Siła działania zależy od. Encyklopedia szkolna

Wydajność pokazuje stosunek użytecznej pracy wykonanej przez mechanizm lub urządzenie do pracy wykonanej. Często praca wykonana to ilość energii zużytej przez urządzenie na wykonanie pracy.

Będziesz potrzebować

  1. - samochód;
  2. - termometr;
  3. - kalkulator.

Instrukcje

  1. Aby obliczyć współczynnik użyteczne działania(wydajność) podziel pracę użyteczną Ap przez pracę wykonaną Az i pomnóż wynik przez 100% (wydajność = Ap/Az∙100%). Wynik otrzymasz w procentach.
  2. Obliczając sprawność silnika cieplnego, za pracę użyteczną należy uznać pracę mechaniczną wykonaną przez mechanizm. Za wykonaną pracę należy przyjąć ilość ciepła wydzielonego przez spalone paliwo, które jest źródłem energii dla silnika.
  3. Przykład. Średnia siła uciągu silnika samochodowego wynosi 882 N. Na 100 km przejechanego dystansu zużywa on 7 kg benzyny. Określ sprawność jego silnika. Najpierw znajdź satysfakcjonującą pracę. Jest ona równa iloczynowi siły F i drogi S, jaką przebyło ciało pod jej wpływem Аn=F∙S. Oblicz ilość ciepła, która zostanie wydzielona podczas spalania 7 kg benzyny, będzie to wykonana praca Az = Q = q∙m, gdzie q jest ciepłem właściwym spalania paliwa, dla benzyny jest ono równe 42∙ 10^6 J/kg, m to masa tego paliwa. Sprawność silnika będzie równa sprawności=(F∙S)/(q∙m)∙100%= (882∙100000)/(42∙10^6∙7)∙100%=30%.
  4. Ogólnie rzecz biorąc, aby znaleźć sprawność, każdy silnik cieplny (silnik spalinowy, silnik parowy, turbina itp.), W którym pracę wykonuje gaz, ma współczynnik użyteczne działania równej różnicy ciepła oddanego przez grzejnik Q1 i odebranego przez lodówkę Q2, znajdź różnicę między ciepłem grzejnika i lodówki i podziel przez ciepło wydajności grzejnika = (Q1-Q2)/Q1 . Tutaj wydajność mierzy się w podwielokrotnych jednostkach od 0 do 1; aby przeliczyć wynik na procenty, pomnóż go przez 100.
  5. Aby otrzymać sprawność idealnego silnika cieplnego (maszyny Carnota), znajdź stosunek różnicy temperatur pomiędzy grzejnikiem T1 i lodówką T2 do wydajności temperaturowej grzejnika = (T1-T2)/T1. Jest to maksymalna możliwa wydajność dla określonego typu silnika cieplnego przy danych temperaturach grzejnika i lodówki.
  6. W przypadku silnika elektrycznego znajdź pracę wykonaną jako iloczyn mocy i czas potrzebny na jej wykonanie. Przykładowo, jeśli silnik elektryczny dźwigu o mocy 3,2 kW podnosi ładunek o masie 800 kg na wysokość 3,6 m w ciągu 10 s, to jego sprawność jest równa stosunkowi pracy użytecznej Аp=m∙g∙h, gdzie m to masa ładunku, g≈10 m /s² przyspieszenie swobodnego spadania, h – wysokość, na jaką podniesiono ładunek, oraz praca wykonana Az=P∙t, gdzie P – moc silnika, t – czas jego pracy . Uzyskaj wzór na określenie sprawności=Ap/Az∙100%=(m∙g∙h)/(P∙t) ∙100%=%=(800∙10∙3,6)/(3200∙10) ∙100% =90%.

Jaki jest przepis na użyteczną pracę?

Używając tego czy innego mechanizmu, wykonujemy pracę, która zawsze przekracza to, co jest konieczne do osiągnięcia celu. Zgodnie z tym dokonuje się rozróżnienia pomiędzy dziełem pełnym lub wydatkowanym Az i dziełem użytecznym Ap. Jeśli na przykład naszym celem jest podniesienie ładunku o masie m na wysokość H, to pracą użyteczną jest praca, która wynika jedynie z pokonania siły ciężkości działającej na ładunek. Przy równomiernym podnoszeniu ładunku, gdy przyłożona przez nas siła jest równa sile grawitacji ładunku, pracę tę można obliczyć następująco:
Ap = FH = mgH
Praca użyteczna stanowi zawsze tylko niewielką część całkowitej pracy wykonanej przez osobę obsługującą maszynę.

Wielkość fizyczna, która pokazuje, jaka część pracy użytecznej stanowi całkowitą pracę wykonaną, nazywana jest sprawnością mechanizmu.

Co to jest praca w fizyce, definicja wzoru. NN

Pomóż mi rozszyfrować wzór fizyczny

Sprawność silników cieplnych fizyka (wzory, definicje, przykłady) pisz! fizyka (wzory, definicje, przykłady) pisz!

Praca mechaniczna. Jednostki pracy.

W życiu codziennym wszystko rozumiemy pod pojęciem „pracy”.

W fizyce pojęcie Stanowisko nieco inny. Jest to określona wielkość fizyczna, co oznacza, że ​​można ją zmierzyć. W fizyce bada się przede wszystkim Praca mechaniczna .

Spójrzmy na przykłady pracy mechanicznej.

Pociąg porusza się pod wpływem siły trakcyjnej lokomotywy elektrycznej i wykonywana jest praca mechaniczna. Kiedy strzela się z pistoletu, siła ciśnienia gazów proszkowych działa - przesuwa pocisk wzdłuż lufy, a prędkość pocisku wzrasta.

Z tych przykładów jasno wynika, że ​​praca mechaniczna jest wykonywana, gdy ciało porusza się pod wpływem siły. Pracę mechaniczną wykonuje się także w przypadku, gdy siła działająca na ciało (np. siła tarcia) zmniejsza prędkość jego ruchu.

Chcąc przesunąć szafkę, mocno na nią naciskamy, ale jeśli się nie poruszy, to nie wykonujemy pracy mechanicznej. Można sobie wyobrazić przypadek, w którym ciało porusza się bez udziału sił (na zasadzie bezwładności), w tym przypadku również nie jest wykonywana praca mechaniczna.

Więc, praca mechaniczna jest wykonywana tylko wtedy, gdy na ciało działa siła i ciało się porusza .

Nietrudno zrozumieć, że im większa siła działa na ciało i im dłuższa droga, jaką ciało przebywa pod wpływem tej siły, tym większa jest wykonana praca.

Praca mechaniczna jest wprost proporcjonalna do przyłożonej siły i wprost proporcjonalna do przebytej drogi .

Dlatego zgodziliśmy się mierzyć pracę mechaniczną iloczynem siły i drogą przebytą w tym kierunku tej siły:

praca = siła × droga

Gdzie A- Stanowisko, F- siła i S- przebyty dystans.

Za jednostkę pracy uważa się pracę wykonaną przez siłę 1N na drodze 1 m.

Jednostka pracy - dżul (J ) nazwany na cześć angielskiego naukowca Joule'a. Zatem,

1 J = 1 N m.

Także używany kilodżule (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Formuła A = F ma zastosowanie, gdy siła F stały i pokrywa się z kierunkiem ruchu ciała.

Jeśli kierunek siły pokrywa się z kierunkiem ruchu ciała, to siła ta wykonuje pracę dodatnią.

Jeśli ciało porusza się w kierunku przeciwnym do kierunku przyłożonej siły, na przykład siły tarcia ślizgowego, to siła ta wykonuje pracę ujemną.

