Aproape toată lumea, fără ezitare, va răspunde: în al doilea. Și vor greși. Opusul este adevărat. În fizică, este descrisă munca mecanică cu urmatoarele definitii: Lucrul mecanic este efectuat atunci când o forță acționează asupra unui corp și acesta se mișcă. Lucrul mecanic este direct proporțional cu forța aplicată și cu distanța parcursă.

Formula de lucru mecanic

Lucrul mecanic este determinat de formula:

unde A este munca, F este forta, s este distanta parcursa.

POTENŢIAL(funcție potențială), un concept care caracterizează o clasă largă de câmpuri fizice de forță (electrice, gravitaționale etc.) și câmpuri în general mărimi fizice, reprezentată prin vectori (câmpul vitezei fluidului etc.). În cazul general, potențialul de câmp vectorial a( X,y,z) este o astfel de funcție scalară u(X,y,z) că a=grad

35. Conductoare într-un câmp electric. Capacitate electrică.Conductoare într-un câmp electric. Conductorii sunt substanțe caracterizate prin prezența în ei a unui număr mare de purtători de sarcină liberi care se pot deplasa sub influența unui câmp electric. Conductorii includ metale, electroliți și cărbune. În metale, purtătorii de sarcini libere sunt electronii învelișurilor exterioare ale atomilor, care, atunci când atomii interacționează, pierd complet conexiunile cu atomii „lor” și devin proprietatea întregului conductor în ansamblu. Electronii liberi participă la mișcarea termică precum moleculele de gaz și se pot mișca prin metal în orice direcție. Capacitate electrică- caracteristica unui conductor, o măsură a capacității acestuia de a acumula sarcină electrică. Teoretic circuite electrice capacitatea este capacitatea reciprocă dintre doi conductori; parametru al unui element capacitiv al unui circuit electric, prezentat sub forma unei rețele cu două terminale. Această capacitate este definită ca raportul dintre cantitate incarcare electrica la diferența de potențial dintre acești conductori

36. Capacitatea unui condensator cu plăci paralele.

Capacitatea unui condensator cu plăci paralele.

Acea. Capacitatea unui condensator plat depinde numai de dimensiunea, forma și constanta dielectrică a acestuia. Pentru a crea un condensator de mare capacitate, este necesar să creșteți suprafața plăcilor și să reduceți grosimea stratului dielectric.

37. Interacțiunea magnetică a curenților în vid. legea lui Ampere.legea lui Ampere. În 1820, Ampère (om de știință francez (1775-1836)) a stabilit experimental o lege prin care se poate calcula forță care acționează asupra unui element conductor de lungime purtând curent.

unde este vectorul inducției magnetice, este vectorul elementului de lungime a conductorului tras în direcția curentului.

Modulul de forță , unde este unghiul dintre direcția curentului în conductor și direcția inducției câmpului magnetic. Pentru un conductor drept de lungime care transportă curent într-un câmp uniform

Direcția forței care acționează poate fi determinată folosind reguli la mâna stângă:

Dacă palma mâinii stângi este poziționată astfel încât componenta normală (față de curent). camp magnetic a intrat în palmă, iar cele patru degete întinse sunt îndreptate de-a lungul curentului, apoi degetul mare va indica direcția în care acționează forța Ampere.

38. Intensitatea câmpului magnetic. Legea Biot-Savart-LaplaceIntensitatea câmpului magnetic(desemnare standard N ) - vector cantitate fizica, egală cu diferența vectorului inducție magnetică B Și vector de magnetizare J .

ÎN Sistemul internațional de unități (SI): Unde- constantă magnetică.

Legea BSL. Legea care determină câmpul magnetic al unui element de curent individual

39. Aplicatii ale legii Bio-Savart-Laplace. Pentru câmpul de curent continuu

Pentru o întoarcere circulară.

