Vsako telo, ki se premika, lahko opišemo kot delo. 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 gibanja.

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

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

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

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

Razmislite o drugem primeru, telo z maso 2 kg, ki se giblje s pospeškom 6 m / s2, je preteklo 10 m Določite delo, ki ga je opravilo telo, če se je premaknilo navzgor vzdolž nagnjene ravnine pod kotom 60 °.

Za začetek izračunamo, kakšno silo je treba uporabiti, da telesu sporočimo pospešek 6 m / s2.

F = 2 kg * 6 m/s2 = 12 H.
Pod delovanjem sile 12H je telo prepotovalo 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 ali mehanizmi opravljajo isto delo različno dolgo. Za njihovo primerjavo je uveden koncept moči.
Moč je vrednost, ki prikazuje količino opravljenega dela na enoto časa.

Moč se meri v vatih, po škotskem inženirju Jamesu Wattu.
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.
Opredelitev dela, ki ga opravljajo žerjavi. Breme se dvigne za 30 m, medtem ko premaga gravitacijsko silo, zato bo sila, porabljena za dvig tovora, enaka sili interakcije med Zemljo in bremenom (F = m * g). In delo je zmnožek sil in prevožene poti blaga, to je višine.

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 min (60 s).

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.

Preden razkrijemo temo "Kako se meri delo", je treba narediti majhno digresijo. Vse na tem svetu se podreja zakonom fizike. Vsak proces ali pojav je mogoče razložiti na podlagi določenih fizikalnih zakonov. Za vsako merljivo količino obstaja enota, v kateri jo običajno merimo. Merske enote so fiksne in imajo enak pomen po vsem svetu.

Razlog za to je naslednji. Leta 1960 je bil na enajsti generalni konferenci o uteži in merah sprejet sistem mer, ki je priznan po vsem svetu. Ta sistem so poimenovali Le Système International d'Unités, SI (SI System International). Ta sistem je postal osnova za definicije merskih enot, sprejetih po vsem svetu, in njihovo razmerje.

Fizikalni izrazi in terminologija

V fiziki se enota za merjenje dela sile imenuje J (Joule) v čast angleškega fizika Jamesa Joula, ki je veliko prispeval k razvoju oddelka termodinamike v fiziki. En Joule enako delo, ki jo izvaja sila enega N (Newton), ko se njena uporaba premakne za en M (meter) v smeri sile. En N (Newton) enako moč, z maso enega kg (kilogram), s pospeškom en m/s2 (meter na sekundo) v smeri sile.

Za tvoje informacije. V fiziki je vse medsebojno povezano, izvajanje katerega koli dela je povezano z izvajanjem dodatnih dejanj. Primer je gospodinjski ventilator. Ko je ventilator vklopljen, se lopatice ventilatorja začnejo vrteti. Vrtljive lopatice delujejo na zračni tok in mu dajejo smerno gibanje. To je rezultat dela. Toda za izvedbo dela je nujen vpliv drugih zunanjih sil, brez katerih je izvedba dejanja nemogoča. Sem spadajo moč električnega toka, moč, napetost in številne druge med seboj povezane vrednosti.

Električni tok je v bistvu urejeno gibanje elektronov v prevodniku na časovno enoto. Električni tok temelji na pozitivno ali negativno nabitih delcih. Imenujejo se električni naboji. Označen s črkami C, q, Kl (obesek), poimenovan po francoskem znanstveniku in izumitelju Charlesu Coulombu. V sistemu SI je merska enota za število nabitih elektronov. 1 C je enaka prostornini nabitih delcev, ki tečejo skozi presek prevodnika na časovno enoto. Enota za čas je ena sekunda. Formula za električni naboj je prikazana na spodnji sliki.

Moč električnega toka označujemo s črko A (amper). Amper je enota v fiziki, ki označuje merjenje dela sile, ki se porabi za premikanje nabojev vzdolž prevodnika. V svojem bistvu je električni tok urejeno gibanje elektronov v prevodniku pod vplivom elektromagnetnega polja. Z prevodnikom je mišljen material ali staljena sol (elektrolit), ki ima majhen upor za prehod elektronov. Na jakost električnega toka vplivata dve fizikalni veličini: napetost in upor. O njih bomo razpravljali spodaj. Tok je vedno premo sorazmeren z napetostjo in obratno sorazmeren z uporom.