Jeżeli kierunek siły działającej na ciało jest prostopadły do ​​kierunku ruchu, to siła ta nie wykonuje pracy, praca wynosi zero:

W przyszłości mówiąc o pracy mechanicznej, nazwiemy ją krótko jednym słowem – praca.

Przykład. Oblicz pracę wykonaną podczas podnoszenia płyty granitowej o objętości 0,5 m3 na wysokość 20 m. Gęstość granitu wynosi 2500 kg/m3.

Dany:

ρ = 2500 kg/m 3

Rozwiązanie:

gdzie F jest siłą, którą należy przyłożyć, aby równomiernie podnieść płytę do góry. Siła ta jest równa modułowi siły Fstrand działającej na płytę, tj. F = Fstrand. Siłę ciężkości można określić na podstawie masy płyty: Fwaga = gm. Obliczmy masę płyty, znając jej objętość i gęstość granitu: m = ρV; s = h, tj. droga jest równa wysokości podnoszenia.

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

F = 9,8 N/kg · 1250 kg ≈ 12250 N.

A = 12250 N · 20 m = 245 000 J = 245 kJ.

Odpowiedź: A =245 kJ.

Dźwignie.Moc.Energia

Różne silniki wymagają innego czasu na wykonanie tej samej pracy. Na przykład dźwig na placu budowy w ciągu kilku minut podnosi setki cegieł na najwyższe piętro budynku. Gdyby te cegły zostały przeniesione przez pracownika, zajęłoby mu to kilka godzin. Inny przykład. Koń może zaorać hektar ziemi w 10-12 godzin, natomiast traktor z pługiem wieloletylowym ( lemiesz pługa- część pługa, która odcina warstwę ziemi od dołu i przenosi ją na wysypisko; lemiesz wielopłaszczyznowy - wiele lemieszy), praca ta zostanie wykonana w ciągu 40-50 minut.

Oczywiste jest, że dźwig wykonuje tę samą pracę szybciej niż robotnik, a traktor wykonuje tę samą pracę szybciej niż koń. Szybkość pracy charakteryzuje się specjalną wielkością zwaną mocą.

Moc jest równa stosunkowi pracy do czasu jej wykonania.

Aby obliczyć moc, należy podzielić pracę przez czas, w którym ta praca została wykonana. moc = praca/czas.

Gdzie N- moc, A- Stanowisko, T- czas wykonania pracy.

Moc jest wielkością stałą, gdy w każdej sekundzie wykonywana jest ta sama praca; w pozostałych przypadkach jest to stosunek Na określa moc średnią:

Nśrednia = Na . Za jednostkę mocy przyjmuje się moc, z jaką praca J zostanie wykonana w ciągu 1 s.

Jednostka ta nazywa się wat ( W) na cześć innego angielskiego naukowca Watta.

1 wat = 1 dżul/1 sekunda, Lub 1 W = 1 J/s.

Wat (dżul na sekundę) - W (1 J/s).

Większe jednostki mocy są szeroko stosowane w technologii - kilowat (kW), megawat (MW) .

1 MW = 1 000 000 W

1 kW = 1000 W

1 mW = 0,001 W

1 W = 0,000001 MW

1 W = 0,001 kW

1 W = 1000 mW

Przykład. Znajdź siłę przepływu wody przez tamę, jeśli wysokość spadania wody wynosi 25 m, a jej natężenie przepływu wynosi 120 m3 na minutę.

Dany:

ρ = 1000 kg/m3

Rozwiązanie:

Masa spadającej wody: m = ρV,

m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120 000 kg (12 104 kg).

Grawitacja działająca na wodę:

F = 9,8 m/s2 120 000 kg ≈ 1 200 000 N (12 105 N)

Praca wykonana przez przepływ na minutę:

A - 1 200 000 N · 25 m = 30 000 000 J (3 · 107 J).

Moc przepływu: N = A/t,

N = 30 000 000 J / 60 s = 500 000 W = 0,5 MW.

Odpowiedź: N = 0,5 MW.

Różne silniki mają moc od setnych i dziesiątych kilowata (silnik elektrycznej maszynki do golenia, maszyny do szycia) po setki tysięcy kilowatów (turbiny wodne i parowe).

Tabela 5.

Moc niektórych silników, kW.

Każdy silnik posiada tabliczkę (paszport silnika), na której znajdują się pewne informacje o silniku, w tym jego moc.

Moc człowieka w normalnych warunkach pracy wynosi średnio 70-80 W. Skacząc lub wbiegając po schodach, człowiek może rozwinąć moc do 730 W, a w niektórych przypadkach nawet więcej.

Ze wzoru N = A/t wynika, że

Aby obliczyć pracę, należy pomnożyć moc przez czas, w którym ta praca została wykonana.

Przykład. Silnik wentylatora pokojowego ma moc 35 watów. Ile pracy wykona w ciągu 10 minut?

Zapiszmy warunki problemu i rozwiążmy go.

Dany:

Rozwiązanie:

A = 35 W * 600 s = 21 000 W * s = 21 000 J = 21 kJ.

Odpowiedź A= 21 kJ.

Proste mechanizmy.

Od niepamiętnych czasów człowiek posługiwał się różnymi urządzeniami do wykonywania pracy mechanicznej.

Każdy wie, że ciężki przedmiot (kamień, szafka, obrabiarka), którego nie da się poruszyć ręką, można przesunąć za pomocą odpowiednio długiego drążka – dźwigni.

Obecnie uważa się, że trzy tysiące lat temu, podczas budowy piramid w starożytnym Egipcie, za pomocą dźwigni przesuwano i podnoszono na duże wysokości ciężkie kamienne płyty.

W wielu przypadkach zamiast podnosić ciężki ładunek na określoną wysokość, można go przetoczyć lub przeciągnąć na tę samą wysokość po pochyłej płaszczyźnie lub podnieść za pomocą klocków.

Urządzenia służące do przekształcania siły nazywane są mechanizmy .

Do prostych mechanizmów należą: dźwignie i ich odmiany - blok, brama; płaszczyzna pochyła i jej odmiany - klin, śruba. W większości przypadków stosuje się proste mechanizmy w celu uzyskania siły, czyli kilkukrotnego zwiększenia siły działającej na ciało.

Proste mechanizmy można spotkać zarówno w gospodarstwie domowym, jak i we wszystkich skomplikowanych maszynach przemysłowych i przemysłowych, które wycinają, skręcają i tłoczą duże arkusze stali lub wyciągają najcieńsze nici, z których następnie powstają tkaniny. Te same mechanizmy można znaleźć we współczesnych skomplikowanych automatach, maszynach drukarskich i liczących.

Ramię dźwigni. Równowaga sił na dźwigni.

Rozważmy najprostszy i najczęstszy mechanizm - dźwignię.

Dźwignia to sztywny korpus, który może obracać się wokół nieruchomego wspornika.

Zdjęcia pokazują, jak pracownik używa łomu jako dźwigni do podnoszenia ładunku. W pierwszym przypadku robotnik siłą F naciska koniec łomu B, w drugim - podnosi koniec B.

Pracownik musi pokonać ciężar ładunku P- siła skierowana pionowo w dół. Aby to zrobić, obraca łom wokół osi przechodzącej przez jedyną bez ruchu punktem krytycznym jest punkt jego podparcia O. Siła F z jaką pracownik oddziałuje na dźwignię, jest mniejsza siła P, w ten sposób pracownik otrzymuje zyskać na sile. Za pomocą dźwigni możesz podnieść tak duży ładunek, że nie jesteś w stanie go samodzielnie unieść.

