg gibajući se akceleracijom 6 m/s2 prešlo je 10 m. Odredite rad koji je izvršilo tijelo ako se gibalo prema gore po kosoj ravnini pod kutom od 60°.

Za početak izračunajmo kolikom silom treba djelovati da tijelo dobije akceleraciju od 6 m/s2.

F = 2 kg * 6 m/s2 = 12 H.
Pod utjecajem sile od 12N tijelo se pomaknulo 10 m. Rad se može izračunati pomoću već poznate formule:

Gdje je a jednako 30°. Zamjenom početnih podataka u formulu dobivamo:
A = 103,2 J.

Vlast

Mnogi strojevi i mehanizmi obavljaju isti rad u različitim vremenskim razdobljima. Za njihovu usporedbu uvodi se pojam moći.
Snaga je veličina koja pokazuje količinu izvršenog rada u jedinici vremena.

Snaga se mjeri u Wattima, u čast škotskog inženjera Jamesa Watta.
1 [Watt] = 1 [J/s].

Na primjer, velika dizalica je u 1 minuti podigla teret težine 10 tona na visinu od 30 m. Mala dizalica podigla je 2 tone cigli na istu visinu u 1 minuti. Usporedite kapacitete dizalice.
Definirajmo rad koji obavljaju dizalice. Teret se podigne 30m, pritom svladavajući silu gravitaciju, pa će sila utrošena na podizanje tereta biti jednaka sili međudjelovanja Zemlje i tereta (F=m*g). A rad je umnožak sila s prijeđenim putem tereta, odnosno s visinom.

Za veliku dizalicu A1 = 10 000 kg * 30 m * 10 m/s2 = 3 000 000 J, a za malu dizalicu A2 = 2 000 kg * 30 m * 10 m/s2 = 600 000 J.
Snaga se može izračunati dijeljenjem rada s vremenom. Obje su dizalice podigle teret za 1 minutu (60 sekundi).

Odavde:
N1 = 3 000 000 J/60 s = 50 000 W = 50 kW.
N2 = 600 000 J/ 60 s = 10 000 W = 10 kW.
Iz gornjih podataka jasno se vidi da je prva dizalica 5 puta jača od druge.

Osnovne teorijske informacije

Mehanički rad

Na temelju pojma uvode se energetske karakteristike gibanja mehanički rad ili rad sile. Rad koji obavlja stalna sila F, je fizikalna veličina jednaka umnošku modula sile i pomaka pomnoženog s kosinusom kuta između vektora sila F i kretanja S:

Rad je skalarna veličina. Može biti ili pozitivan (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). Na α = 90° rad sile jednak je nuli. U SI sustavu rad se mjeri u džulima (J). Joule je jednak radu koji izvrši sila od 1 newtona da se pomakne 1 metar u smjeru sile.

Ako se sila mijenja tijekom vremena, da biste pronašli rad, izgradite grafikon sile u odnosu na pomak i pronađite površinu figure ispod grafikona - ovo je rad:

Primjer sile čiji modul ovisi o koordinati (pomak) je elastična sila opruge, koja se pokorava Hookeovom zakonu ( F kontrola = kx).

Vlast

Rad koji sila izvrši u jedinici vremena naziva se vlast. Vlast P(ponekad se označava slovom N) – fizikalna veličina jednaka omjeru rada A na određeno vremensko razdoblje t tijekom kojeg je ovaj posao završen:

Ova formula izračunava prosječna snaga, tj. snaga koja općenito karakterizira proces. Dakle, rad se također može izraziti u smislu snage: A = Pt(ako je, naravno, poznata snaga i vrijeme obavljanja posla). Jedinica za snagu naziva se vat (W) ili 1 džul u sekundi. Ako je kretanje jednoliko, tada je:

Pomoću ove formule možemo izračunati trenutna snaga(snaga u određenom trenutku), ako umjesto brzine u formulu zamijenimo vrijednost trenutne brzine. Kako znate koju snagu računati? Ako problem traži snagu u trenutku u vremenu ili u nekoj točki u prostoru, tada se smatra trenutna. Ako pitaju o snazi ​​u određenom vremenskom razdoblju ili dijelu rute, tada potražite prosječnu snagu.