Kot je navedeno zgoraj, je električni tok urejeno gibanje elektronov v prevodniku. Vendar obstaja eno opozorilo: za njihovo gibanje je potreben določen vpliv. Ta učinek nastane z ustvarjanjem potencialne razlike. Električni naboj lahko pozitiven ali negativen. Pozitivni naboji vedno težijo k temu negativni naboji. To je potrebno za ravnovesje sistema. Razlika med številom pozitivno in negativno nabitih delcev se imenuje električna napetost.

Moč je količina energije, porabljena za opravljanje dela enega J (joula) v časovnem obdobju ene sekunde. Mersko enoto v fiziki označujemo kot W (Watt), v sistemu SI W (Watt). Ker je upoštevana električna energija, je tukaj vrednost porabljene električna energija za izvedbo določeno dejanje v določenem času.

Osnovne teoretične informacije

mehansko delo

Na podlagi koncepta so predstavljene energijske značilnosti gibanja mehansko delo ali delo sile. Delo opravljeno stalna sila F, je poklican fizikalna količina, ki je enak zmnožku modulov sile in premika, pomnožen s kosinusom kota med vektorjema sil F in premik 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 sčasoma spreminja, potem za iskanje dela zgradijo graf odvisnosti sile od premika in poiščejo površino figure pod grafom - to je delo:

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

Moč

Imenuje se delo, ki ga sila opravi na enoto časa moč. Moč p(včasih imenovan kot n) je 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 seveda nista 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 vedeti, katero moč šteti? Če naloga zahteva moč na določeni točki v času ali na neki točki v prostoru, se šteje za takojšnjo. Če sprašujete o moči v določenem časovnem obdobju ali odseku 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 kaj porabljeno, ugotavljamo iz pogoja posamezne naloge z logičnim sklepanjem. Na primer, če žerjav dvigne tovor na določeno višino, bo delo pri dvigovanju tovora koristno (saj je bil žerjav ustvarjen za to), delo, ki ga opravi električni motor žerjava, pa bo porabljeno .

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

V splošnem izkoristek kaže, kako učinkovito mehanizem pretvarja eno vrsto energije v drugo. Če se moč s časom spreminja, je delo najdeno kot ploščina figure 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 z maso 2000 kg premika s hitrostjo 10 m/s, ima kinetično energijo enako E k \u003d 100 kJ in je sposoben opraviti delo 100 kJ. Ta energija se lahko spremeni v toploto (ko avto zavira, se segrejejo pnevmatike koles, cestišče in zavorni diski) ali pa se porabi za deformacijo avtomobila in karoserije, v katero je avto trčil (v nesreči). Pri izračunu kinetična energija ni pomembno, kam gre avto, 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.

fizični pomen kinetična energija: za telo v mirovanju z maso m začel premikati s hitrostjo v potrebno je opraviti delo, ki je enako dobljeni vrednosti kinetične energije. Če telesna masa m premikanje s hitrostjo v, potem je za njegovo zaustavitev potrebno opraviti delo, ki je enako njegovi začetni kinetični energiji. Pri zaviranju kinetično energijo večinoma (razen v primerih trka, ko se energija porabi za 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 delovanjem spreminjajoče se sile, katere smer ne sovpada s smerjo gibanja. Ta izrek je priročno uporabiti pri problemih pospeševanja in pojemka telesa.

Potencialna energija

Poleg kinetične energije ali energije gibanja ima v fiziki pomembno vlogo pojem potencialna energija ali energija interakcije teles.

Potencialno energijo določa medsebojna lega teles (na primer lega telesa glede na zemeljsko površje). 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 takšnih sil na zaprti trajektoriji je nič. To lastnost imata sila gravitacije in sila elastičnosti. 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 gravitacijska sila pri spuščanju telesa na ničelno raven ( h je razdalja od težišča telesa do ničelne ravni). Če ima telo potencialno energijo, potem je sposobno opraviti delo, ko to telo pade z višine h do nule. Delo gravitacije je enako spremembi potencialne energije telesa, vzeto z nasprotnim predznakom:

Pogosto pri nalogah za energijo morate najti delo, da dvignete (obrnete, izstopite iz jame) telo. 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. Fizičnega pomena nima sama potencialna energija, temveč njena sprememba, ko se telo premika iz enega položaja v drugega. Ta sprememba ni odvisna od izbire ničelne ravni.