Rysunek pokazuje dźwignię, której oś obrotu wynosi O(punkt podparcia) znajduje się pomiędzy punktami przyłożenia sił A I W. Kolejne zdjęcie przedstawia schemat tej dźwigni. Obie siły F 1 i F 2 działające na dźwignię skierowane są w jednym kierunku.

Najkrótsza odległość między punktem podparcia a linią prostą, wzdłuż której siła działa na dźwignię, nazywana jest ramieniem siły.

Aby znaleźć ramię siły, należy obniżyć prostopadłą od punktu podparcia do linii działania siły.

Długość tej prostopadłej będzie ramieniem tej siły. Rysunek to pokazuje OA- siła ramion F 1; OB- siła ramion F 2. Siły działające na dźwignię mogą obracać ją wokół własnej osi w dwóch kierunkach: zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Tak, siła F 1 obraca dźwignię zgodnie z ruchem wskazówek zegara i siłę F 2 obraca go w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Stan, w którym dźwignia znajduje się w równowadze pod wpływem przyłożonych do niej sił, można ustalić eksperymentalnie. Należy pamiętać, że wynik działania siły zależy nie tylko od jej wartości liczbowej (modułu), ale także od punktu, w którym jest ona przyłożona do ciała, czyli od tego, jak jest skierowana.

Na dźwigni (patrz rysunek) zawieszone są różne ciężarki po obu stronach punktu podparcia, dzięki czemu za każdym razem dźwignia pozostaje w równowadze. Siły działające na dźwignię są równe ciężarom tych obciążeń. W każdym przypadku mierzone są moduły siły i ich ramiona. Z doświadczenia pokazanego na rysunku 154 jasno wynika, że ​​siła 2 N równoważy siły 4 N. W tym przypadku, jak widać na rysunku, ramię o mniejszej wytrzymałości jest 2 razy większe niż ramię o większej wytrzymałości.

Na podstawie takich doświadczeń ustalono warunek (zasadę) równowagi dźwigni.

Dźwignia znajduje się w równowadze, gdy działające na nią siły są odwrotnie proporcjonalne do ramion tych sił.

Regułę tę można zapisać w postaci wzoru:

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

Gdzie F 1I F 2 - siły działające na dźwignię, l 1I l 2 , - ramiona tych sił (patrz rysunek).

Zasada równowagi dźwigni została ustanowiona przez Archimedesa około 287 - 212. pne mi. (ale w ostatnim akapicie było powiedziane, że dźwigniami posługiwali się Egipcjanie? A może słowo „ustanowiony” odgrywa tu ważną rolę?)

Z tej reguły wynika, że ​​mniejszą siłę można wykorzystać do zrównoważenia większej siły za pomocą dźwigni. Niech jedno ramię dźwigni będzie 3 razy większe od drugiego (patrz rysunek). Następnie przykładając siłę np. 400 N w punkcie B można podnieść kamień o masie 1200 N. Aby podnieść jeszcze większy ładunek należy zwiększyć długość ramienia dźwigni, na którą działa pracownik.

Przykład. Za pomocą dźwigni pracownik podnosi płytę o masie 240 kg (patrz ryc. 149). Jaką siłę przyłoży do większego ramienia dźwigni o długości 2,4 m, jeśli mniejsze ramię ma długość 0,6 m?

Zapiszmy warunki problemu i rozwiążmy go.

Dany:

Rozwiązanie:

Zgodnie z zasadą równowagi dźwigni F1/F2 = l2/l1, skąd F1 = F2 l2/l1, gdzie F2 = P jest ciężarem kamienia. Masa kamienia asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

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

Odpowiedź: F1 = 600 N.

W naszym przykładzie robotnik pokonuje siłę 2400 N, przykładając do dźwigni siłę 600 N. Ale w tym przypadku ramię, na którym działa robotnik, jest 4 razy dłuższe niż to, na które działa ciężar kamienia ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Stosując zasadę dźwigni, mniejsza siła może zrównoważyć większą siłę. W takim przypadku ramię o mniejszej sile powinno być dłuższe niż ramię o większej wytrzymałości.

Chwila mocy.

Znasz już zasadę równowagi dźwigni:

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

Korzystając z własności proporcji (iloczyn jej skrajnych członków jest równy iloczynowi środkowych) zapisujemy to w następującej postaci:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Po lewej stronie równania znajduje się iloczyn siły F 1 na ramieniu l 1, a po prawej - iloczyn siły F 2 na ramieniu l 2 .

Nazywa się iloczynem modułu siły obracającej ciało i jego ramię moment siły; jest on oznaczony literą M. Oznacza to

Dźwignia znajduje się w równowadze pod działaniem dwóch sił, jeśli moment siły obracającej ją w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara jest równy momentowi siły obracającej ją w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Zasada ta nazywa się reguła chwil , można zapisać w postaci wzoru:

M1 = M2

Rzeczywiście, w rozważanym przez nas eksperymencie (§ 56) działające siły były równe 2 N i 4 N, ich ramiona wyniosły odpowiednio 4 i 2 naciski dźwigni, tj. momenty tych sił są takie same, gdy dźwignia jest w równowadze .

Moment siły, jak każdą wielkość fizyczną, można zmierzyć. Za jednostkę momentu siły przyjmuje się moment siły 1 N, którego ramię wynosi dokładnie 1 m.

Ta jednostka nazywa się niutonometr (Nm).

Moment siły charakteryzuje działanie siły i pokazuje, że zależy ono jednocześnie zarówno od modułu siły, jak i od jej dźwigni. Rzeczywiście wiemy już na przykład, że działanie siły na drzwi zależy zarówno od wielkości siły, jak i od miejsca przyłożenia siły. Im łatwiej jest obrócić drzwi, tym dalej od osi obrotu działa na nie siła. Lepiej odkręcić nakrętkę długim kluczem niż krótkim. Im łatwiej jest podnieść wiadro ze studni, tym dłuższy jest uchwyt bramy itp.

Dźwignie w technologii, życiu codziennym i przyrodzie.

Zasada dźwigni (lub zasada momentów) leży u podstaw działania różnego rodzaju narzędzi i urządzeń stosowanych w technice i życiu codziennym, gdzie wymagany jest przyrost siły lub podróż.

Pracując nożyczkami, zyskujemy siłę. Nożyce - to jest dźwignia(rys.), którego oś obrotu odbywa się poprzez śrubę łączącą obie połówki nożyczek. Siła działająca F 1 to siła mięśni ręki osoby trzymającej nożyczki. Przeciwwaga F 2 to siła oporu materiału ciętego nożyczkami. W zależności od przeznaczenia nożyczek ich konstrukcja jest różna. Nożyczki biurowe przeznaczone do cięcia papieru mają długie ostrza i rączki o niemal tej samej długości. Cięcie papieru nie wymaga dużej siły, a długie ostrze ułatwia cięcie w linii prostej. Nożyce do cięcia blachy (rys.) mają rękojeści znacznie dłuższe od ostrzy, ponieważ siła oporu metalu jest duża i aby ją zrównoważyć, należy znacznie zwiększyć ramię działającej siły. Jeszcze większa jest różnica pomiędzy długością uchwytów a odległością części tnącej od osi obrotu nożyce do drutu(ryc.), przeznaczony do cięcia drutu.

Wiele maszyn ma różne typy dźwigni. Uchwyt maszyny do szycia, pedały lub hamulec ręczny roweru, pedały samochodu i traktora, a także klawisze fortepianu to przykłady dźwigni stosowanych w tych maszynach i narzędziach.

