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 sila, s prevožena razdalja.

POTENCIAL(potencialna funkcija), koncept, ki označuje širok razred fizičnih polj sile (električnih, gravitacijskih itd.) in polj na splošno fizikalne količine, ki ga predstavljajo vektorji (polje hitrosti tekočine itd.). V splošnem primeru je potencial vektorskega polja a( x,l,z) je takšna skalarna funkcija u(x,l,z), da je a=grad

35. Prevodniki v električnem polju. Električna zmogljivost.Prevodniki v električnem polju. Prevodniki so snovi, za katere je značilna prisotnost velikega števila prostih nosilcev naboja, ki se lahko premikajo pod vplivom električnega polja. Prevodniki vključujejo kovine, elektrolite in ogljik. V kovinah so nosilci prostih nabojev elektroni zunanjih lupin atomov, ki ob interakciji atomov popolnoma izgubijo povezavo s "svojimi" atomi in postanejo last celotnega prevodnika kot celote. Prosti elektroni sodelujejo pri toplotnem gibanju kot molekule plina in se lahko premikajo skozi kovino v katero koli smer. Električna zmogljivost- značilnost prevodnika, merilo njegove sposobnosti kopičenja električnega naboja. V teoriji električnega vezja je kapacitivnost medsebojna kapacitivnost med dvema prevodnikoma; parameter kapacitivnega elementa električnega tokokroga, predstavljenega v obliki dvopolnega omrežja. Ta zmogljivost je opredeljena kot razmerje med količino električni naboj na potencialno razliko med temi vodniki

36. Kapacitivnost kondenzatorja z vzporednimi ploščami.

Kapacitivnost vzporednega ploščatega kondenzatorja.

to. Kapacitivnost ploščatega kondenzatorja je odvisna samo od njegove velikosti, oblike in dielektrične konstante. Za ustvarjanje kondenzatorja z visoko zmogljivostjo je potrebno povečati površino plošč in zmanjšati debelino dielektrične plasti.

37. Magnetna interakcija tokov v vakuumu. Amperov zakon.Amperov zakon. Leta 1820 je Ampere (francoski znanstvenik (1775-1836)) eksperimentalno vzpostavil zakon, po katerem je mogoče izračunati sila, ki deluje na vodniški element dolžine, po katerem teče tok.

kjer je vektor magnetne indukcije, je vektor elementa dolžine vodnika, vlečenega v smeri toka.

Modul sile , kjer je kot med smerjo toka v prevodniku in smerjo indukcije magnetnega polja. Za ravni prevodnik dolžine, po katerem teče tok v enakomernem polju

Smer delujoče sile lahko določite z pravila leve roke:

Če je dlan leve roke postavljena tako, da normalna (na tok) komponenta magnetno polje vstopil v dlan in štirje iztegnjeni prsti so usmerjeni vzdolž toka, potem bo palec pokazal smer, v kateri deluje Amperova sila.

38. Jakost magnetnega polja. Biot-Savart-Laplaceov zakonJakost magnetnega polja(standardna oznaka n ) - vektor fizikalna količina, enako razliki vektorja magnetna indukcija B in vektor magnetizacije J .

IN Mednarodni sistem enot (SI): Kje- magnetna konstanta.

Zakon BSL. Zakon, ki določa magnetno polje posameznega tokovnega elementa

39. Uporaba zakona Bio-Savart-Laplace. Za polje enosmernega toka

Za krožno obračanje.

In za solenoid

40. Indukcija magnetnega polja Magnetno polje je označeno z vektorsko količino, ki jo imenujemo indukcija magnetnega polja (vektorska količina, ki je sila, značilna za magnetno polje v dani točki prostora). MI. (B) to ni sila, ki deluje na prevodnike, je količina, ki jo najdemo s to silo z naslednjo formulo: B=F / (I*l) (Besedno: Vektorski modul MI. (B) je enaka razmerju modula sile F, s katerim magnetno polje deluje na vodnik s tokom, ki je pravokoten na magnetne črte, na jakost toka v vodniku I in dolžino vodnika l. Magnetna indukcija je odvisna samo od magnetnega polja. V zvezi s tem lahko indukcijo štejemo za kvantitativno značilnost magnetnega polja. Določa, s kakšno silo (Lorentzova sila) deluje magnetno polje na naboj, ki se premika s hitrostjo. MI se meri v teslu (1 tesla). V tem primeru je 1 T=1 N/(A*m). MI ima smer. Grafično ga lahko skiciramo v obliki črt. V enakomernem magnetnem polju so črte MI vzporedne in vektor MI bo v vseh točkah usmerjen enako. V primeru neenakomernega magnetnega polja, na primer polja okoli vodnika, po katerem teče tok, se bo vektor magnetne indukcije spremenil na vsaki točki v prostoru okoli prevodnika, tangente na ta vektor pa bodo okoli prevodnika ustvarile koncentrične kroge. .