Și pentru solenoid

40. Inducerea câmpului magnetic Un câmp magnetic este caracterizat de o mărime vectorială, care se numește inducție a câmpului magnetic (o mărime vectorială care este o forță caracteristică câmpului magnetic într-un punct dat din spațiu). MI. (B) aceasta nu este o forță care acționează asupra conductorilor, este o mărime care se găsește prin această forță folosind următoarea formulă: B=F / (I*l) (Verbal: Modul vectorial MI. (B) este egal cu raportul dintre modulul de forță F, cu care acționează câmpul magnetic asupra unui conductor purtător de curent situat perpendicular pe liniile magnetice, cu puterea curentului în conductorul I și lungimea conductorului l. Inducția magnetică depinde doar de câmpul magnetic. În acest sens, inducția poate fi considerată o caracteristică cantitativă a unui câmp magnetic. Ea determină cu ce forță (forța Lorentz) acționează câmpul magnetic asupra unei sarcini care se mișcă cu viteză. MI se măsoară în tesla (1 Tesla). În acest caz, 1 T=1 N/(A*m). MI are o direcție. Grafic poate fi schițat sub formă de linii. Într-un câmp magnetic uniform, liniile MI sunt paralele, iar vectorul MI va fi direcționat în același mod în toate punctele. În cazul unui câmp magnetic neuniform, de exemplu, un câmp în jurul unui conductor purtător de curent, vectorul de inducție magnetică se va schimba în fiecare punct al spațiului din jurul conductorului, iar tangentele la acest vector vor crea cercuri concentrice în jurul conductorului. .

41. Mișcarea unei particule într-un câmp magnetic. forța Lorentz. a) - Dacă o particulă zboară într-o regiune a câmpului magnetic uniform, iar vectorul V este perpendicular pe vectorul B, atunci se deplasează într-un cerc de rază R=mV/qB, deoarece forța Lorentz Fl=mV^2 /R joacă rolul unei forțe centripete. Perioada de revoluție este egală cu T=2piR/V=2pim/qB și nu depinde de viteza particulelor (Acest lucru este valabil numai pentru 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.

Forța magnetică este determinată de relația: Fl = q·V·B·sina (q este mărimea sarcinii în mișcare; V este modulul vitezei acesteia; B este modulul vectorului de inducție a câmpului magnetic; alfa este unghi între vectorul V și vectorul B) Forța Lorentz este perpendiculară pe viteză și de aceea nu funcționează, nu modifică modulul vitezei de încărcare și energia cinetică a acesteia. Dar direcția vitezei se schimbă continuu. Forța Lorentz este perpendiculară pe vectorii B și v, iar direcția ei este determinată folosind aceeași regulă pentru stânga ca și direcția forței Ampere: dacă mâna stângă este poziționată astfel încât componenta inducției magnetice B, perpendiculară pe viteza sarcinii, intră în palmă, iar cele patru degete sunt îndreptate de-a lungul mișcării sarcinii pozitive (împotriva mișcării negative), apoi degetul mare îndoit la 90 de grade va arăta direcția forței Lorentz F l care acționează asupra taxa.

Știi ce este munca? Fără niciun dubiu. Fiecare persoană știe ce este munca, cu condiția să se fi născut și să trăiască pe planeta Pământ. Ce este munca mecanică?

Acest concept este cunoscut și de majoritatea oamenilor de pe planetă, deși unii indivizi au o înțelegere destul de vagă a acestui proces. Dar nu vorbim despre ele acum. Și mai puțini oameni au idee despre ce este lucru mecanic din punct de vedere al fizicii.În fizică, munca mecanică nu este muncă umană pentru hrană, este o cantitate fizică care poate fi complet fără legătură cu o persoană sau cu orice altă creatură vie. Cum așa? Să ne dăm seama acum.

Lucrări mecanice în fizică

Să dăm două exemple. În primul exemplu, apele râului, confruntate cu un abis, cad zgomotos sub forma unei cascade. Al doilea exemplu este un bărbat care ține un obiect greu în brațele întinse, de exemplu, ținând acoperișul spart deasupra pridvorului unei case de țară să nu cadă, în timp ce soția și copiii lui caută cu frenetic ceva cu care să-l susțină. Când se efectuează lucrările mecanice?

Definiţia mechanical work

Aproape toată lumea, fără ezitare, va răspunde: în al doilea. Și vor greși. Opusul este adevărat. În fizică, este descrisă munca mecanică cu urmatoarele definitii: Lucrul mecanic este efectuat atunci când o forță acționează asupra unui corp și acesta se mișcă. Lucrul mecanic este direct proporțional cu forța aplicată și cu distanța parcursă.