Przykładami zastosowania dźwigni są uchwyty imadła i stołów warsztatowych, dźwignia wiertarki itp.

Działanie wag dźwigniowych opiera się na zasadzie dźwigni (ryc.). Skale treningowe pokazane na rycinie 48 (s. 42) pełnią rolę: dźwignia równoramienna . W skale dziesiętne Ramię, na którym zawieszona jest miseczka z ciężarkami, jest 10 razy dłuższe od ramienia przenoszącego obciążenie. Dzięki temu ważenie dużych ładunków jest znacznie łatwiejsze. Ważąc ładunek w skali dziesiętnej, należy pomnożyć masę odważników przez 10.

Urządzenie wag do ważenia wagonów towarowych również opiera się na zasadzie dźwigni.

Dźwignie znajdują się również w różnych częściach ciała zwierząt i ludzi. Są to np. ręce, nogi, szczęki. Wiele dźwigni można znaleźć w ciele owadów (czytając książkę o owadach i budowie ich ciał), ptakach i budowie roślin.

Zastosowanie prawa równowagi dźwigni do klocka.

Blok Jest to koło z rowkiem, mocowane w uchwycie. Przez rowek bloku przeprowadzana jest lina, kabel lub łańcuch.

Naprawiono blok Nazywa się to blokiem, którego oś jest stała i nie podnosi się ani nie opada podczas podnoszenia ładunków (ryc.).

Blok stały można uznać za dźwignię równoramienną, w której ramiona sił są równe promieniowi koła (ryc.): OA = OB = r. Taki blok nie zapewnia wzrostu siły. ( F 1 = F 2), ale pozwala na zmianę kierunku siły. Ruchomy blok - to jest blok. którego oś podnosi się i opada wraz z ładunkiem (ryc.). Rysunek przedstawia odpowiednią dźwignię: O- punkt podparcia dźwigni, OA- siła ramion R I OB- siła ramion F. Od ramienia OB 2 razy w ramię OA, potem siła F 2 razy mniejsza siła R:

F = P/2 .

Zatem, ruchomy blok daje 2-krotny wzrost siły .

Można to udowodnić, korzystając z koncepcji momentu siły. Gdy blok jest w równowadze, momenty sił F I R sobie równi. Ale ramię siły F 2 razy większa dźwignia R, a co za tym idzie, sama moc F 2 razy mniejsza siła R.

Zwykle w praktyce stosuje się kombinację bloku stałego i ruchomego (ryc.). Blok stały służy wyłącznie dla wygody. Nie daje przyrostu siły, ale zmienia kierunek siły. Pozwala na przykład podnieść ładunek stojąc na ziemi. Jest to przydatne dla wielu osób lub pracowników. Daje jednak przyrost siły 2 razy większy niż zwykle!

Równość pracy przy zastosowaniu prostych mechanizmów. „Złota zasada” mechaniki.

Rozważane przez nas proste mechanizmy są wykorzystywane podczas wykonywania pracy w przypadkach, gdy konieczne jest zrównoważenie innej siły poprzez działanie jednej siły.

Naturalnie pojawia się pytanie: czy dając przyrost mocy lub ścieżki, czy proste mechanizmy nie dają zysku w pracy? Odpowiedź na to pytanie można uzyskać z doświadczenia.

Poprzez równoważenie dwóch sił o różnej wielkości na dźwigni F 1 i F 2 (rys.), wprawić dźwignię w ruch. Okazuje się, że w tym samym czasie w miejscu przyłożenia mniejszej siły F 2 idzie dalej S 2 i punkt przyłożenia większej siły F 1 - krótsza ścieżka S 1. Po zmierzeniu tych dróg i modułów sił stwierdzamy, że drogi pokonywane przez punkty przyłożenia sił na dźwignię są odwrotnie proporcjonalne do sił:

S 1 / S 2 = F 2 / F 1.

Zatem działając na długie ramię dźwigni, zyskujemy na sile, ale jednocześnie tracimy po drodze o tę samą ilość.

Iloczyn siły F w drodze S jest praca. Z naszych doświadczeń wynika, że ​​praca wykonana przez siły przyłożone do dźwigni jest sobie równa:

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

Więc, Używając dźwigni, nie będziesz w stanie wygrać w pracy.

Używając dźwigni, możemy zyskać albo moc, albo dystans. Przykładając siłę do krótkiego ramienia dźwigni, zwiększamy odległość, ale tracimy o tę samą wartość siłę.

Istnieje legenda, że ​​Archimedes zachwycony odkryciem zasady dźwigni wykrzyknął: „Daj mi punkt podparcia, a obrócę Ziemię!”

Oczywiście Archimedes nie poradziłby sobie z takim zadaniem, nawet gdyby otrzymał punkt podparcia (który powinien znajdować się poza Ziemią) i dźwignię o wymaganej długości.

Aby podnieść ziemię o zaledwie 1 cm, długie ramię dźwigni musiałoby opisać łuk o ogromnej długości. Przesunięcie długiego końca dźwigni po tej drodze zajęłoby miliony lat, na przykład z prędkością 1 m/s!

Blok stacjonarny nie daje żadnego zysku w pracy, co można łatwo zweryfikować eksperymentalnie (patrz rysunek). Drogi, po których przechodzą punkty przyłożenia sił F I F, są takie same, siły są takie same, co oznacza, że ​​praca jest taka sama.

Możesz zmierzyć i porównać pracę wykonaną za pomocą ruchomego klocka. Aby za pomocą ruchomego klocka podnieść ładunek na wysokość h, należy, jak pokazuje doświadczenie (ryc.), koniec liny, do której przymocowana jest hamownia, przesunąć na wysokość 2h.

Zatem, uzyskując 2-krotny wzrost siły, po drodze tracą 2-krotnie, dlatego ruchomy klocek nie daje przyrostu pracy.

Pokazała to wielowiekowa praktyka Żaden z mechanizmów nie zapewnia wzrostu wydajności. Wykorzystują różne mechanizmy, aby zwyciężyć siłą lub w podróży, w zależności od warunków pracy.

Już starożytni naukowcy znali zasadę obowiązującą wszystkie mechanizmy: nieważne ile razy wygramy siłą, tyle samo razy przegramy na dystansie. Zasadę tę nazwano „złotą zasadą” mechaniki.

Sprawność mechanizmu.

Rozważając konstrukcję i działanie dźwigni, nie wzięliśmy pod uwagę tarcia, a także ciężaru dźwigni. w tych idealnych warunkach praca wykonana przez przyłożoną siłę (nazwiemy ją pracą pełny), jest równe użyteczne pracować przy podnoszeniu ciężarów lub pokonywaniu oporu.

W praktyce całkowita praca wykonana przez mechanizm jest zawsze nieco większa niż praca użyteczna.

Część pracy jest wykonywana wbrew sile tarcia w mechanizmie oraz poprzez przesuwanie poszczególnych jego części. Zatem korzystając z ruchomego klocka należy dodatkowo wykonać pracę polegającą na podniesieniu samego klocka, liny oraz wyznaczeniu siły tarcia w osi klocka.

Jakikolwiek mechanizm przyjmiemy, pożyteczna praca wykonana za jego pomocą zawsze stanowi tylko część pracy całkowitej. Oznacza to, że oznaczając pracę użyteczną literą Ap, pracę całkowitą (wydaną) literą Az, możemy napisać:

W górę< Аз или Ап / Аз < 1.

Stosunek pracy użytecznej do pracy całkowitej nazywa się sprawnością mechanizmu.