41. Gibanje delca v magnetnem polju. Lorentzova sila. a) - Če delec prileti v območje enakomernega magnetnega polja in je vektor V pravokoten na vektor B, se giblje v krožnici s polmerom R=mV/qB, saj Lorentzova sila Fl=mV^2 /R igra vlogo centripetalne sile. Revolucijska doba je enaka T=2piR/V=2pim/qB in ni odvisna od hitrosti delca (to velja le 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.

Magnetna sila je določena z razmerjem: Fl = q·V·B·sina (q je velikost gibajočega se naboja; V je modul njegove hitrosti; B je modul vektorja indukcije magnetnega polja; alfa je kot med vektorjem V in vektorjem B) Lorentzova sila je pravokotna na hitrost in zato ne opravlja dela, ne spreminja modula hitrosti naboja in njegove kinetične energije. Toda smer hitrosti se nenehno spreminja. Lorentzova sila je pravokotna na vektorja B in v, njena smer pa je določena z istim pravilom leve roke kot smer Amperove sile: če je leva roka postavljena tako, da je komponenta magnetne indukcije B, pravokotna na hitrost naboja, vstopi v dlan, štirje prsti pa so usmerjeni vzdolž gibanja pozitivnega naboja (proti gibanju negativnega), nato bo palec, upognjen za 90 stopinj, pokazal smer Lorentzove sile F l, ki deluje na naboj.

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

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 voziček z igračami vleče naravnost naprej vlak pred njim. 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, je 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 logično - ker množite razdaljo s silo, je logično, 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 torej najti moč, morate 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 je vlak premaknil 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.

V vsakdanjem življenju se pogosto srečujemo s pojmom delo. Kaj ta beseda pomeni v fiziki in kako določiti delo elastične sile? Odgovore na ta vprašanja boste našli v članku.

Mehansko delo

Delo je skalarna algebrska količina, ki označuje razmerje med silo in premikom. Če smer teh dveh spremenljivk sovpada, se izračuna po naslednji formuli:

• F- modul vektorja sile, ki opravlja delo;
• S- modul vektorja premika.

Sila, ki deluje na telo, ne opravi vedno dela. Na primer, delo gravitacije je enako nič, če je njena smer pravokotna na gibanje telesa.

Če vektor sile tvori neničelni kot z vektorjem premika, je treba za določitev dela uporabiti drugo formulo:

A=FScosα

α - kot med vektorjem sile in pomika.

pomeni, mehansko delo je produkt projekcije sile na smer premika in modula premika ali produkt projekcije premika na smer sile in modula te sile.

Znak za mehansko delo

Delo A je lahko odvisno od smeri sile glede na gibanje telesa:

• pozitivno (0°≤ α<90°);
• negativno (90°<α≤180°);
• enako nič (α=90°).

Če je A>0, se hitrost telesa poveča. Primer je jabolko, ki pade z drevesa na tla. Pri A<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

Enota za delo SI (Mednarodni sistem enot) je Joule (1N*1m=J). Joule je delo, ki ga opravi sila, katere vrednost je 1 Newton, ko se telo premakne za 1 meter v smeri delovanja sile.

Delo elastične sile

Delo sile lahko določimo tudi grafično. Če želite to narediti, izračunajte površino krivulje pod grafom F s (x).

Tako lahko iz grafa odvisnosti prožnostne sile od raztezka vzmeti izpeljemo formulo za delo prožnostne sile.

Je enako:

A=kx 2 /2

• k- togost;
• x- absolutni raztezek.

Kaj smo se naučili?

Mehansko delo se izvede, ko na telo deluje sila, ki povzroči gibanje telesa. Glede na kot, ki nastane med silo in premikom, je lahko delo enako nič ali ima negativen ali pozitiven predznak. Na primeru prožnostne sile si spoznal grafično metodo za določanje dela.

Vsako telo, ki se premika, lahko označimo z delom. Z drugimi besedami, označuje delovanje sil.

Delo je opredeljeno kot:
Zmnožek modula sile in poti, ki jo je prepotovalo telo, pomnožen s kosinusom kota med smerjo sile in gibanjem.