Formula de lucru mecanic

Lucrul mecanic este determinat de formula:

unde A este munca,
F - putere,
s este distanța parcursă.

Deci, în ciuda întregului eroism al suportului obosit de acoperiș, munca pe care a făcut-o este zero, dar apa, căzând sub influența gravitației de pe o stâncă înaltă, face cea mai mecanică muncă. Adică, dacă împingem fără succes un cabinet greu, atunci munca pe care am făcut-o din punct de vedere al fizicii va fi egală cu zero, în ciuda faptului că aplicăm multă forță. Dar dacă deplasăm dulapul la o anumită distanță, atunci vom face o muncă egală cu produsul dintre forța aplicată și distanța pe care am deplasat corpul.

Unitatea de lucru este 1 J. Acesta este lucrul efectuat de o forță de 1 Newton pentru a deplasa un corp pe o distanță de 1 m. Dacă direcția forței aplicate coincide cu direcția de mișcare a corpului, atunci această forță face o treabă pozitivă. Un exemplu este atunci când împingem un corp și acesta se mișcă. Și în cazul în care o forță este aplicată în direcția opusă mișcării corpului, de exemplu, forța de frecare, atunci această forță face un lucru negativ. Dacă forța aplicată nu afectează în niciun fel mișcarea corpului, atunci forța efectuată de această muncă este egală cu zero.

Înainte de a dezvălui subiectul „Cum se măsoară munca”, este necesar să faceți o mică digresiune. Totul în această lume respectă legile fizicii. Fiecare proces sau fenomen poate fi explicat pe baza anumitor legi ale fizicii. Pentru fiecare mărime măsurată există o unitate în care se măsoară de obicei. Unitățile de măsură sunt constante și au aceeași semnificație în întreaga lume.

Motivul pentru aceasta este următorul. În nouăsprezece şaizeci, la a unsprezecea Conferinţă Generală a Greutăţilor şi Măsurilor, a fost adoptat un sistem de măsurători care este recunoscut în întreaga lume. Acest sistem a fost numit Le Système International d’Unités, SI (SI System International). Acest sistem a devenit baza pentru determinarea unităților de măsură acceptate în întreaga lume și a relațiilor lor.

Termeni fizici și terminologie

În fizică, unitatea de măsură a muncii forței se numește J (Joule), în onoarea fizicianului englez James Joule, care a adus o mare contribuție la dezvoltarea ramului termodinamicii în fizică. Un joule este egal cu munca efectuată de o forță de un N (Newton) atunci când aplicarea sa se mișcă cu un M (metru) în direcția forței. Un N (Newton) este egal cu o forță de un kg (kilogram) masă cu o accelerație de un m/s2 (metru pe secundă) în direcția forței.

Pentru informația dumneavoastră.În fizică, totul este interconectat; efectuarea oricărei lucrări implică efectuarea de acțiuni suplimentare. Ca exemplu, putem lua un ventilator de uz casnic. Când ventilatorul este conectat, palele ventilatorului încep să se rotească. Lamele rotative influențează fluxul de aer, dându-i mișcarea direcțională. Acesta este rezultatul muncii. Dar pentru a efectua munca este necesară influența altor forțe externe, fără de care acțiunea este imposibilă. Acestea includ curentul electric, puterea, tensiunea și multe alte valori asociate.

Curentul electric, în centrul său, este mișcarea ordonată a electronilor într-un conductor pe unitatea de timp. Curentul electric se bazează pe particule încărcate pozitiv sau negativ. Se numesc sarcini electrice. Notat cu literele C, q, Kl (Coulomb), numit după omul de știință și inventatorul francez Charles Coulomb. În sistemul SI, este o unitate de măsură pentru numărul de electroni încărcați. 1 C este egal cu volumul particulelor încărcate care curg prin secțiunea transversală a unui conductor pe unitatea de timp. Unitatea de timp este o secundă. Formula pentru sarcina electrică este prezentată în figura de mai jos.