Współczynnik wydajności jest skrótem oznaczany jako efektywność.

Wydajność = Ap / Az.

Wydajność jest zwykle wyrażana w procentach i oznaczona grecką literą η, czytaną jako „eta”:

η = Ap / Az · 100%.

Przykład: Na krótkim ramieniu dźwigni zawieszony jest ładunek o masie 100 kg. Aby go podnieść, na długie ramię działa siła 250 N. Ładunek podnosi się na wysokość h1 = 0,08 m, natomiast punkt przyłożenia siły napędowej opada do wysokości h2 = 0,4 m. Znajdź skuteczność dźwigni.

Zapiszmy warunki problemu i rozwiążmy go.

Dany :

Rozwiązanie :

η = Ap / Az · 100%.

Praca całkowita (nakładana) Az = Fh2.

Przydatna praca Ap = Рh1

P = 9,8 · 100 kg ≈ 1000 N.

Ap = 1000 N · 0,08 = 80 J.

Az = 250 N · 0,4 m = 100 J.

η = 80 J/100 J 100% = 80%.

Odpowiedź : η = 80%.

Ale „złota zasada” ma zastosowanie także w tym przypadku. Część użytecznej pracy - 20% - przeznaczona jest na pokonanie tarcia w osi dźwigni i oporu powietrza, a także na ruch samej dźwigni.

Sprawność dowolnego mechanizmu jest zawsze mniejsza niż 100%. Projektując mechanizmy, ludzie dążą do zwiększenia ich wydajności. Aby to osiągnąć, zmniejsza się tarcie w osiach mechanizmów i ich ciężar.

Energia.

W fabrykach i fabrykach maszyny i maszyny napędzane są silnikami elektrycznymi, które zużywają energię elektryczną (stąd nazwa).

Ściśnięta sprężyna (rys.) po wyprostowaniu działa, podnosi ładunek na wysokość lub wprawia wózek w ruch.

Stacjonarny ładunek podniesiony nad ziemię nie wykonuje pracy, ale jeśli ten ładunek spadnie, może wykonać pracę (np. może wbić pal w ziemię).

Każde poruszające się ciało ma zdolność do wykonania pracy. Zatem stalowa kula A (rys.) tocząca się z pochyłej płaszczyzny, uderzając w drewniany klocek B, przesuwa ją na określoną odległość. Jednocześnie praca jest wykonywana.

Jeśli ciało lub kilka oddziałujących ze sobą ciał (układ ciał) może wykonać pracę, mówi się, że mają one energię.

Energia - wielkość fizyczna pokazująca, jaką pracę może wykonać ciało (lub kilka ciał). Energię wyraża się w układzie SI w tych samych jednostkach co praca, czyli w dżule.

Im więcej pracy może wykonać ciało, tym więcej ma energii.

Po wykonaniu pracy następuje zmiana energii ciał. Wykonana praca jest równa zmianie energii.

Energia potencjalna i kinetyczna.

Potencjał (od łac. moc - możliwość) energia to energia określona przez względne położenie oddziałujących ciał i części tego samego ciała.

Na przykład energię potencjalną posiada ciało uniesione nad powierzchnię Ziemi, ponieważ energia ta zależy od względnego położenia tego ciała i Ziemi. i ich wzajemne przyciąganie. Jeżeli przyjmiemy, że energia potencjalna ciała leżącego na Ziemi wynosi zero, wówczas energia potencjalna ciała podniesionego na określoną wysokość będzie określona przez pracę wykonaną przez grawitację podczas upadku ciała na Ziemię. Oznaczmy energię potencjalną ciała mi n, ponieważ E = A, a praca, jak wiemy, jest zatem równa iloczynowi siły i drogi

A = Fh,

Gdzie F- grawitacja.

Oznacza to, że energia potencjalna En jest równa:

E = Fh lub E = gmh,

Gdzie G- przyśpieszenie grawitacyjne, M- masa ciała, H- wysokość, na jaką podniesione jest ciało.

Woda w rzekach utrzymywana przez tamy ma ogromną energię potencjalną. Spadając, woda działa, napędzając potężne turbiny elektrowni.

Energia potencjalna młota koprowego (rys.) wykorzystywana jest w budownictwie do wykonywania pracy wbijania pali.

Podczas otwierania drzwi za pomocą sprężyny wykonywana jest praca polegająca na rozciągnięciu (lub ściśnięciu) sprężyny. Dzięki pozyskanej energii sprężyna kurcząc się (lub prostując) pracuje zamykając drzwi.

Energię ściśniętych i nieskręconych sprężyn wykorzystuje się np. w zegarkach, różnych nakręcanych zabawkach itp.

Każde sprężyście odkształcone ciało ma energię potencjalną. Energia potencjalna sprężonego gazu wykorzystywana jest w pracy silników cieplnych, w młotach pneumatycznych mających szerokie zastosowanie w górnictwie, przy budowie dróg, wydobywaniu twardych gruntów itp.

Energię, którą ciało posiada w wyniku swojego ruchu, nazywamy kinetyczną (z gr. kinema - ruch) energia.

Energię kinetyczną ciała oznaczamy literą mi Do.

Poruszająca się woda, napędzająca turbiny elektrowni wodnych, zużywa swoją energię kinetyczną i faktycznie działa. Poruszające się powietrze, wiatr, również ma energię kinetyczną.

Od czego zależy energia kinetyczna? Przejdźmy do doświadczenia (patrz rysunek). Jeśli będziesz toczył piłkę A z różnych wysokości, zauważysz, że im większa wysokość, z jakiej piłka się toczy, tym większa jest jej prędkość i tym dalej przesuwa klocek, czyli wykonuje większą pracę. Oznacza to, że energia kinetyczna ciała zależy od jego prędkości.

Ze względu na swoją prędkość lecący pocisk ma dużą energię kinetyczną.

Energia kinetyczna ciała zależy również od jego masy. Powtórzmy nasz eksperyment, ale z pochyłej płaszczyzny wytoczymy kolejną kulę o większej masie. Pasek B przesunie się dalej, czyli zostanie wykonana większa praca. Oznacza to, że energia kinetyczna drugiej piłki jest większa niż pierwszej.

Im większa masa ciała i prędkość, z jaką się ono porusza, tym większa jest jego energia kinetyczna.

Do wyznaczenia energii kinetycznej ciała stosuje się wzór:

Ek = mv^2 /2,

Gdzie M- masa ciała, w- prędkość ruchu ciała.

Energia kinetyczna ciał jest wykorzystywana w technologii. Woda zatrzymana przez zaporę ma, jak już wspomniano, dużą energię potencjalną. Kiedy woda spada z tamy, porusza się i ma tę samą wysoką energię kinetyczną. Napędza turbinę połączoną z generatorem prądu elektrycznego. Dzięki energii kinetycznej wody wytwarzana jest energia elektryczna.

Energia płynącej wody ma ogromne znaczenie w gospodarce narodowej. Energia ta wykorzystywana jest przy pomocy potężnych elektrowni wodnych.

Energia spadającej wody jest źródłem energii przyjaznym dla środowiska, w przeciwieństwie do energii paliwowej.

Wszystkie ciała w przyrodzie, w stosunku do konwencjonalnej wartości zerowej, mają energię potencjalną lub kinetyczną, a czasami obie razem. Na przykład lecący samolot ma energię kinetyczną i potencjalną w stosunku do Ziemi.

Zapoznaliśmy się z dwoma rodzajami energii mechanicznej. Inne rodzaje energii (elektryczna, wewnętrzna itp.) zostaną omówione w innych częściach kursu fizyki.