Delo se meri v Joulih:
1 [J] = = [kg* m2/s2]

Na primer, telo A je pod vplivom sile 5 N prepotovalo 10 m. Določi delo, ki ga je telo opravilo.

Ker smer gibanja in delovanje sile sovpadata, bo kot med vektorjem sile in vektorjem premika enak 0°. Formula bo poenostavljena, ker je kosinus kota 0° enak 1.

Če nadomestimo začetne parametre v formulo, ugotovimo:
A = 15 J.

Poglejmo še en primer: telo z maso 2 kg, ki se giblje s pospeškom 6 m/s2, je prepotovalo 10 m.Ugotovite delo, ki ga je telo opravilo, če se je gibalo navzgor po nagnjeni ravnini pod kotom 60°.

Za začetek izračunajmo, s kolikšno silo je treba delovati, da telo doseže pospešek 6 m/s2.

F = 2 kg * 6 m/s2 = 12 H.
Pod vplivom sile 12 N se je telo premaknilo za 10 m Delo lahko izračunamo po že znani formuli:

Kjer je a enako 30°. Če nadomestimo začetne podatke v formulo, dobimo:
A = 103,2 J.

Moč

Številni stroji in mehanizmi opravljajo isto delo v različnih časovnih obdobjih. Za njihovo primerjavo je uveden koncept moči.
Moč je količina, ki kaže količino opravljenega dela na časovno enoto.

Moč se meri v vatih, v čast škotskega inženirja Jamesa Watta.
1 [Watt] = 1 [J/s].

Na primer, velik žerjav je v 1 minuti dvignil breme, ki tehta 10 ton, na višino 30 m. Majhen žerjav je v 1 minuti dvignil 2 toni opek na isto višino. Primerjajte zmogljivosti žerjavov.
Opredelimo delo, ki ga opravljajo žerjavi. Breme se dvigne 30 m, medtem ko premaga gravitacijsko silo, zato bo sila, porabljena za dvigovanje bremena, enaka sili interakcije med Zemljo in bremenom (F = m * g). In delo je zmnožek sil s prevoženo razdaljo bremen, torej z višino.

Za veliki žerjav A1 = 10.000 kg * 30 m * 10 m/s2 = 3.000.000 J, za mali žerjav pa A2 = 2.000 kg * 30 m * 10 m/s2 = 600.000 J.
Moč lahko izračunamo tako, da delo delimo s časom. Oba žerjava sta tovor dvignila v 1 minuti (60 sekund).

Od tod:
N1 = 3.000.000 J/60 s = 50.000 W = 50 kW.
N2 = 600.000 J/ 60 s = 10.000 W = 10 kW.
Iz zgornjih podatkov je jasno razvidno, da je prvi žerjav 5-krat močnejši od drugega.

Osnovne teoretične informacije

Mehansko delo

Na podlagi koncepta so predstavljene energijske značilnosti gibanja mehansko delo ali delo sile. Delo, ki ga opravlja stalna sila F, je fizikalna količina, ki je enaka zmnožku modulov sile in pomika, pomnoženih s kosinusom kota med vektorjema sil F in gibanja S:

Delo je skalarna količina. Lahko je pozitiven (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). pri α = 90° je delo sile enako nič. V sistemu SI se delo meri v joulih (J). Joule je enak delu, ki ga opravi sila 1 newton, da se premakne za 1 meter v smeri sile.

Če se sila s časom spreminja, potem, da bi našli delo, zgradite graf sile v primerjavi s premikom in poiščite površino figure pod grafom - to je delo:

Primer sile, katere modul je odvisen od koordinate (premika), je elastična sila vzmeti, ki upošteva Hookov zakon ( F nadzor = kx).

Moč

Imenuje se delo, ki ga sila opravi na enoto časa moč. Moč p(včasih označeno s črko n) – fizikalna količina, ki je enaka razmerju dela A na časovno obdobje t med katerim je bilo to delo končano:

Ta formula izračuna povprečna moč, tj. moč, ki na splošno označuje proces. Torej je delo mogoče izraziti tudi z močjo: A = Pt(če je seveda znana moč in čas opravljanja dela). Enota za moč se imenuje vat (W) ali 1 joule na sekundo. Če je gibanje enakomerno, potem:

S to formulo lahko izračunamo takojšnja moč(moč v danem času), če namesto hitrosti v formulo nadomestimo vrednost trenutne hitrosti. Kako veš, katero moč šteti? Če težava zahteva moč v trenutku ali na neki točki v prostoru, se šteje trenutna. Če vprašajo o moči v določenem časovnem obdobju ali delu poti, poiščite povprečno moč.