Puterea curentului electric este indicată de litera A (amperi). Amperiul este o unitate în fizică care caracterizează măsurarea muncii forței care este cheltuită pentru a muta sarcinile de-a lungul unui conductor. În centrul său, curentul electric este mișcarea ordonată a electronilor într-un conductor sub influența unui câmp electromagnetic. Un conductor este un material sau sare topită (electrolit) care are o rezistență mică la trecerea electronilor. Puterea curentului electric este afectată de două mărimi fizice: tensiune și rezistență. Ele vor fi discutate mai jos. Puterea curentului este întotdeauna direct proporțională cu tensiunea și invers proporțională cu rezistența.

După cum am menționat mai sus, curentul electric este mișcarea ordonată a electronilor într-un conductor. Dar există o avertizare: au nevoie de un anumit impact pentru a se mișca. Acest efect este creat prin crearea unei diferențe de potențial. Sarcina electrică poate fi pozitivă sau negativă. Sarcinile pozitive tind întotdeauna spre sarcini negative. Acest lucru este necesar pentru echilibrul sistemului. Diferența dintre numărul de particule încărcate pozitiv și negativ se numește tensiune electrică.

Puterea este cantitatea de energie cheltuită pentru a efectua un J (joule) de lucru într-o perioadă de timp de o secundă. Unitatea de măsură în fizică este desemnată ca W (Watt), în sistemul SI W (Watt). Deoarece se consideră puterea electrică, aici este valoarea energiei electrice cheltuite pentru a efectua o anumită acțiune într-o perioadă de timp.

În concluzie, trebuie remarcat faptul că unitatea de măsură a muncii este o mărime scalară, are o relație cu toate ramurile fizicii și poate fi considerată nu numai din perspectiva electrodinamicii sau a ingineriei termice, ci și a altor secțiuni. Articolul examinează pe scurt valoarea care caracterizează unitatea de măsură a muncii forței.

Video

Definiție

În cazul în care, sub influența unei forțe, are loc o modificare a modulului vitezei de mișcare a unui corp, atunci se spune că forța face muncă. Se crede că dacă viteza crește, atunci munca este pozitivă, dacă viteza scade, atunci munca efectuată de forță este negativă. Modificarea energiei cinetice a unui punct material în timpul mișcării sale între două poziții este egală cu munca efectuată de forță:

Acțiunea unei forțe asupra unui punct material poate fi caracterizată nu numai prin modificarea vitezei de mișcare a corpului, ci și prin cantitatea de mișcare pe care corpul în cauză o face sub influența forței ().

Lucrări elementare

Lucrarea elementară a unei forțe este definită ca un produs scalar:

Raza este vectorul punctului la care se aplică forța, este deplasarea elementară a punctului de-a lungul traiectoriei, este unghiul dintre vectori și . Dacă lucrul este mai mic decât zero la un unghi obtuz, dacă unghiul este ascuțit, atunci lucrul este pozitiv, la

În coordonatele carteziene, formula (2) are forma:

unde F x , F y , F z – proiecții ale vectorului pe axele carteziene.

Când luați în considerare munca unei forțe aplicate unui punct material, puteți utiliza formula:

unde este viteza punctului material, este impulsul punctului material.

Dacă asupra unui corp (sistem mecanic) acţionează simultan mai multe forţe, atunci lucrul elementar pe care aceste forţe îl fac asupra sistemului este egal cu:

unde se realizează însumarea muncii elementare a tuturor forțelor, dt este o perioadă mică de timp în care se efectuează lucrări elementare asupra sistemului.

Lucrul rezultat al forțelor interne, chiar dacă corpul rigid se mișcă, este zero.

Lăsați un corp rigid să se rotească în jurul unui punct fix - originea (sau o axă fixă ​​care trece prin acest punct). În acest caz, munca elementară a tuturor forțelor externe (să presupunem că numărul lor este n) care acționează asupra corpului este egală cu:

unde este cuplul rezultat relativ la punctul de rotație, este vectorul de rotație elementară și este viteza unghiulară instantanee.

Lucru efectuat cu forța pe secțiunea finală a traiectoriei

Dacă o forță lucrează pentru a deplasa un corp în secțiunea finală a traiectoriei sale, atunci lucrul poate fi găsit ca:

În cazul în care vectorul forță este o valoare constantă pe întregul segment de mișcare, atunci:

unde este proiecția forței pe tangenta la traiectorie.