Zamiana jednego rodzaju energii mechanicznej na inny.

Zjawisko przemiany jednego rodzaju energii mechanicznej w inny jest bardzo wygodne do zaobserwowania na urządzeniu pokazanym na rysunku. Nawijając nić na oś, dysk urządzenia podnosi się. Dysk uniesiony do góry ma pewną energię potencjalną. Jeśli go puścisz, obróci się i zacznie spadać. W miarę opadania energia potencjalna dysku maleje, ale jednocześnie wzrasta jego energia kinetyczna. Pod koniec upadku dysk ma taki zapas energii kinetycznej, że może ponownie wznieść się prawie do poprzedniej wysokości. (Część energii jest zużywana na walkę z siłą tarcia, w związku z czym dysk nie osiąga swojej pierwotnej wysokości.) Po wzniesieniu dysk ponownie opada, a następnie ponownie się podnosi. W tym eksperymencie, gdy dysk porusza się w dół, jego energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną, a gdy porusza się w górę, energia kinetyczna zamienia się w energię potencjalną.

Przekształcenie energii z jednego rodzaju na drugi następuje także w przypadku zderzenia dwóch ciał sprężystych, na przykład gumowej piłki o podłogę lub stalowej kuli o stalową płytkę.

Jeśli podniesiesz stalową kulkę (ryż) nad stalową płytkę i wypuścisz ją z rąk, spadnie. Gdy piłka spada, jej energia potencjalna maleje, a energia kinetyczna rośnie wraz ze wzrostem prędkości piłki. Kiedy piłka uderzy w płytę, zarówno piłka, jak i płyta zostaną ściśnięte. Energia kinetyczna, jaką miała kulka, zamieni się w energię potencjalną ściśniętej płyty i ściśniętej kuli. Następnie, dzięki działaniu sił sprężystych, płytka i kulka przyjmą swój pierwotny kształt. Piłka odbije się od płyty, a ich energia potencjalna ponownie zamieni się w energię kinetyczną piłki: piłka odbije się z prędkością prawie równą prędkości, jaką miała w momencie uderzenia w płytę. Gdy piłka wznosi się w górę, prędkość piłki, a tym samym jej energia kinetyczna, maleje, podczas gdy energia potencjalna wzrasta. Po odbiciu się od płyty piłka wznosi się prawie na tę samą wysokość, z której zaczęła spadać. W najwyższym punkcie wzrostu cała jego energia kinetyczna ponownie zamieni się w potencjał.

Zjawiskom naturalnym towarzyszy zwykle przemiana jednego rodzaju energii w inny.

Energia może być przenoszona z jednego ciała na drugie. Na przykład podczas strzelania z łuku energia potencjalna naciągniętej cięciwy zamienia się w energię kinetyczną lecącej strzały.

Czy wiesz, co to jest praca? Bez wątpienia. Każdy człowiek wie, czym jest praca, pod warunkiem, że urodził się i żyje na planecie Ziemia. Co to jest praca mechaniczna?

Koncepcja ta jest również znana większości ludzi na planecie, chociaż niektóre osoby mają raczej niejasne zrozumienie tego procesu. Ale nie o nich teraz mówimy. Jeszcze mniej osób ma pojęcie, co to jest praca mechaniczna z punktu widzenia fizyki. W fizyce praca mechaniczna nie jest pracą człowieka w celu zdobycia pożywienia, jest to wielkość fizyczna, która może być całkowicie niezwiązana ani z osobą, ani z żadną inną żywą istotą. Jak to? Rozwiążmy to teraz.

Praca mechaniczna w fizyce

Podajmy dwa przykłady. W pierwszym przykładzie wody rzeki, zwrócone w stronę przepaści, głośno spadają w postaci wodospadu. Drugim przykładem jest mężczyzna, który w wyciągniętych ramionach trzyma ciężki przedmiot, na przykład rozwalony dach nad werandą wiejskiego domu, podczas gdy jego żona i dzieci gorączkowo szukają czegoś, czym mogliby go podeprzeć. Kiedy wykonuje się prace mechaniczne?

Definicja pracy mechanicznej

Prawie każdy bez wahania odpowie: w drugim. I będą się mylić. Przeciwieństwo jest prawdą. W fizyce opisuje się pracę mechaniczną z następującymi definicjami: Praca mechaniczna jest wykonywana, gdy na ciało działa siła i ciało się porusza. Praca mechaniczna jest wprost proporcjonalna do przyłożonej siły i przebytej drogi.

Wzór pracy mechanicznej

Pracę mechaniczną określa się wzorem:

gdzie A jest pracą,
F - siła,
s to przebyta odległość.

Tak więc, mimo całego bohaterstwa zmęczonego dekarza, praca, którą wykonał, wynosi zero, ale największą pracę mechaniczną wykonuje woda spadająca pod wpływem grawitacji z wysokiego klifu. Oznacza to, że jeśli bezskutecznie popchniemy ciężką szafkę, to praca, którą wykonaliśmy z punktu widzenia fizyki, będzie równa zeru, mimo że przyłożymy dużą siłę. Jeżeli natomiast przesuniemy szafkę na określoną odległość, to wykonamy pracę równą iloczynowi przyłożonej siły i drogi, na jaką przesunęliśmy ciało.

Jednostką pracy jest 1 J. Jest to praca wykonana przez siłę 1 Newtona podczas przemieszczania ciała na odległość 1 m. Jeżeli kierunek przyłożonej siły pokrywa się z kierunkiem ruchu ciała, to siła ta robi pozytywną robotę. Przykładem jest sytuacja, gdy popychamy ciało, a ono się porusza. A w przypadku przyłożenia siły w kierunku przeciwnym do ruchu ciała, na przykład siły tarcia, wówczas siła ta wykonuje pracę ujemną. Jeżeli przyłożona siła nie wpływa w żaden sposób na ruch ciała, to siła wykonana przez tę pracę jest równa zeru.

Zanim ujawnimy temat „Jak mierzy się pracę”, należy dokonać małej dygresji. Wszystko na tym świecie podlega prawom fizyki. Każdy proces lub zjawisko można wyjaśnić w oparciu o pewne prawa fizyki. Dla każdej mierzonej wielkości istnieje jednostka, w której jest ona zwykle mierzona. Jednostki miary są stałe i mają to samo znaczenie na całym świecie.

Przyczyna tego jest następująca. W roku 1960 na XI Generalnej Konferencji Miar i Wag przyjęto system miar uznawany na całym świecie. System ten został nazwany Le Système International d’Unités, SI (SI System International). System ten stał się podstawą do określenia jednostek miar przyjętych na całym świecie i ich zależności.

Terminy i terminologia fizyczna

W fizyce jednostka miary pracy siły nazywa się J (Joule), na cześć angielskiego fizyka Jamesa Joule'a, który wniósł wielki wkład w rozwój dziedziny termodynamiki w fizyce. Jeden dżul jest równy pracy wykonanej przez siłę jednego N (Newtona), gdy jej przyłożenie przesuwa się o jeden M (metr) w kierunku siły. Jeden N (Newton) jest równy sile o masie jednego kg (kilograma) i przyspieszeniu jednego m/s2 (metr na sekundę) w kierunku siły.

Dla Twojej informacji. W fizyce wszystko jest ze sobą powiązane, wykonanie jakiejkolwiek pracy wiąże się z wykonaniem dodatkowych działań. Jako przykład możemy wziąć wentylator domowy. Po podłączeniu wentylatora łopatki zaczynają się obracać. Obracające się łopatki wpływają na przepływ powietrza, nadając mu kierunek ruchu. Oto efekt tej pracy. Ale do wykonania pracy niezbędny jest wpływ innych sił zewnętrznych, bez których działanie nie jest możliwe. Należą do nich prąd elektryczny, moc, napięcie i wiele innych powiązanych wartości.