Učinkovitost - faktor učinkovitosti, je enako razmerju med koristnim delom in porabljeno ali koristno močjo in porabljeno:

Katero delo je koristno in katero zapravljeno, ugotavljamo iz pogojev konkretne naloge z logičnim sklepanjem. Na primer, če žerjav opravi delo dviganja tovora na določeno višino, bo koristno delo delo dviga tovora (saj je žerjav ustvarjen za ta namen), porabljeno delo pa bo delo, ki ga opravi električni motor žerjava.

Uporabna in porabljena moč torej nimata stroge definicije in ju najdemo z logičnim sklepanjem. Pri vsaki nalogi moramo sami ugotoviti, kaj je bil v tej nalogi cilj opravljanja dela (koristno delo ali moč) in kakšen je bil mehanizem oziroma način izvajanja vsega dela (porabljena moč ali delo).

Na splošno učinkovitost kaže, kako učinkovito mehanizem pretvarja eno vrsto energije v drugo. Če se moč s časom spreminja, se delo ugotovi kot površina slike pod grafom moči v odvisnosti od časa:

Kinetična energija

Fizikalna količina, ki je enaka polovici zmnožka mase telesa in kvadrata njegove hitrosti, se imenuje kinetična energija telesa (energija gibanja):

To pomeni, da če se avto, ki tehta 2000 kg, premika s hitrostjo 10 m/s, ima kinetično energijo enako E k = 100 kJ in je sposoben opraviti 100 kJ dela. Ta energija se lahko spremeni v toploto (pri zaviranju avtomobila se segrejejo pnevmatike koles, cestišče in zavorni diski) ali pa se porabi za deformacijo avtomobila in karoserije, v katero avto trči (pri nesreči). Pri izračunu kinetične energije ni pomembno, kje se avtomobil giblje, saj je energija, tako kot delo, skalarna količina.

Telo ima energijo, če lahko opravlja delo. Gibajoče telo ima na primer kinetično energijo, tj. energija gibanja in je sposoben opraviti delo, da deformira telesa ali posreduje pospešek telesom, s katerimi pride do trka.

Fizikalni pomen kinetične energije: da telo v mirovanju z maso m začel premikati s hitrostjo v potrebno je opraviti delo, ki je enako dobljeni vrednosti kinetične energije. Če ima telo maso m premika s hitrostjo v, potem je za njegovo zaustavitev potrebno opraviti delo, ki je enako začetni kinetični energiji. Pri zaviranju kinetično energijo večinoma (razen pri udarcih, ko gre energija v deformacijo) »odvzame« sila trenja.

Izrek o kinetični energiji: delo rezultante sile je enako spremembi kinetične energije telesa:

Izrek o kinetični energiji velja tudi v splošnem primeru, ko se telo giblje pod vplivom spreminjajoče se sile, katere smer ne sovpada s smerjo gibanja. Ta izrek je priročno uporabiti pri problemih, ki vključujejo pospeševanje in upočasnjevanje telesa.

Potencialna energija

Skupaj s kinetično energijo ali energijo gibanja ima koncept pomembno vlogo v fiziki potencialna energija ali energija interakcije teles.

Potencialna energija je določena z relativnim položajem teles (na primer položaj telesa glede na površino Zemlje). Koncept potencialne energije lahko uvedemo samo za sile, katerih delo ni odvisno od trajektorije telesa in je določeno samo z začetnim in končnim položajem (t.i. konservativne sile). Delo, ki ga opravijo takšne sile na zaprti trajektoriji, je enako nič. To lastnost imata gravitacija in elastična sila. Za te sile lahko uvedemo koncept potencialne energije.

Potencialna energija telesa v gravitacijskem polju Zemlje izračunano po formuli:

Fizični pomen potencialne energije telesa: potencialna energija je enaka delu, ki ga opravi gravitacija pri spuščanju telesa na ničelno raven ( h– razdalja od težišča telesa do ničelne ravni). Če ima telo potencialno energijo, potem je sposobno opraviti delo, ko to telo pade z višine h na ničelno raven. Delo, ki ga opravi gravitacija, je enako spremembi potencialne energije telesa, vzeto z nasprotnim predznakom:

Pogosto je treba pri energetskih težavah poiskati delo dvigovanja (obračanja, izstopanja iz luknje) telesa. V vseh teh primerih je treba upoštevati gibanje ne samega telesa, temveč samo njegovega težišča.