Potencialna energija raztegnjene vzmeti izračunano po formuli:

Kje: k- togost vzmeti. Raztegnjena (ali stisnjena) vzmet lahko požene telo, ki je nanjo pritrjeno, to je, da temu telesu prenese kinetično energijo. Zato ima taka vzmet zalogo energije. Raztezanje ali stiskanje X je treba izračunati iz nedeformiranega stanja telesa.

Potencialna energija elastično deformiranega telesa je enaka delu prožnostne sile 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 razdalje (ta vrsta sile, katere delo je odvisno od trajektorije in prevožene razdalje, se imenuje: disipativne sile). Koncepta potencialne energije za silo trenja ni mogoče uvesti.

Učinkovitost

Faktor učinkovitosti (COP)- značilnost učinkovitosti sistema (naprave, stroja) glede na pretvorbo ali prenos energije. Določena je z razmerjem porabljene uporabne energije do celotne količine energije, ki jo prejme sistem (formula je že navedena zgoraj).

Učinkovitost je mogoče izračunati tako glede na delo kot glede na moč. Koristno in porabljeno delo (moč) se vedno ugotavlja 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 vrednotenje z enotnega vidika različne sisteme, 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. Skladno s tem je izkoristek izražen kot delež porabljene energije, torej kot pravi delež ali kot odstotek, in je brezdimenzijska količina. Učinkovitost označuje, kako učinkovito deluje stroj ali mehanizem. Učinkovitost termoelektrarn doseže 35-40%, motorji notranje zgorevanje s tlakom in predhodnim hlajenjem - 40-50%, dinami in generatorji visoke moči - 95%, transformatorji - 98%.

Nalogo, pri kateri morate najti učinkovitost ali je znana, morate začeti z logičnim razmišljanjem - kakšno delo je koristno in kaj se porabi.

Zakon o ohranitvi mehanske energije

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

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 pretvori 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 enako delu zunanjih sil:

Vsota kinetičnih in potencialnih energij teles, ki sestavljajo zaprt sistem (tj. v katerega ne delujejo zunanje sile in je njihovo delo enako nič) in medsebojno delujejo z gravitacijskimi silami in prožnimi silami, ostaja nespremenjena:

Ta izjava izraža zakon o ohranitvi energije (LSE) v mehanskih procesih. Je posledica Newtonovih zakonov. Zakon o ohranitvi mehanske energije je izpolnjen šele, ko telesa v zaprtem sistemu medsebojno delujejo s silami elastičnosti in težnosti. V vseh nalogah zakona o ohranitvi energije bosta vedno vsaj dve stanji sistema teles. Zakon pravi, 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 povezave 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 skoraj vedno gibljiva telesa, poleg gravitacijskih, elastičnih in drugih sil, delujejo tudi sile trenja ali sile upora medija. Delo sile 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 (torej ne samo mehanska energija) v vsakem primeru ohrani.

Za katero koli fizične interakcije energija ne nastane in ne izgine. Le 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 trditev, da je nemogoče ustvariti »večni gibalnik« (perpetuum mobile) - stroj, ki bi lahko neomejeno dolgo opravljal delo brez porabe energije.

Razne delovne naloge

Če morate v težavi najti mehansko delo, najprej izberite metodo za iskanje:

1. Delovna mesta lahko najdete po formuli: A = FS cos α . Poiščite silo, ki opravi delo, in količino odmika telesa pod delovanjem te sile v izbranem referenčnem sistemu. Upoštevajte, da je treba kot izbrati med vektorjem sile in pomika.
2. Delo zunanje sile je mogoče najti kot razliko med mehansko energijo v končni in začetni situaciji. Mehanska energija je enaka vsoti kinetične in potencialne energije telesa.
3. Delo, opravljeno pri dvigu telesa s konstantno hitrostjo, je mogoče najti s formulo: 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

Naloge te teme so matematično precej zapletene, vendar se s poznavanjem pristopa rešujejo po povsem standardnem algoritmu. Pri vseh nalogah boste morali upoštevati rotacijo telesa v navpični ravnini. Rešitev bo zmanjšana na naslednje zaporedje dejanj:

1. Določiti je treba točko, ki vas zanima (točko, na kateri je treba določiti hitrost telesa, silo napetosti niti, težo ipd.).
2. Na tem mestu zapišite drugi Newtonov zakon, glede na to, da se telo vrti, to pomeni, da ima centripetalni pospešek.
3. Zapišite zakon o ohranitvi mehanske energije tako, da vsebuje hitrost telesa zanimiva točka, kot tudi značilnosti stanja telesa v nekem stanju, o katerem je nekaj znanega.
4. Glede na pogoj izrazite hitrost na kvadrat iz ene enačbe in jo nadomestite z drugo.
5. Izvedite ostale potrebne matematične operacije, da dobite končni rezultat.

Pri reševanju težav ne pozabite, da:

• Pogoj za prehod zgornje točke med vrtenjem na navojih z minimalno hitrostjo je reakcijska sila nosilca n na zgornji točki je 0. Isti pogoj je izpolnjen pri prehodu skozi zgornjo točko 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 reakcijska sila opore 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 aktivne sile. Primer takih težav je udarna interakcija teles.

Trčenje (ali trčenje) 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 s pomočjo Newtonovih zakonov. Uporaba zakonov o ohranjanju energije in gibalne količine v mnogih primerih omogoča izključitev procesa trka iz obravnave in pridobitev razmerja med hitrostmi teles pred in po trku, mimo vseh vmesnih vrednosti teh količin.

Pogosto se je treba ukvarjati z vplivno interakcijo teles vsakdanje življenje, v tehniki in v fiziki (predvsem v fiziki atoma in osnovnih delcev). V mehaniki se pogosto uporabljata dva modela udarne interakcije - absolutno elastični in absolutno neelastični udarci.

Absolutno neelastičen udarec Takšna udarna interakcija se imenuje, pri kateri se telesa povežeta (zlepita) med seboj in se premikata naprej kot eno telo.

Pri popolnoma neelastičnem udarcu se mehanska energija ne ohrani. Delno ali v celoti prehaja v notranjo energijo teles (segrevanje). Za opis morebitnih vplivov je treba zapisati tako zakon o ohranitvi gibalne količine kot zakon o ohranitvi mehanske energije z upoštevanjem sproščene toplote (zelo zaželeno je, da prej 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 Absolutno elastični trk je lahko osrednji udar dveh biljardnih krogel, od katerih je ena pred trkom mirovala.

sredinski udarecžogic imenujemo trčenje, pri katerem sta hitrosti žogic pred in po udarcu usmerjene vzdolž središčne črte. Tako je mogoče z zakoni o ohranitvi mehanske energije in gibalne količine določiti hitrosti kroglic po trku, če so znane njihove hitrosti pred trkom. Sredinski udarec se v praksi izvaja zelo redko, še posebej, če pogovarjamo se o trkih atomov ali molekul. Pri necentralnem elastičnem trku hitrosti delcev (kroglic) pred in po trku niso usmerjene vzdolž iste premice.

Poseben primer necentralnega elastičnega udarca je 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. Težke naloge

Več teles

Pri nekaterih nalogah o zakonu o ohranitvi energije imajo lahko kabli, s katerimi se premikajo nekateri 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, kjer se nahaja ena od obremenitev, in naredite risbo;
2. zapisan je zakon o ohranitvi mehanske energije, pri katerem je na levi strani zapisana vsota kinetične in potencialne energije obeh teles v začetni situaciji, vsota kinetične in potencialne energije obeh teles v končni situaciji pa je napisano na desni strani;
3. upoštevajte, da sta kotni hitrosti teles enaki, torej linearne hitrosti telesa so sorazmerna s polmeri vrtenja;
4. če je treba, zapišite drugi Newtonov zakon za vsako od teles posebej.