Prąd elektryczny jest w swej istocie uporządkowanym ruchem elektronów w przewodniku w jednostce czasu. Prąd elektryczny opiera się na cząstkach naładowanych dodatnio lub ujemnie. Nazywa się je ładunkami elektrycznymi. Oznaczone literami C, q, Kl (Coulomb), nazwane na cześć francuskiego naukowca i wynalazcy Charlesa Coulomba. W układzie SI jest to jednostka miary liczby naładowanych elektronów. 1 C jest równy objętości naładowanych cząstek przepływających przez przekrój przewodnika w jednostce czasu. Jednostką czasu jest jedna sekunda. Wzór na ładunek elektryczny pokazano na poniższym rysunku.

Siła prądu elektrycznego jest oznaczona literą A (amper). Amper jest jednostką fizyczną charakteryzującą pomiar pracy siły użytej do przemieszczania ładunków wzdłuż przewodnika. W swojej istocie prąd elektryczny jest uporządkowanym ruchem elektronów w przewodniku pod wpływem pola elektromagnetycznego. Przewodnik to materiał lub stopiona sól (elektrolit), która ma niewielki opór dla przepływu elektronów. Na siłę prądu elektrycznego wpływają dwie wielkości fizyczne: napięcie i rezystancja. Zostaną one omówione poniżej. Natężenie prądu jest zawsze wprost proporcjonalne do napięcia i odwrotnie proporcjonalne do rezystancji.

Jak wspomniano powyżej, prąd elektryczny to uporządkowany ruch elektronów w przewodniku. Ale jest jedno zastrzeżenie: potrzebują pewnego uderzenia, aby się poruszyć. Efekt ten powstaje poprzez utworzenie różnicy potencjałów. Ładunek elektryczny może być dodatni lub ujemny. Ładunki dodatnie zawsze dążą do ładunków ujemnych. Jest to konieczne dla równowagi systemu. Różnica między liczbą dodatnio i ujemnie naładowanych cząstek nazywana jest napięciem elektrycznym.

Moc to ilość energii zużytej na wykonanie jednego J (dżula) pracy w ciągu jednej sekundy. Jednostką miary w fizyce jest W (wat), w układzie SI W (wat). Ponieważ pod uwagę brana jest moc elektryczna, jest to wartość energii elektrycznej zużytej na wykonanie określonej czynności w określonym czasie.

W fizyce pojęcie „pracy” ma inną definicję niż ta używana w życiu codziennym. W szczególności terminu „praca” używa się, gdy siła fizyczna powoduje ruch obiektu. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli duża siła powoduje, że obiekt przesunie się bardzo daleko, oznacza to, że wykonywana jest duża praca. A jeśli siła jest mała lub obiekt nie porusza się zbyt daleko, wówczas wykonywana jest tylko niewielka ilość pracy. Siłę można obliczyć korzystając ze wzoru: Praca = F × D × cosinus (θ), gdzie F = siła (w niutonach), D = przemieszczenie (w metrach), a θ = kąt między wektorem siły a kierunkiem ruchu.

Kroki

Część 1

Znalezienie wartości pracy w jednym wymiarze

  1. Znajdź kierunek wektora siły i kierunek ruchu. Na początek ważne jest określenie, w jakim kierunku porusza się obiekt oraz gdzie przykładana jest siła. Pamiętaj, że przedmioty nie zawsze poruszają się zgodnie z przyłożoną do nich siłą – na przykład, jeśli ciągniesz mały wózek za uchwyt, wówczas przykładasz siłę ukośną (jeśli jesteś wyższy od wózka), aby przesunąć go do przodu . W tej części zajmiemy się jednak sytuacjami, w których działa siła (wysiłek) i ruch obiektu Posiadać ten sam kierunek. Aby uzyskać informacje o tym, jak znaleźć pracę, gdy te elementy Nie mają ten sam kierunek, przeczytaj poniżej.

    • Aby ułatwić zrozumienie tego procesu, prześledźmy przykładowy problem. Załóżmy, że wagon z zabawkami jest ciągnięty na wprost przez jadący przed nim pociąg. W tym przypadku wektor siły i kierunek ruchu pociągu wskazują na tę samą ścieżkę - do przodu. W kolejnych krokach wykorzystamy te informacje, aby pomóc znaleźć pracę wykonaną przez obiekt.

  2. Znajdź przemieszczenie obiektu. Pierwszą zmienną D lub przesunięcie, której potrzebujemy do wzoru na pracę, zwykle łatwo jest znaleźć. Przemieszczenie to po prostu odległość, na jaką siła spowodowała przesunięcie obiektu z jego pierwotnego położenia. W przypadku problemów edukacyjnych informacje te są zazwyczaj podawane (znane) lub można je wywnioskować (znaleźć) na podstawie innych informacji zawartych w zadaniu. W prawdziwym życiu wszystko, co musisz zrobić, aby znaleźć przemieszczenie, to zmierzyć odległość, na jaką poruszają się obiekty.

    • Pamiętaj, że aby obliczyć pracę, we wzorze jednostki odległości muszą być wyrażone w metrach.
    • W naszym przykładzie pociągu-zabawki załóżmy, że obliczamy pracę wykonaną przez pociąg jadący po torze. Jeśli zaczyna się w pewnym miejscu i kończy w miejscu około 2 metrów wzdłuż toru, to możemy skorzystać 2 metry dla naszej wartości „D” we wzorze.

  3. Znajdź siłę przyłożoną do obiektu. Następnie znajdź siłę użytą do przemieszczenia obiektu. Jest to miara „siły” siły – im większa jest jej wielkość, tym bardziej popycha ona obiekt i tym szybciej przyspiesza. Jeżeli wielkość siły nie jest podana, można ją wyznaczyć z masy i przyspieszenia przemieszczenia (zakładając, że nie działają na nią żadne inne siły sprzeczne) korzystając ze wzoru F = M × A.

    • Należy pamiętać, że aby obliczyć wzór na pracę, jednostki siły muszą być wyrażone w Newtonach.
    • W naszym przykładzie załóżmy, że nie znamy wielkości siły. Załóżmy jednak, że wiemyże pociąg-zabawka ma masę 0,5 kg i że działająca siła powoduje, że przyspiesza on z prędkością 0,7 m/s 2 . W tym przypadku możemy znaleźć wartość, mnożąc M × A = 0,5 × 0,7 = 0,35 Newtona.

  4. Pomnóż siłę x odległość. Kiedy już znasz siłę działającą na obiekt i odległość, na jaką został przesunięty, reszta jest łatwa. Wystarczy pomnożyć te dwie wartości przez siebie, aby uzyskać wartość pracy.

    • Czas rozwiązać nasz przykładowy problem. Biorąc pod uwagę wartość siły 0,35 Newtona i wartość przemieszczenia 2 metry, nasza odpowiedź jest kwestią prostego pomnożenia: 0,35 × 2 = 0,7 dżuli.
    • Być może zauważyłeś, że we wzorze podanym we wstępie istnieje dodatkowa część wzoru: cosinus (θ). Jak omówiono powyżej, w tym przykładzie siła i kierunek ruchu są przykładane w tym samym kierunku. Oznacza to, że kąt pomiędzy nimi wynosi 0°. Ponieważ cosinus(0) = 1, nie musimy go uwzględniać – po prostu mnożymy przez 1.