Potencialna energija Ep je odvisna od izbire ničelne ravni, to je od izbire izhodišča osi OY. Pri vsakem problemu je ničelna raven izbrana zaradi priročnosti. Kar nima fizikalnega pomena, ni potencialna energija sama po sebi, ampak njena sprememba, ko se telo premika iz enega položaja v drugega. Ta sprememba je neodvisna od izbire ničelne ravni.

Potencialna energija raztegnjene vzmeti izračunano po formuli:

Kje: k– togost vzmeti. Raztegnjena (ali stisnjena) vzmet lahko premika telo, ki je nanjo pritrjeno, to pomeni, da temu telesu daje kinetično energijo. Posledično ima taka vzmet zalogo energije. Napetost ali stiskanje X je treba izračunati iz nedeformiranega stanja telesa.

Potencialna energija elastično deformiranega telesa je enaka delu, ki ga opravi elastična sila pri prehodu iz danega stanja v stanje brez deformacije. Če je bila vzmet v začetnem stanju že deformirana in je bil njen raztezek enak x 1, nato ob prehodu v novo stanje z raztezkom x 2, bo elastična sila opravila delo, ki je enako spremembi potencialne energije, vzeto z nasprotnim predznakom (ker je elastična sila vedno usmerjena proti deformaciji telesa):

Potencialna energija med elastično deformacijo je energija interakcije posameznih delov telesa med seboj z elastičnimi silami.

Delo sile trenja je odvisno od prevožene poti (ta vrsta sile, katere delo je odvisno od trajektorije in prevožene poti, se imenuje: disipativne sile). Koncepta potencialne energije za silo trenja ni mogoče uvesti.

Učinkovitost

Faktor učinkovitosti (učinkovitost)– značilnost učinkovitosti sistema (naprave, stroja) v zvezi s pretvorbo ali prenosom energije. Določena je z razmerjem med koristno porabljeno energijo in celotno količino energije, ki jo prejme sistem (formula je že navedena zgoraj).

Učinkovitost je mogoče izračunati tako z delom kot z močjo. Koristno in porabljeno delo (moč) vedno ugotavljamo s preprostim logičnim sklepanjem.

Pri elektromotorjih je izkoristek razmerje med opravljenim (koristnim) mehanskim delom in prejeto električno energijo iz vira. V toplotnih strojih je razmerje med uporabnim mehanskim delom in količino porabljene toplote. V električnih transformatorjih je razmerje med elektromagnetno energijo, prejeto v sekundarnem navitju, in energijo, ki jo porabi primarno navitje.

Koncept učinkovitosti zaradi svoje splošnosti omogoča primerjavo in enotno ovrednotenje tako različnih sistemov, kot so jedrski reaktorji, električni generatorji in motorji, termoelektrarne, polprevodniške naprave, biološki objekti itd.

Zaradi neizogibnih izgub energije zaradi trenja, segrevanja okoliških teles itd. Učinkovitost je vedno manjša od enote. V skladu s tem je učinkovitost izražena kot delež porabljene energije, to je kot pravi delež ali kot odstotek, in je brezdimenzijska količina. Učinkovitost označuje, kako učinkovito deluje stroj ali mehanizem. Učinkovitost termoelektrarn doseže 35-40%, motorji z notranjim zgorevanjem s polnjenjem in predhlajenjem - 40-50%, dinama in generatorji visoke moči - 95%, transformatorji - 98%.

Problem, pri katerem morate najti učinkovitost ali pa je znana, morate začeti z logičnim sklepanjem - katero delo je koristno in katero zapravljeno.

Zakon o ohranitvi mehanske energije

Skupna mehanska energija imenujemo vsota kinetične energije (tj. energije gibanja) in potencialne (tj. energije interakcije teles s silami gravitacije in elastičnosti):

Če mehanska energija ne prehaja v druge oblike, na primer v notranjo (toplotno) energijo, ostane vsota kinetične in potencialne energije nespremenjena. Če se mehanska energija spremeni v toplotno energijo, potem je sprememba mehanske energije enaka delu sile trenja ali izgubam energije ali količini sproščene toplote in tako naprej, z drugimi besedami, sprememba celotne mehanske energije je enaka na delo zunanjih sil:

Vsota kinetične in potencialne energije teles, ki sestavljajo zaprt sistem (tj. v katerem ne delujejo zunanje sile in je njihovo delo temu primerno nič), ter medsebojno delujočih gravitacijskih in prožnostnih sil ostane nespremenjena:

Ta izjava izraža zakon ohranitve energije (LEC) v mehanskih procesih. Je posledica Newtonovih zakonov. Zakon o ohranitvi mehanske energije je izpolnjen le, če telesa v zaprtem sistemu medsebojno delujejo s silami elastičnosti in gravitacije. V vseh nalogah zakona o ohranitvi energije bosta vedno vsaj dve stanji sistema teles. Zakon določa, da bo skupna energija prvega stanja enaka celotni energiji drugega stanja.