Učinkovitost - faktor učinkovitosti, jednak je omjeru korisnog rada i utrošene, odnosno korisne snage i utrošene:

Koji je rad koristan, a koji uzalud, utvrđuje se iz uvjeta konkretnog zadatka logičkim zaključivanjem. Na primjer, ako dizalica obavi rad podizanja tereta na određenu visinu, tada će korisni rad biti rad podizanja tereta (jer je za tu svrhu dizalica stvorena), a utrošeni rad će biti rad elektromotora dizalice.

Dakle, korisna i utrošena snaga nemaju strogu definiciju, već se nalaze logičkim zaključivanjem. U svakom zadatku sami moramo odrediti što je u ovom zadatku bio cilj obavljanja rada (koristan rad ili snaga), te koji je bio mehanizam ili način obavljanja cjelokupnog rada (utrošena snaga ili rad).

Općenito, učinkovitost pokazuje koliko učinkovito mehanizam pretvara jednu vrstu energije u drugu. Ako se snaga mijenja tijekom vremena, tada se rad nalazi kao površina figure ispod grafikona snage u odnosu na vrijeme:

Kinetička energija

Naziva se fizikalna veličina jednaka polovici umnoška mase tijela i kvadrata njegove brzine kinetička energija tijela (energija kretanja):

Naime, ako se automobil mase 2000 kg giba brzinom od 10 m/s, tada ima kinetičku energiju jednaku E k = 100 kJ i sposoban je izvršiti rad od 100 kJ. Ta se energija može pretvoriti u toplinu (pri kočenju automobila zagrijavaju se gume kotača, cesta i diskovi kočnica) ili se može potrošiti na deformiranje automobila i karoserije s kojom se automobil sudari (u nesreći). Pri izračunavanju kinetičke energije nije bitno gdje se automobil kreće, budući da je energija, kao i rad, skalarna veličina.

Tijelo ima energiju ako može obaviti rad. Na primjer, tijelo koje se kreće ima kinetičku energiju, tj. energija gibanja, te je sposoban izvršiti rad da deformira tijela ili pridaje ubrzanje tijelima s kojima dolazi do sudara.

Fizikalni smisao kinetičke energije: kako bi tijelo koje miruje masom m počeo se kretati velikom brzinom v potrebno je izvršiti rad jednak dobivenoj vrijednosti kinetičke energije. Ako tijelo ima masu m kreće se brzinom v, tada je za njegovo zaustavljanje potrebno izvršiti rad jednak njegovoj početnoj kinetičkoj energiji. Pri kočenju kinetičku energiju uglavnom (osim u slučaju sudara, kada energija ide na deformaciju) “oduzima” sila trenja.

Teorem o kinetičkoj energiji: rad rezultante sile jednak je promjeni kinetičke energije tijela:

Teorem o kinetičkoj energiji vrijedi i u općem slučaju, kada se tijelo giba pod utjecajem promjenjive sile čiji se smjer ne poklapa sa smjerom gibanja. Pogodno je primijeniti ovaj teorem u problemima koji uključuju ubrzanje i usporavanje tijela.

Potencijalna energija

Uz kinetičku energiju ili energiju gibanja, koncept igra važnu ulogu u fizici potencijalna energija ili energija međudjelovanja tijela.

Potencijalnu energiju određuje relativni položaj tijela (npr. položaj tijela u odnosu na površinu Zemlje). Pojam potencijalne energije može se uvesti samo za sile čiji rad ne ovisi o putanji tijela i određen je samo početnim i krajnjim položajem (tzv. konzervativne snage). Rad takvih sila na zatvorenoj putanji jednak je nuli. Ovo svojstvo imaju gravitacija i elastična sila. Za te sile možemo uvesti pojam potencijalne energije.

Potencijalna energija tijela u Zemljinom gravitacijskom polju izračunava se formulom:

Fizičko značenje potencijalne energije tijela: potencijalna energija jednaka je radu sile teže pri spuštanju tijela na nultu razinu ( h– udaljenost od težišta tijela do nulte razine). Ako tijelo ima potencijalnu energiju, onda je sposobno izvršiti rad kada to tijelo padne s visine h na nultu razinu. Rad gravitacije jednak je promjeni potencijalne energije tijela, uzetoj s suprotnim predznakom:

Često se u energetskim problemima mora pronaći rad podizanja (okretanja, izlaska iz rupe) tijela. U svim tim slučajevima potrebno je uzeti u obzir kretanje ne samog tijela, već samo njegovog težišta.