  5. Wyraź odpowiedź w dżulach. W fizyce wartości pracy (i kilku innych wielkości) prawie zawsze podaje się w jednostce zwanej dżulem. Jeden dżul definiuje się jako 1 Newton siły przyłożonej na metr, czyli innymi słowy 1 Newton × metr. Ma to sens – ponieważ mnożysz odległość przez siłę, logiczne jest, że otrzymana odpowiedź będzie miała jednostkę miary równą jednostce wielkości twojej siły pomnożonej przez odległość.

    Część 2

    Obliczanie pracy przy użyciu siły kątowej

    1. Znajdź siłę i przemieszczenie w zwykły sposób. Powyżej zajmowaliśmy się problemem, w którym obiekt porusza się w tym samym kierunku, w jakim działa siła, która jest do niego przyłożona. W rzeczywistości nie zawsze tak jest. W przypadkach, gdy siła i ruch obiektu mają dwa różne kierunki, różnicę między tymi dwoma kierunkami należy również uwzględnić w równaniu, aby uzyskać dokładny wynik. Najpierw w zwykły sposób znajdź wielkość siły i przemieszczenia obiektu.

      • Spójrzmy na inny przykładowy problem. W tym przypadku załóżmy, że ciągniemy zabawkowy pociąg do przodu, jak w powyższym przykładzie, ale tym razem tak naprawdę ciągniemy w górę pod kątem ukośnym. Weźmiemy to pod uwagę w następnym kroku, ale na razie skupimy się na podstawach: ruchu pociągu i wielkości działającej na niego siły. Dla naszych celów załóżmy, że siła ma wielkość 10 Newtonów i że jeździł tak samo 2 metry do przodu, jak poprzednio.

    2. Znajdź kąt między wektorem siły a przemieszczeniem. W przeciwieństwie do powyższych przykładów z siłą skierowaną w innym kierunku niż ruch obiektu, należy znaleźć różnicę między dwoma kierunkami pod względem kąta między nimi. Jeśli nie otrzymałeś tych informacji, być może będziesz musiał samodzielnie zmierzyć kąt lub wywnioskować go z innych informacji związanych z problemem.

      • W naszym przykładowym problemie załóżmy, że przykładana siła znajduje się około 60 o nad płaszczyzną poziomą. Jeżeli pociąg nadal porusza się prosto (czyli poziomo), wówczas kąt między wektorem siły a ruchem pociągu będzie wynosić 60 o.

    3. Pomnóż siłę × odległość × cosinus (θ). Kiedy już znasz przemieszczenie obiektu, wielkość działającej na niego siły oraz kąt między wektorem siły a jego ruchem, rozwiązanie jest prawie tak proste, jak bez uwzględnienia kąta. Po prostu weź cosinus kąta (może być do tego potrzebny kalkulator naukowy) i pomnóż go przez siłę i przemieszczenie, aby znaleźć rozwiązanie swojego problemu w dżulach.

      • Rozwiążmy przykład naszego problemu. Korzystając z kalkulatora, stwierdzamy, że cosinus 60 o jest równy 1/2. Uwzględniając to we wzorze, możemy rozwiązać problem w następujący sposób: 10 niutonów × 2 metry × 1/2 = 10 dżuli.

    Część 3

    Korzystanie z wartości pracy

    1. Zmodyfikuj formułę, aby znaleźć odległość, siłę lub kąt. Podana powyżej formuła pracy nie jest Tylko przydatne do znalezienia pracy - przydatne jest także do znalezienia jakichkolwiek zmiennych w równaniu, gdy znasz już wartość pracy. W takich przypadkach po prostu wyizoluj szukaną zmienną i rozwiąż równanie zgodnie z podstawowymi zasadami algebry.

      • Załóżmy na przykład, że wiemy, że nasz pociąg jest ciągnięty z siłą 20 Newtonów pod kątem ukośnym na odcinku 5 metrów toru, wykonując pracę 86,6 dżuli. Nie znamy jednak kąta wektora siły. Aby znaleźć kąt, po prostu wyodrębniamy tę zmienną i rozwiązujemy równanie w następujący sposób: 86,6 = 20 × 5 × Cosinus(θ) 86,6/100 = Cosinus(θ) Arccos(0,866) = θ = 30 o

    2. Podziel przez czas spędzony w ruchu, aby znaleźć moc. W fizyce praca jest ściśle powiązana z innym rodzajem pomiaru zwanym mocą. Moc to po prostu sposób określenia prędkości, z jaką praca jest wykonywana w określonym systemie w długim okresie czasu. Aby znaleźć moc, wystarczy podzielić pracę wykonaną do przemieszczenia obiektu przez czas potrzebny na wykonanie tego ruchu. Pomiary mocy wyrażane są w jednostkach W (co jest równe dżulowi/sekundę).

      • Na przykład w przypadku przykładowego problemu z powyższego kroku załóżmy, że przesunięcie pociągu o 5 metrów zajęło 12 sekund. W tym przypadku wystarczy podzielić pracę wykonaną przy przesunięciu 5 metrów (86,6 J) przez 12 sekund, aby znaleźć wynik pozwalający obliczyć moc: 86,6/12 = „ 7,22 W.

    3. Aby znaleźć energię mechaniczną układu, skorzystaj ze wzoru TME i + W nc = TME f. Pracę można również wykorzystać do obliczenia ilości energii zawartej w układzie. W powyższym wzorze TME i = wstępny całkowita energia mechaniczna w układzie TME f = finał całkowita energia mechaniczna w układzie oraz W nc = praca wykonana w układach komunikacyjnych pod wpływem sił niezachowawczych. . W tym wzorze, jeśli siła jest przyłożona w kierunku ruchu, to jest ona dodatnia, a jeśli naciska na nią (przeciwko niej), to jest ujemna. Należy zauważyć, że obie zmienne energii można znaleźć za pomocą wzoru (½)mv 2, gdzie m = masa i V = objętość.

      • Na przykład w przypadku przykładowego problemu dwa kroki powyżej załóżmy, że początkowo pociąg miał całkowitą energię mechaniczną 100 J. Ponieważ siła występująca w zadaniu ciągnie pociąg w kierunku, w którym już jechał, jest ona dodatnia. W tym przypadku energia końcowa pociągu wynosi TME i + W nc = 100 + 86,6 = 186,6 J.
      • Należy zauważyć, że siły niezachowawcze to siły, których siła oddziaływania na przyspieszenie obiektu zależy od drogi przebytej przez obiekt. Dobrym przykładem jest tarcie — obiekt pchany po krótkiej, prostej drodze odczuje skutki tarcia przez krótki czas, podczas gdy obiekt pchany długą, krętą ścieżką do tego samego miejsca docelowego będzie ogólnie odczuwał większe tarcie .
    • Jeśli uda Ci się rozwiązać problem, uśmiechnij się i bądź szczęśliwy!
    • Aby zapewnić pełne zrozumienie, przećwicz rozwiązywanie jak największej liczby problemów.
    • Ćwicz dalej i spróbuj ponownie, jeśli nie uda ci się za pierwszym razem.
    • Przestudiuj następujące punkty dotyczące pracy:
      • Praca wykonana przez siłę może być dodatnia lub ujemna. (W tym sensie terminy „pozytywny lub negatywny” mają swoje znaczenie matematyczne, ale ich zwykłe znaczenie).
      • Wykonana praca jest ujemna, gdy siła działa w kierunku przeciwnym do przemieszczenia.
      • Wykonana praca jest dodatnia, gdy siła jest zwrócona w kierunku przemieszczenia.