Algoritem za reševanje problemov zakona o ohranjanju energije:

1. Poiščite točki začetnega in končnega položaja telesa.
2. Zapišite, kaj ali kakšne energije ima telo na teh točkah.
3. Izenačite začetno in končno energijo telesa.
4. Dodajte druge potrebne enačbe iz prejšnjih tem fizike.
5. Nastalo enačbo ali sistem enačb rešite z matematičnimi metodami.

Pomembno je omeniti, da je zakon o ohranitvi mehanske energije omogočil pridobitev razmerja med koordinatami in hitrostmi telesa na dveh različnih točkah trajektorije, ne da bi analizirali zakon gibanja telesa na vseh vmesnih točkah. Uporaba zakona o ohranitvi mehanske energije lahko močno poenostavi rešitev številnih problemov.

V realnih razmerah na gibljiva telesa skoraj vedno delujejo, skupaj z gravitacijskimi silami, elastičnimi silami in drugimi silami, sile trenja ali sile upora okolja. Delo, ki ga opravi sila trenja, je odvisno od dolžine poti.

Če med telesi, ki sestavljajo zaprt sistem, delujejo sile trenja, se mehanska energija ne ohrani. Del mehanske energije se pretvori v notranjo energijo teles (ogrevanje). Tako se energija kot celota (tj. ne samo mehanska) v vsakem primeru ohrani.

Med fizičnimi interakcijami se energija ne pojavi in ​​ne izgine. Samo spreminja se iz ene oblike v drugo. To eksperimentalno ugotovljeno dejstvo izraža temeljni zakon narave - zakon o ohranitvi in ​​transformaciji energije.

Ena od posledic zakona o ohranjanju in transformaciji energije je izjava o nezmožnosti ustvarjanja "večnega gibalca" (perpetuum mobile) - stroja, ki bi lahko opravljal delo za nedoločen čas brez porabe energije.

Različne naloge za delo

Če težava zahteva iskanje mehanskega dela, najprej izberite metodo za iskanje:

1. Delovno mesto lahko najdete po formuli: A = FS∙cos α . Poiščite silo, ki opravi delo, in količino odmika telesa pod vplivom te sile v izbranem referenčnem sistemu. Upoštevajte, da je treba kot izbrati med vektorjem sile in pomika.
2. Delo, ki ga opravi zunanja sila, lahko ugotovimo kot razliko v mehanski energiji v končni in začetni situaciji. Mehanska energija je enaka vsoti kinetične in potencialne energije telesa.
3. Delo, opravljeno pri dvigovanju telesa s konstantno hitrostjo, je mogoče najti z uporabo formule: A = mgh, Kje h- višina, do katere se dvigne težišče telesa.
4. Delo lahko najdemo kot produkt moči in časa, tj. po formuli: A = Pt.
5. Delo je mogoče najti kot površino figure pod grafom sile v odvisnosti od premika ali moči v odvisnosti od časa.

Zakon o ohranitvi energije in dinamika rotacijskega gibanja

Problemi te teme so matematično precej zapleteni, a če poznate pristop, jih je mogoče rešiti s povsem standardnim algoritmom. Pri vseh nalogah boste morali upoštevati rotacijo telesa v navpični ravnini. Rešitev se bo zmanjšala na naslednje zaporedje dejanj:

1. Določiti morate točko, ki vas zanima (točko, na kateri morate določiti hitrost telesa, natezno silo niti, težo itd.).
2. Na tem mestu zapišite drugi Newtonov zakon, pri čemer upoštevajte, da se telo vrti, to je, da ima centripetalni pospešek.
3. Zapiši zakon o ohranitvi mehanske energije tako, da vsebuje hitrost telesa na tisti zelo zanimivi točki, pa tudi značilnosti stanja telesa v nekem stanju, o katerem je nekaj znanega.
4. Glede na pogoj izrazite kvadrat hitrosti iz ene enačbe in jo nadomestite z drugo.
5. Izvedite preostale potrebne matematične operacije, da dobite končni rezultat.