Eksplozija projektila

V primeru poka izstrelka 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

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

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

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

1. Preučite vse teme in dokončajte vse teste in naloge, podane v učnem gradivu na tem spletnem mestu. Za to vam ni treba prav nič, in sicer: vsak dan tri do štiri ure posvetiti 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, ampak moraš znati tudi hitro in brez napak reševati. veliko število naloge na različne teme in različne 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 jih tako popolnoma samodejno in brez težav rešiti ob pravem času. večina CT. 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 rešite obe možnosti. Ponovno, na CT je treba poleg sposobnosti hitrega in učinkovitega reševanja problemov ter poznavanja formul in metod znati pravilno načrtovati čas, razporediti moči in predvsem pravilno izpolniti obrazec za odgovore. , ne da bi zamenjali številke odgovorov in nalog ali svoje ime. Prav tako se je med RT pomembno navaditi na stil zastavljanja vprašanj v nalogah, 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 našli napako v gradiva za usposabljanje, potem pišite o tem po pošti. Napako lahko prijavite tudi v socialno omrežje(). 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, napako bodo popravili ali pa vam bodo pojasnili, zakaj ne gre za napako.

Kaj to pomeni?

V fiziki je »mehansko delo« delo neke sile (gravitacije, prožnosti, trenja itd.) na telo, zaradi česar se telo premika.

Pogosto beseda "mehanski" preprosto ni napisana.
Včasih lahko zasledite izraz "telo je opravilo delo", kar v bistvu pomeni "sila, ki deluje na telo, je opravila delo."

Mislim - delam.

Grem - tudi delam.

Kje je tu mehansko delo?

Če se telo giblje pod vplivom sile, je opravljeno mehansko delo.

Rečeno je, da telo opravlja delo.
Natančneje bo tako: delo opravi sila, ki deluje na telo.

Delo označuje rezultat delovanja sile.

Sile, ki delujejo na človeka, nanj opravljajo mehansko delo in zaradi delovanja teh sil se človek premika.

Delo je fizikalna količina, ki je enaka zmnožku sile, ki deluje na telo, in poti, ki jo telo opravi pod delovanjem sile v smeri te sile.

A - mehansko delo,
F - moč,
S - prevožena razdalja.

Delo je opravljeno, če sta hkrati izpolnjena 2 pogoja: na telo deluje sila in ga
premika v smeri sile.

Delo ni opravljeno(tj. enako 0), če:
1. Sila deluje, telo pa se ne premika.

Na primer: na kamen delujemo s silo, vendar ga ne moremo premakniti.

2. Telo se premika, sila pa je enaka nič ali pa so vse sile kompenzirane (tj. rezultanta teh sil je enaka 0).
Na primer: pri gibanju po vztrajnosti se delo ne opravi.
3. Smer sile in smer gibanja telesa sta medsebojno pravokotni.

Na primer: ko se vlak premika vodoravno, gravitacija ne deluje.

Delo je lahko pozitivno ali negativno.

1. Če sta smer sile in smer gibanja telesa enaki, je opravljeno pozitivno delo.

Na primer: gravitacija, ki deluje na kapljico vode, ki pada navzdol, opravi pozitivno delo.

2. Če sta smer sile in gibanja telesa nasprotni, je opravljeno negativno delo.

Na primer: sila gravitacije, ki deluje na dviganje balon dela negativno.

Če na telo deluje več sil, potem je skupno delo vseh sil enako delu nastale sile.

Enote dela

V čast angleškemu znanstveniku D. Joulu so enoto za delo poimenovali 1 Joule.

V mednarodnem sistemu enot (SI):
[A] = J = N m
1J = 1N 1m

Mehansko delo je enako 1 J, če se telo pod vplivom sile 1 N premakne za 1 m v smeri te sile.

Pri letenju iz palec moška roka na indeksu
komar deluje - 0,000,000,000,000,000,000,000,000,001 J.

Človeško srce pri enem krčenju opravi približno 1 J dela, kar ustreza delu pri dvigovanju bremena 10 kg na višino 1 cm.

NA DELO, PRIJATELJI!

V fiziki ima pojem "delo" drugačno definicijo od tiste, ki se uporablja v Vsakdanje življenje. Zlasti se izraz "delo" uporablja, ko fizična moč 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 daleč, potem 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, da najprej ugotovite, v katero smer se predmet premika, kot tudi, od kod deluje sila. Upoštevajte, da se predmeti ne premikajo vedno glede na 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 premik predmeta imajo isto smer. Za informacije o tem, kako najti delo, ko te postavke ne imajo isto smer, preberite spodaj.