Potencijalna energija Ep ovisi o izboru nulte razine, odnosno o izboru ishodišta osi OY. U svakom problemu, nulta razina je odabrana iz razloga pogodnosti. Ono što ima fizičko značenje nije sama potencijalna energija, već njezina promjena kada se tijelo pomiče iz jednog položaja u drugi. Ova promjena je neovisna o izboru nulte razine.

Potencijalna energija rastegnute opruge izračunava se formulom:

Gdje: k– krutost opruge. Istegnuta (ili stisnuta) opruga može pokrenuti tijelo vezano za nju, odnosno prenijeti mu kinetičku energiju. Posljedično, takva opruga ima rezervu energije. Napetost ili kompresija x mora se izračunati iz nedeformiranog stanja tijela.

Potencijalna energija elastično deformiranog tijela jednaka je radu elastične sile pri prijelazu iz zadanog stanja u stanje bez deformacije. Ako je u početnom stanju opruga već bila deformirana, a njeno istezanje je bilo jednako x 1, zatim pri prijelazu u novo stanje s elongacijom x 2, elastična sila će izvršiti rad jednak promjeni potencijalne energije, uzetoj s suprotnim predznakom (budući da je elastična sila uvijek usmjerena protiv deformacije tijela):

Potencijalna energija pri elastičnoj deformaciji je energija međusobnog djelovanja pojedinih dijelova tijela elastičnim silama.

Rad sile trenja ovisi o prijeđenom putu (ova vrsta sile čiji rad ovisi o putanji i prijeđenom putu naziva se: disipativne sile). Ne može se uvesti pojam potencijalne energije za silu trenja.

Učinkovitost

Faktor učinkovitosti (učinkovitost)– karakteristika učinkovitosti sustava (uređaja, stroja) u odnosu na pretvorbu ili prijenos energije. Određuje se omjerom korisno iskorištene energije i ukupne količine energije koju sustav prima (formula je već navedena gore).

Učinkovitost se može izračunati i kroz rad i kroz snagu. Korisni i utrošeni rad (snaga) uvijek se određuju jednostavnim logičkim zaključivanjem.

Kod elektromotora, učinkovitost je omjer obavljenog (korisnog) mehaničkog rada i električne energije primljene iz izvora. U toplinskim strojevima, omjer korisnog mehaničkog rada i utrošene topline. U električnim transformatorima, omjer elektromagnetske energije primljene u sekundarnom namotu i energije koju potroši primarni namot.

Zbog svoje općenitosti, pojam učinkovitosti omogućuje usporedbu i ocjenu s jedinstvenog gledišta tako različitih sustava kao što su nuklearni reaktori, električni generatori i motori, termoelektrane, poluvodički uređaji, biološki objekti itd.

Zbog neizbježnih gubitaka energije uslijed trenja, zagrijavanja okolnih tijela itd. Učinkovitost je uvijek manja od jedinice. Prema tome, učinkovitost se izražava kao udio utrošene energije, odnosno kao pravi udio ili kao postotak, i bezdimenzionalna je veličina. Učinkovitost karakterizira koliko učinkovito stroj ili mehanizam radi. Učinkovitost termoelektrana doseže 35-40%, motora s unutarnjim izgaranjem s nadpunjenjem i predhlađenjem - 40-50%, dinama i generatora velike snage - 95%, transformatora - 98%.

Problem u kojem treba pronaći učinkovitost ili je ona poznata, treba krenuti od logičnog razmišljanja – koji je rad koristan, a koji uzalud.

Zakon održanja mehaničke energije

Ukupna mehanička energija naziva se zbroj kinetičke energije (tj. energije gibanja) i potencijalne (tj. energije međudjelovanja tijela silama gravitacije i elastičnosti):

Ako mehanička energija ne prelazi u druge oblike, na primjer, u unutarnju (toplinsku) energiju, tada zbroj kinetičke i potencijalne energije ostaje nepromijenjen. Ako mehanička energija prijeđe u toplinsku, tada je promjena mehaničke energije jednaka radu sile trenja ili gubicima energije, odnosno količini oslobođene topline i tako dalje, drugim riječima, promjena ukupne mehaničke energije jednaka je na rad vanjskih sila:

Zbroj kinetičke i potencijalne energije tijela koja čine zatvoreni sustav (tj. onaj u kojem ne djeluju vanjske sile, pa je njihov rad jednak nuli) i gravitacijskih i elastičnih sila koje međusobno djeluju ostaje nepromijenjen:

Ova izjava izražava zakon očuvanja energije (LEC) u mehaničkim procesima. To je posljedica Newtonovih zakona. Zakon o održanju mehaničke energije zadovoljen je samo kada tijela u zatvorenom sustavu međusobno djeluju silama elastičnosti i gravitacije. U svim problemima o zakonu održanja energije uvijek će postojati najmanje dva stanja sustava tijela. Zakon kaže da će ukupna energija prvog stanja biti jednaka ukupnoj energiji drugog stanja.