Pri reševanju težav se morate spomniti, da:

• Pogoj za prehod zgornje točke pri vrtenju na niti z minimalno hitrostjo je nosilna reakcijska sila n na zgornji točki je 0. Isti pogoj je izpolnjen pri prehodu zgornje točke mrtve zanke.
• Pri vrtenju na palici je pogoj za prehod celotnega kroga: najmanjša hitrost na zgornji točki je 0.
• Pogoj za odcep telesa od površine krogle je, da je nosilna reakcijska sila v točki odcepa enaka nič.

Neelastični trki

Zakon o ohranitvi mehanske energije in zakon o ohranitvi gibalne količine omogočata iskanje rešitev mehanskih problemov v primerih, ko delujoče sile niso znane. Primer te vrste problema je udarna interakcija teles.

Z udarcem (ali trkom) Običajno imenujemo kratkotrajno interakcijo teles, zaradi katere se njihove hitrosti znatno spremenijo. Pri trčenju teles med njimi delujejo kratkotrajne udarne sile, katerih velikost praviloma ni znana. Zato je nemogoče obravnavati udarno interakcijo neposredno z uporabo Newtonovih zakonov. Uporaba zakonov o ohranjanju energije in gibalne količine v mnogih primerih omogoča izključitev samega procesa trka iz obravnave in pridobitev povezave med hitrostmi teles pred in po trku, mimo vseh vmesnih vrednosti teh količin.

Z udarno interakcijo teles imamo pogosto opravka v vsakdanjem življenju, v tehniki in fiziki (zlasti v fiziki atoma in osnovnih delcev). V mehaniki se pogosto uporabljata dva modela udarne interakcije - absolutno elastični in absolutno neelastični udarci.

Absolutno neelastičen udarec Temu udaru pravijo interakcija, pri kateri se telesa povežejo (zlepijo) med seboj in gredo naprej kot eno telo.

Pri popolnoma neelastičnem trku se mehanska energija ne ohrani. Delno ali v celoti se spremeni v notranjo energijo teles (segrevanje). Za opis morebitnih vplivov morate zapisati tako zakon o ohranitvi gibalne količine kot tudi zakon o ohranitvi mehanske energije, pri čemer upoštevamo sproščeno toploto (zelo priporočljivo je, da najprej naredimo risbo).

Absolutno elastičen učinek

Absolutno elastičen učinek imenujemo trk, pri katerem se mehanska energija sistema teles ohrani. V mnogih primerih trki atomov, molekul in osnovnih delcev sledijo zakonom absolutno elastičnega udarca. Pri absolutno elastičnem udarcu je poleg zakona o ohranitvi gibalne količine izpolnjen tudi zakon o ohranitvi mehanske energije. Preprost primer popolnoma elastičnega trka bi bil sredinski udar dveh biljardnih krogel, od katerih je ena pred trkom mirovala.

Centralni udarecžogic imenujemo trk, pri katerem sta hitrosti žogic pred in po udarcu usmerjene vzdolž središčne črte. Tako je z uporabo zakonov o ohranitvi mehanske energije in gibalne količine mogoče določiti hitrosti kroglic po trku, če so znane njihove hitrosti pred trkom. Centralni udar se v praksi zelo redko izvaja, še posebej ko gre za trke atomov ali molekul. Pri necentralnem elastičnem trku hitrosti delcev (kroglic) pred in po trku niso usmerjene v eno premo.

Poseben primer necentralnega elastičnega udarca je lahko trk dveh biljardnih krogel enake mase, od katerih je bila ena pred trkom nepremična, hitrost druge pa ni bila usmerjena vzdolž črte središč krogel. . V tem primeru so vektorji hitrosti kroglic po elastičnem trku vedno usmerjeni pravokotno drug na drugega.

Naravovarstveni zakoni. Kompleksne naloge

Več teles

V nekaterih nalogah o zakonu o ohranitvi energije imajo lahko kabli, s katerimi se premikajo določeni predmeti, maso (torej ne breztežni, kot ste morda že vajeni). V tem primeru je treba upoštevati tudi delo premikanja takih kablov (in sicer njihova težišča).