Unități de lucru

Unitatea de bază de măsură a cuplului în sistemul SI este: [A]=J=N m

În GHS: [A]=erg=dyne cm

1J=107 erg

Exemple de rezolvare a problemelor

Exemplu

Exercițiu. Punctul material se deplasează rectiliniu (Fig. 1) sub influența unei forțe care este dată de ecuația: . Forța este direcționată de-a lungul mișcării punctului material. Care este munca efectuată de această forță pe segmentul de cale de la s=0 la s=s 0?

Soluţie. Ca bază pentru rezolvarea problemei, vom lua formula de calcul a muncii de forma:

unde , ca conform conditiilor problemei. Să înlocuim expresia pentru modulul de forță dat de condiții, luăm integrala:

Răspuns.

Exemplu

Exercițiu. Un punct material se mișcă în jurul unui cerc. Viteza lui se modifică în conformitate cu expresia: . În acest caz, lucrul forței care acționează asupra punctului este proporțional cu timpul: . Care este valoarea lui n?

Soluţie. Ca bază pentru rezolvarea problemei, folosim formula:

Cunoscând dependența vitezei de timp, vom găsi legătura dintre componenta tangențială a accelerației și timp:

Componenta normală a accelerației va avea forma:

Când se deplasează într-un cerc, componenta normală a accelerației va fi întotdeauna perpendiculară pe vectorul viteză, prin urmare, numai componenta tangențială va contribui la produsul forței și vitezei, adică expresia (2.1) va fi transformată în forma:

Găsim expresia lucrării ca:

Informații teoretice de bază

Munca mecanica

Caracteristicile energetice ale mișcării sunt introduse pe baza conceptului muncă mecanică sau muncă de forță. Munca efectuată de o forță constantă F, este o mărime fizică egală cu produsul dintre forța și modulul de deplasare înmulțit cu cosinusul unghiului dintre vectorii forței Fși mișcări S:

Munca este o mărime scalară. Poate fi fie pozitiv (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). La α = 90° munca efectuată de forță este zero. În sistemul SI, munca este măsurată în jouli (J). Un joule este egal cu munca efectuată de o forță de 1 newton pentru a se deplasa cu 1 metru în direcția forței.

Dacă forța se schimbă în timp, atunci pentru a găsi munca, construiți un grafic al forței în funcție de deplasare și găsiți aria figurii sub grafic - aceasta este munca:

Un exemplu de forță al cărei modul depinde de coordonată (deplasare) este forța elastică a unui arc, care respectă legea lui Hooke ( F control = kx).

Putere

Lucrul efectuat de o forță pe unitatea de timp se numește putere. Putere P(uneori notat cu litera N) – mărime fizică egală cu raportul de lucru A la o perioadă de timp t timp in care s-a finalizat aceasta lucrare:

Această formulă calculează putere medie, adică putere care caracterizează în general procesul. Deci, munca poate fi exprimată și în termeni de putere: A = Pt(dacă, desigur, se cunosc puterea și timpul de a face lucrarea). Unitatea de putere se numește watt (W) sau 1 joule pe secundă. Dacă mișcarea este uniformă, atunci:

Folosind această formulă putem calcula putere instantanee(putere la un moment dat), dacă în loc de viteză înlocuim valoarea vitezei instantanee în formulă. De unde știi ce putere să numere? Dacă problema cere putere la un moment dat în timp sau la un moment dat în spațiu, atunci este considerată instantanee. Dacă întreabă despre puterea pe o anumită perioadă de timp sau pe o parte a traseului, atunci caută puterea medie.

Eficiență – factor de eficiență, este egal cu raportul dintre munca utilă și cheltuită sau puterea utilă și cheltuită:

Ce muncă este utilă și care este irosită este determinată din condițiile unei sarcini specifice prin raționament logic. De exemplu, dacă o macara face munca de a ridica o încărcătură la o anumită înălțime, atunci munca utilă va fi munca de ridicare a sarcinii (deoarece în acest scop a fost creată macaraua), iar munca cheltuită va fi munca efectuată de motorul electric al macaralei.