Algoritam za rješavanje problema o zakonu održanja energije:

1. Pronađite točke početnog i završnog položaja tijela.
2. Zapišite koje ili kakve energije tijelo ima u tim točkama.
3. Izjednačite početnu i konačnu energiju tijela.
4. Dodajte ostale potrebne jednadžbe iz prethodnih tema iz fizike.
5. Dobivenu jednadžbu ili sustav jednadžbi riješite matematičkim metodama.

Važno je napomenuti da je zakon održanja mehaničke energije omogućio dobivanje odnosa između koordinata i brzina tijela u dvije različite točke putanje bez analize zakona gibanja tijela u svim međutočkama. Primjena zakona održanja mehaničke energije može uvelike pojednostaviti rješavanje mnogih problema.

U stvarnim uvjetima, na pokretna tijela gotovo uvijek, uz gravitacijske sile, elastične sile i druge sile, djeluju sile trenja ili sile otpora okoline. Rad sile trenja ovisi o duljini puta.

Ako između tijela koja čine zatvoreni sustav djeluju sile trenja, mehanička energija nije očuvana. Dio mehaničke energije pretvara se u unutarnju energiju tijela (grijanje). Dakle, energija u cjelini (tj. ne samo mehanička) je očuvana u svakom slučaju.

Tijekom bilo kakvih fizičkih interakcija energija se niti pojavljuje niti nestaje. Samo se mijenja iz jednog oblika u drugi. Ova eksperimentalno utvrđena činjenica izražava temeljni zakon prirode - zakon održanja i transformacije energije.

Jedna od posljedica zakona održanja i transformacije energije je izjava o nemogućnosti stvaranja "vječnog gibača" (perpetuum mobile) - stroja koji bi mogao neograničeno raditi bez trošenja energije.

Razni zadaci za rad

Ako problem zahtijeva pronalaženje mehaničkog rada, prvo odaberite metodu za njegovo pronalaženje:

1. Posao se može pronaći pomoću formule: A = FS∙cos α . Odredite silu koja vrši rad i količinu pomaka tijela pod utjecajem te sile u odabranom referentnom sustavu. Imajte na umu da se kut mora odabrati između vektora sile i pomaka.
2. Rad vanjske sile može se pronaći kao razlika mehaničke energije u konačnoj i početnoj situaciji. Mehanička energija jednaka je zbroju kinetičke i potencijalne energije tijela.
3. Rad učinjen za podizanje tijela konstantnom brzinom može se pronaći pomoću formule: A = mgh, Gdje h- visina do koje se diže težište tijela.
4. Rad se može naći kao proizvod snage i vremena, tj. prema formuli: A = Pt.
5. Rad se može pronaći kao površina figure ispod grafikona sile u odnosu na pomak ili snage u odnosu na vrijeme.

Zakon održanja energije i dinamika rotacijskog gibanja

Problemi ove teme su prilično složeni matematički, ali ako znate pristup, oni se mogu riješiti pomoću potpuno standardnog algoritma. U svim zadacima morat ćete uzeti u obzir rotaciju tijela u okomitoj ravnini. Rješenje će se svesti na sljedeći niz radnji:

1. Potrebno je odrediti točku koja vas zanima (točku u kojoj trebate odrediti brzinu tijela, silu napetosti niti, težinu i sl.).
2. Na ovom mjestu zapišite drugi Newtonov zakon, uzimajući u obzir da tijelo rotira, odnosno ima centripetalno ubrzanje.
3. Zapišite zakon održanja mehaničke energije tako da sadrži brzinu tijela u toj vrlo zanimljivoj točki, kao i karakteristike stanja tijela u nekom stanju o kojem se nešto zna.
4. Ovisno o uvjetu, izrazite kvadrat brzine iz jedne jednadžbe i zamijenite je u drugu.
5. Provedite preostale potrebne matematičke operacije kako biste dobili konačni rezultat.