   • Da bi olajšali razumevanje tega postopka, sledimo primeru naloge. Recimo, da vlak pred seboj vleče avtomobilček naravnost naprej. 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 je opravil subjekt.

2. Poiščite odmik predmeta. Prvo spremenljivko D ali odmik, ki jo potrebujemo za formulo dela, je običajno enostavno najti. Premik je preprosto razdalja, na kateri je sila povzročila, da se predmet premakne iz prvotnega položaja. Pri učnih težavah so te informacije običajno dane (znane) ali pa jih je mogoče izpeljati (najti) iz drugih informacij v problemu. IN resnično življenje vse, kar morate storiti, da ugotovite odmik, je, da izmerite 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 navzdol po stezi, potem lahko uporabimo 2 metra za našo vrednost "D" v formuli.

3. Poiščite silo, ki deluje na predmet. Nato poiščite količino sile, ki se uporablja za premikanje predmeta. To je merilo za »moč« sile – večja kot je njena velikost, močneje potiska predmet in hitreje pospešuje njegov potek. Če velikost sile ni navedena, jo je mogoče izpeljati iz mase in pospeška premika (pod pogojem, 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 × razdaljo. Ko poznate količino sile, ki deluje na vaš predmet, in razdaljo, na katero se je premaknil, je ostalo enostavno. Samo pomnožite ti dve vrednosti med seboj, da dobite delovno vrednost.

   • Čas je, da rešimo naš primer problema. Z vrednostjo sile 0,35 Newtona in vrednostjo premika 2 metra je naš odgovor vprašanje preprosto množenje: 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. Vnesite odgovor v joulih. V fiziki je delo (in nekaj drugih količin) skoraj vedno podano v enoti, imenovani Joule. En joul je definiran kot 1 Newton sile na meter ali z drugimi besedami 1 Newton × meter. To je smiselno – ker množite razdaljo s silo, je smiselno, da bo odgovor, ki ga boste dobili, imel mersko enoto, ki je enaka enoti vaše sile, pomnožene z vašo razdaljo.

   2. del

   Računanje dela z uporabo 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. Pravzaprav ni vedno tako. V primerih, ko sta sila in gibanje predmeta v dveh različnih smereh, je treba v enačbi upoštevati tudi razliko med tema smerema, da dobimo točen rezultat. Najprej ugotovite velikost sile in premika predmeta, kot bi to običajno storili.

      • Poglejmo še en primer naloge. V tem primeru recimo, da vlak igračo vlečemo naprej, kot v zgornjem primeru težave, vendar tokrat dejansko vlečemo navzgor pod diagonalnim kotom. V naslednjem koraku bomo to upoštevali, zaenkrat pa se bomo držali osnov: gibanja vlaka in količine 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 tema dvema smerema kot kot med njima. Če vam te informacije niso posredovane, boste morda morali izmeriti kot sami ali pa ga pridobiti iz drugih informacij v nalogi.

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

   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 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 vrednosti dela

   1. Spremenite formulo za iskanje razdalje, sile ali kota. Zgornja formula dela 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.

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

   2. Delite s časom, porabljenim v gibanju, da bi našli moč. V fiziki je delo tesno povezano z drugo vrsto meritev, imenovano "moč". Moč je preprosto način kvantificiranja hitrosti, s katero se delo opravlja 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 navedene v enotah - W (kar je enako Joulu / sekundo).

      • Na primer, za primer naloge v zgornjem koraku recimo, da je trajalo 12 sekund, da se je vlak premaknil 5 metrov. V tem primeru je vse, kar morate storiti, deliti 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 je sila pozitivna, če deluje v smeri gibanja, če pa nanjo pritiska (proti), 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 joulov. Ker sila v problemu vleče vlak v smeri, ki jo je že prevozil, 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, kolikor lahko več naloge, zagotavlja popolno razumevanje.
   • Nadaljujte z vadbo in poskusite znova, če vam prvič ne uspe.
   • Raziščite naslednje točke glede dela:
     • Delo, ki ga opravi sila, je lahko pozitivno ali negativno. (V tem smislu izraza "pozitiven ali negativen" nosita svoj matematični pomen, vendar običajni pomen).
     • Opravljeno delo je negativno, če sila deluje v nasprotni smeri od premika.
     • Opravljeno delo je pozitivno, če sila deluje v smeri vožnje.