Deci, puterea utilă și consumată nu au o definiție strictă și sunt găsite prin raționament logic. În fiecare sarcină, noi înșine trebuie să stabilim care a fost în această sarcină scopul de a face munca (muncă utilă sau putere) și care a fost mecanismul sau modalitatea de a face toată munca (putere cheltuită sau muncă).

În general, eficiența arată cât de eficient un mecanism convertește un tip de energie în altul. Dacă puterea se modifică în timp, atunci munca se găsește ca aria figurii sub graficul puterii în funcție de timp:

Energie kinetică

Se numește o mărime fizică egală cu jumătate din produsul masei unui corp și pătratul vitezei acestuia energia cinetică a corpului (energia mișcării):

Adică, dacă o mașină care cântărește 2000 kg se mișcă cu o viteză de 10 m/s, atunci are energie cinetică egală cu E k = 100 kJ și este capabil să facă 100 kJ de lucru. Această energie se poate transforma în căldură (atunci când o mașină frânează, anvelopele roților, drumul și discurile de frână se încălzesc) sau poate fi cheltuită pentru deformarea mașinii și a caroseriei cu care se ciocnește mașina (într-un accident). Când se calculează energia cinetică, nu contează unde se mișcă mașina, deoarece energia, ca și munca, este o mărime scalară.

Un corp are energie dacă poate lucra. De exemplu, un corp în mișcare are energie cinetică, adică energie de mișcare și este capabil să lucreze pentru a deforma corpurile sau pentru a oferi accelerație corpurilor cu care are loc o coliziune.

Semnificația fizică a energiei cinetice: pentru un corp în repaus cu o masă m a început să se miște cu viteză v este necesar să se facă un lucru egal cu valoarea obținută a energiei cinetice. Dacă corpul are o masă m se mișcă cu viteză v, apoi pentru a o opri este necesar să faceți un lucru egal cu energia sa cinetică inițială. La frânare, energia cinetică este în principal (cu excepția cazurilor de impact, când energia ajunge la deformare) „înlăturată” de forța de frecare.

Teorema energiei cinetice: munca forței rezultante este egală cu modificarea energiei cinetice a corpului:

Teorema energiei cinetice este valabilă și în cazul general, când un corp se mișcă sub influența unei forțe în schimbare, a cărei direcție nu coincide cu direcția de mișcare. Este convenabil să se aplice această teoremă în problemele care implică accelerarea și decelerația unui corp.

Energie potențială

Alături de energia cinetică sau energia de mișcare, conceptul joacă un rol important în fizică energia potenţială sau energia de interacţiune a corpurilor.

Energia potențială este determinată de poziția relativă a corpurilor (de exemplu, poziția corpului față de suprafața Pământului). Conceptul de energie potențială poate fi introdus doar pentru forțele a căror activitate nu depinde de traiectoria corpului și este determinată doar de pozițiile inițiale și finale (așa-numitele forțe conservatoare). Munca efectuată de astfel de forțe pe o traiectorie închisă este zero. Această proprietate este deținută de gravitație și forță elastică. Pentru aceste forțe putem introduce conceptul de energie potențială.

Energia potențială a unui corp în câmpul gravitațional al Pământului calculat prin formula:

Semnificația fizică a energiei potențiale a unui corp: energia potențială este egală cu munca efectuată de gravitație atunci când coboară corpul la nivelul zero ( h– distanța de la centrul de greutate al corpului până la nivelul zero). Dacă un corp are energie potențială, atunci este capabil să lucreze atunci când acest corp cade de la înălțime h la nivelul zero. Lucrul efectuat de gravitație este egal cu modificarea energiei potențiale a corpului, luată cu semnul opus:

Adesea, în problemele energetice, trebuie să găsim munca de a ridica (întoarcerea, ieșirea dintr-o gaură) a corpului. În toate aceste cazuri, este necesar să se ia în considerare mișcarea nu a corpului în sine, ci doar a centrului său de greutate.

Energia potențială Ep depinde de alegerea nivelului zero, adică de alegerea originii axei OY. În fiecare problemă, nivelul zero este ales din motive de comoditate. Ceea ce are o semnificație fizică nu este energia potențială în sine, ci schimbarea acesteia atunci când un corp trece dintr-o poziție în alta. Această modificare este independentă de alegerea nivelului zero.