Prilikom rješavanja problema morate zapamtiti da:

• Uvjet za prolazak gornje točke pri rotaciji na niti minimalnom brzinom je sila reakcije oslonca N u gornjoj točki je 0. Isti uvjet je ispunjen pri prolasku gornje točke mrtve petlje.
• Kod rotacije na štapu uvjet za prolazak cijelog kruga je: minimalna brzina u gornjoj točki je 0.
• Uvjet za odvajanje tijela od površine kugle je da sila reakcije oslonca u točki odvajanja bude jednaka nuli.

Neelastični sudari

Zakon o održanju mehaničke energije i zakon o održanju količine gibanja omogućuju pronalaženje rješenja mehaničkih problema u slučajevima kada su sile koje djeluju nepoznate. Primjer ove vrste problema je međudjelovanje tijela pri udaru.

Udarom (ili sudarom) Uobičajeno je nazvati kratkotrajnu interakciju tijela, uslijed koje njihove brzine doživljavaju značajne promjene. Prilikom sudara tijela među njima djeluju kratkotrajne udarne sile čija je veličina u pravilu nepoznata. Stoga je nemoguće razmatrati interakciju udara izravno pomoću Newtonovih zakona. Primjena zakona očuvanja energije i količine gibanja u mnogim slučajevima omogućuje isključivanje samog procesa sudara iz razmatranja i dobivanje veze između brzina tijela prije i poslije sudara, zaobilazeći sve srednje vrijednosti ovih veličina.

U svakodnevnom životu, u tehnici i fizici (osobito u fizici atoma i elementarnih čestica) često imamo posla s utjecajem međudjelovanja tijela. U mehanici se često koriste dva modela interakcije udarca - apsolutno elastični i apsolutno neelastični udarci.

Apsolutno neelastični udar Oni ovaj udar nazivaju interakcijom u kojoj se tijela povezuju (slijepe) jedno s drugim i kreću dalje kao jedno tijelo.

U potpuno neelastičnom sudaru mehanička energija nije sačuvana. Ona djelomično ili potpuno prelazi u unutarnju energiju tijela (zagrijavanje). Da biste opisali bilo kakve utjecaje, morate zapisati i zakon održanja količine gibanja i zakon održanja mehaničke energije, uzimajući u obzir oslobođenu toplinu (vrlo je preporučljivo prvo napraviti crtež).

Apsolutno elastičan udar

Apsolutno elastičan udar zove se sudar u kojem je očuvana mehanička energija sustava tijela. U mnogim slučajevima sudari atoma, molekula i elementarnih čestica pokoravaju se zakonima apsolutno elastičnog udara. Kod apsolutno elastičnog udara, uz zakon održanja količine gibanja, zadovoljen je i zakon održanja mehaničke energije. Jednostavan primjer savršeno elastičnog sudara bio bi središnji udar dviju bilijarskih kugli od kojih je jedna mirovala prije sudara.

Centralni udar kuglica naziva se sudar u kojem su brzine kuglica prije i poslije udarca usmjerene duž linije središta. Dakle, koristeći zakone održanja mehaničke energije i količine gibanja, moguće je odrediti brzine kuglica nakon sudara ako su poznate njihove brzine prije sudara. Središnji udar vrlo se rijetko primjenjuje u praksi, pogotovo kada je riječ o sudaru atoma ili molekula. U necentralnom elastičnom sudaru, brzine čestica (kuglica) prije i poslije sudara nisu usmjerene u jednoj ravnoj liniji.

Poseban slučaj izvancentralnog elastičnog udara može biti sudar dviju bilijarskih kugli iste mase, od kojih je jedna prije sudara bila nepomična, a brzina druge nije bila usmjerena duž linije središta kugli. . U tom su slučaju vektori brzine loptica nakon elastičnog sudara uvijek usmjereni okomito jedan na drugi.

Zakoni očuvanja. Složeni zadaci

Višestruka tijela

U nekim zadacima o zakonu održanja energije, sajle kojima se neki objekti pomiču mogu imati masu (odnosno, ne biti bestežinski, kao što ste možda već navikli). U ovom slučaju, također treba uzeti u obzir rad pomicanja takvih kabela (odnosno njihova težišta).