Če se dve telesi, povezani z breztežno palico, vrtita v navpični ravnini, potem:

1. izberite ničelno raven za izračun potencialne energije, na primer na ravni vrtilne osi ali na ravni najnižje točke ene od uteži in obvezno naredite risbo;
2. zapišemo zakon o ohranitvi mehanske energije, pri čemer na levo stran zapišemo vsoto kinetične in potencialne energije obeh teles v začetni situaciji, na desno stran pa vsoto kinetične in potencialne energije telesa. obe telesi v končni situaciji;
3. upoštevajte, da so kotne hitrosti teles enake, potem so linearne hitrosti teles sorazmerne s polmeri vrtenja;
4. če je treba, zapišite drugi Newtonov zakon za vsako od teles posebej.

Lupina je počila

Ko izstrelek eksplodira, se sprosti eksplozivna energija. Da bi našli to energijo, je treba od vsote mehanskih energij drobcev po eksploziji odšteti mehansko energijo izstrelka pred eksplozijo. Uporabili bomo tudi zakon o ohranitvi gibalne količine, zapisan v obliki kosinusnega izreka (vektorska metoda) ali v obliki projekcij na izbrane osi.

Trki s težko ploščo

Spoznajmo težko ploščo, ki se premika s hitrostjo v, se premika lahka krogla mase m s hitrostjo u n. Ker je gibalna količina žogice veliko manjša od gibalne količine plošče, se po udarcu hitrost plošče ne bo spremenila in se bo še naprej gibala z enako hitrostjo in v isto smer. Zaradi elastičnega udarca bo žoga odletela s plošče. Tukaj je pomembno razumeti, da hitrost žoge glede na ploščo se ne bo spremenila. V tem primeru dobimo za končno hitrost žoge:

Tako se hitrost žoge po udarcu poveča za dvakratno hitrost stene. Podobno razmišljanje za primer, ko sta se žoga in plošča pred udarcem gibala v isto smer, vodi do tega, da se hitrost žoge zmanjša za dvakratno hitrost stene:

Pri fiziki in matematiki morajo biti med drugim izpolnjeni trije najpomembnejši pogoji:

1. Preučite vse teme in dokončajte vse teste in naloge v izobraževalnih gradivih na tem spletnem mestu. Za to ne potrebujete čisto nič, in sicer: tri do štiri ure vsak dan posvetite pripravi na CT iz fizike in matematike, študiju teorije in reševanju nalog. Dejstvo je, da je CT izpit, pri katerem ni dovolj samo znanje fizike ali matematike, temveč je treba znati hitro in brez napak rešiti veliko število problemov različnih tem in zahtevnosti. Slednjega se lahko naučimo le z reševanjem na tisoče problemov.
2. Naučite se vseh formul in zakonov v fiziki ter formul in metod v matematiki. Pravzaprav je tudi to zelo preprosto narediti, v fiziki je le okoli 200 potrebnih formul, v matematiki pa še malo manj. Pri vsakem od teh predmetov je približno ducat standardnih metod za reševanje problemov osnovne ravni zahtevnosti, ki se jih je mogoče tudi naučiti in tako povsem samodejno in brez težav ob pravem času rešiti večino KT. Po tem boste morali razmišljati le o najtežjih nalogah.
3. Udeležite se vseh treh stopenj vadbenega preverjanja znanja iz fizike in matematike. Vsako RT lahko obiščete dvakrat, da se odločite za obe možnosti. Še enkrat, na CT moraš poleg sposobnosti hitrega in učinkovitega reševanja problemov ter poznavanja formul in metod znati tudi pravilno načrtovati čas, razporediti moči in kar je najpomembneje, pravilno izpolniti obrazec za odgovore, ne da bi zamenjava številk odgovorov in nalog ali lastnega priimka. Prav tako se je med RT pomembno navaditi na stil zastavljanja vprašanj v problemih, ki se lahko nepripravljenemu človeku na DT zdi zelo nenavaden.

Uspešno, vestno in odgovorno izvajanje teh treh točk vam bo omogočilo, da na CT pokažete odličen rezultat, največ tega, kar ste sposobni.

Ste našli napako?

Če menite, da ste v gradivu za usposabljanje našli napako, o tem pišite po e-pošti. Napako lahko prijavite tudi na družbenem omrežju (). V pismu navedite predmet (fizika ali matematika), ime ali številko teme ali testa, številko naloge ali mesto v besedilu (stran), kjer je po vašem mnenju napaka. Opišite tudi, kaj je domnevna napaka. Vaše pismo ne bo ostalo neopaženo, napaka bo popravljena ali pa vam bo razloženo, zakaj ne gre za napako.