Energia potențială a unui arc întins calculat prin formula:

Unde: k– rigiditatea arcului. Un arc extins (sau comprimat) poate pune în mișcare un corp atașat de el, adică poate conferi energie cinetică acestui corp. În consecință, un astfel de izvor are o rezervă de energie. Tensiune sau compresie X trebuie calculată din starea neformată a corpului.

Energia potențială a unui corp deformat elastic este egală cu munca efectuată de forța elastică în timpul trecerii de la o stare dată la o stare cu deformare zero. Dacă în starea inițială arcul era deja deformat, iar alungirea lui a fost egală cu X 1, apoi la trecerea la o nouă stare cu alungire X 2, forța elastică va face un lucru egal cu modificarea energiei potențiale, luată cu semnul opus (deoarece forța elastică este întotdeauna îndreptată împotriva deformării corpului):

Energia potențială în timpul deformării elastice este energia de interacțiune a părților individuale ale corpului între ele prin forțe elastice.

Lucrul forței de frecare depinde de calea parcursă (acest tip de forță, al cărei lucru depinde de traiectorie și calea parcursă se numește: forțe disipative). Conceptul de energie potențială pentru forța de frecare nu poate fi introdus.

Eficienţă

Factorul de eficiență (eficiență)– caracteristică eficienței unui sistem (dispozitiv, mașină) în raport cu conversia sau transmiterea energiei. Este determinată de raportul dintre energia utilizată util și cantitatea totală de energie primită de sistem (formula a fost deja dată mai sus).

Eficiența poate fi calculată atât prin muncă, cât și prin putere. Munca (puterea) utilă și cheltuită este întotdeauna determinată de un raționament logic simplu.

La motoarele electrice, randamentul este raportul dintre munca mecanica efectuata (utila) si energia electrica primita de la sursa. În motoarele termice, raportul dintre munca mecanică utilă și cantitatea de căldură consumată. În transformatoarele electrice, raportul dintre energia electromagnetică primită în înfășurarea secundară și energia consumată de înfășurarea primară.

Datorită generalității sale, conceptul de eficiență face posibilă compararea și evaluarea dintr-un punct de vedere unificat atât de diferite sisteme precum reactoare nucleare, generatoare și motoare electrice, centrale termice, dispozitive semiconductoare, obiecte biologice etc.

Din cauza pierderilor de energie inevitabile datorate frecării, încălzirii corpurilor înconjurătoare etc. Eficiența este întotdeauna mai mică decât unitate.În consecință, eficiența este exprimată ca o fracțiune din energia cheltuită, adică ca o fracție proprie sau ca procent, și este o cantitate adimensională. Eficiența caracterizează cât de eficient funcționează o mașină sau un mecanism. Eficiența centralelor termice ajunge la 35–40%, motoarele cu ardere internă cu supraalimentare și prerăcire – 40–50%, dinamuri și generatoare de mare putere – 95%, transformatoare – 98%.

O problemă în care trebuie să găsești eficiența sau se știe, trebuie să începi cu un raționament logic - care muncă este utilă și care este irosită.

Legea conservării energiei mecanice

Energie mecanică totală se numește suma energiei cinetice (adică energia mișcării) și potențialului (adică energia interacțiunii corpurilor prin forțele gravitației și elasticității):

Dacă energia mecanică nu se transformă în alte forme, de exemplu, în energie internă (termică), atunci suma energiei cinetice și potențiale rămâne neschimbată. Dacă energia mecanică se transformă în energie termică, atunci modificarea energiei mecanice este egală cu munca forței de frecare sau pierderile de energie, sau cantitatea de căldură eliberată și așa mai departe, cu alte cuvinte, modificarea energiei mecanice totale este egală. la munca forțelor externe:

Suma energiei cinetice și potențiale a corpurilor care alcătuiesc un sistem închis (adică unul în care nu acționează forțe externe, iar munca lor este în mod corespunzător zero) și forțele gravitaționale și elastice care interacționează între ele rămâne neschimbată:

Această afirmație exprimă legea conservării energiei (LEC) în procesele mecanice. Este o consecință a legilor lui Newton. Legea conservării energiei mecanice este îndeplinită numai atunci când corpurile dintr-un sistem închis interacționează între ele prin forțe de elasticitate și gravitație. În toate problemele legate de legea conservării energiei vor exista întotdeauna cel puțin două stări ale unui sistem de corpuri. Legea prevede că energia totală a primei stări va fi egală cu energia totală a celei de-a doua stări.