Ako dva tijela povezana bestežinskim štapom rotiraju u okomitoj ravnini, tada:

1. odabrati nultu razinu za izračun potencijalne energije, npr. u razini osi rotacije ili u razini najniže točke nekog od utega i obavezno izraditi crtež;
2. zapišite zakon održanja mehaničke energije, pri čemu s lijeve strane upisujemo zbroj kinetičke i potencijalne energije obaju tijela u početnoj situaciji, a s desne strane zbroj kinetičke i potencijalne energije oba tijela u konačnoj situaciji;
3. uzeti u obzir da su kutne brzine tijela iste, tada su linearne brzine tijela proporcionalne polumjerima rotacije;
4. ako je potrebno, napiši drugi Newtonov zakon za svako od tijela posebno.

Granata je pukla

Kada projektil eksplodira, oslobađa se eksplozivna energija. Za pronalaženje te energije potrebno je od zbroja mehaničkih energija fragmenata nakon eksplozije oduzeti mehaničku energiju projektila prije eksplozije. Također ćemo koristiti zakon održanja količine gibanja, zapisan u obliku kosinusnog teorema (vektorska metoda) ili u obliku projekcija na odabrane osi.

Sudari s teškom pločom

Upoznajmo tešku ploču koja se kreće velikom brzinom v, kreće se lagana lopta mase m s brzinom u n. Budući da je količina gibanja lopte puno manja od količine gibanja ploče, nakon udarca brzina se ploče neće promijeniti, te će se ona nastaviti gibati istom brzinom i u istom smjeru. Kao rezultat elastičnog udara, lopta će odletjeti od ploče. Ovdje je važno razumjeti da brzina lopte u odnosu na ploču neće se promijeniti. U ovom slučaju za konačnu brzinu lopte dobivamo:

Dakle, brzina lopte nakon udarca povećava se dvostruko od brzine zida. Slično razmišljanje za slučaj kada su se lopta i ploča prije udarca kretale u istom smjeru dovodi do toga da se brzina lopte smanjuje dvostruko od brzine zida:

U fizici i matematici, između ostalog, moraju biti ispunjena tri najvažnija uvjeta:

1. Proučite sve teme i ispunite sve testove i zadatke dane u obrazovnim materijalima na ovoj stranici. Da biste to učinili, ne trebate baš ništa, naime: svaki dan posvetite tri do četiri sata pripremi za CT iz fizike i matematike, proučavanju teorije i rješavanju zadataka. Činjenica je da je CT ispit na kojem nije dovoljno samo poznavati fiziku ili matematiku, već je potrebno znati brzo i bez grešaka riješiti velik broj zadataka različite tematike i različite složenosti. Ovo posljednje se može naučiti samo rješavanjem tisuća problema.
2. Naučite sve formule i zakone u fizici, te formule i metode u matematici. Zapravo, i to je vrlo jednostavno učiniti, u fizici postoji samo oko 200 potrebnih formula, au matematici još nešto manje. U svakom od ovih predmeta postoji desetak standardnih metoda za rješavanje zadataka osnovne razine složenosti, koje se također mogu naučiti, te tako potpuno automatski i bez poteškoća riješiti većinu CT-a u pravo vrijeme. Nakon ovoga ćete morati razmišljati samo o najtežim zadacima.
3. Prisustvujte svim trima fazama probnog testiranja iz fizike i matematike. Svaki RT može se posjetiti dva puta kako bi se odlučilo za obje opcije. Opet, na CT-u, osim sposobnosti brzog i učinkovitog rješavanja zadataka, te poznavanja formula i metoda, morate znati i pravilno planirati vrijeme, rasporediti snage, i što je najvažnije, ispravno ispuniti obrazac za odgovore, bez brkanje brojeva odgovora i zadataka ili vlastitog prezimena. Također, tijekom RT-a važno je naviknuti se na stil postavljanja pitanja u problemima, koji se nespremnoj osobi na DT-u može učiniti vrlo neobičnim.

Uspješno, marljivo i odgovorno provođenje ove tri točke omogućit će vam da na CT-u pokažete odličan rezultat, maksimum onoga za što ste sposobni.

Pronašli ste grešku?

Ako mislite da ste pronašli pogrešku u materijalima za obuku, pišite o tome putem e-pošte. Pogrešku možete prijaviti i na društvenoj mreži (). U pismu navedite predmet (fizika ili matematika), naziv ili broj teme ili testa, broj zadatka ili mjesto u tekstu (stranici) gdje je po vašem mišljenju greška. Također opišite koja je greška na koju se sumnja. Vaše pismo neće proći nezapaženo, pogreška će biti ispravljena ili će vam biti objašnjeno zašto nije pogreška.