Algoritm pentru rezolvarea problemelor cu privire la legea conservării energiei:

  1. Găsiți punctele poziției inițiale și finale a corpului.
  2. Scrieți ce sau ce energii are corpul în aceste puncte.
  3. Echivalează energia inițială și cea finală a corpului.
  4. Adăugați alte ecuații necesare din subiectele anterioare de fizică.
  5. Rezolvați ecuația rezultată sau sistemul de ecuații folosind metode matematice.

Este important de menționat că legea conservării energiei mecanice a făcut posibilă obținerea unei relații între coordonatele și vitezele unui corp în două puncte diferite ale traiectoriei fără a analiza legea mișcării corpului în toate punctele intermediare. Aplicarea legii conservării energiei mecanice poate simplifica foarte mult rezolvarea multor probleme.

În condiții reale, corpurile în mișcare sunt aproape întotdeauna acționate, împreună cu forțele gravitaționale, forțele elastice și alte forțe, de forțe de frecare sau forțe de rezistență a mediului. Munca efectuată de forța de frecare depinde de lungimea traseului.

Dacă forțele de frecare acționează între corpurile care alcătuiesc un sistem închis, atunci energia mecanică nu este conservată. O parte din energia mecanică este transformată în energie internă a corpurilor (încălzire). Astfel, energia în ansamblu (adică nu numai mecanică) este conservată în orice caz.

În timpul oricărei interacțiuni fizice, energia nu apare și nici nu dispare. Se schimbă doar de la o formă la alta. Acest fapt stabilit experimental exprimă o lege fundamentală a naturii - legea conservării și transformării energiei.

Una dintre consecințele legii conservării și transformării energiei este afirmația despre imposibilitatea creării unei „mașini cu mișcare perpetuă” (perpetuum mobile) - o mașină care ar putea lucra la nesfârșit fără a consuma energie.

Diverse sarcini pentru muncă

Dacă problema necesită găsirea unei lucrări mecanice, atunci selectați mai întâi o metodă pentru a o găsi:

  1. Un loc de muncă poate fi găsit folosind formula: A = FS∙cos α . Găsiți forța care efectuează lucrul și cantitatea de deplasare a corpului sub influența acestei forțe în cadrul de referință ales. Rețineți că unghiul trebuie ales între vectorii forță și deplasare.
  2. Munca efectuată de o forță externă poate fi găsită ca diferență de energie mecanică în situațiile finale și inițiale. Energia mecanică este egală cu suma energiilor cinetice și potențiale ale corpului.
  3. Munca făcută pentru a ridica un corp cu o viteză constantă poate fi găsită folosind formula: A = mgh, Unde h- inaltimea la care se ridica centrul de greutate al corpului.
  4. Munca poate fi găsită ca produs al puterii și timpului, adică. dupa formula: A = Pt.
  5. Lucrarea poate fi găsită ca aria figurii sub graficul forței față de deplasare sau puterii față de timp.

Legea conservării energiei și dinamica mișcării de rotație

Problemele acestui subiect sunt destul de complexe din punct de vedere matematic, dar dacă cunoașteți abordarea, ele pot fi rezolvate folosind un algoritm complet standard. În toate problemele va trebui să luați în considerare rotația corpului în plan vertical. Soluția se va reduce la următoarea secvență de acțiuni:

  1. Trebuie să determinați punctul de care sunteți interesat (punctul în care trebuie să determinați viteza corpului, forța de tensionare a firului, greutatea și așa mai departe).
  2. Scrieți a doua lege a lui Newton în acest punct, ținând cont de faptul că corpul se rotește, adică are accelerație centripetă.
  3. Notați legea conservării energiei mecanice astfel încât să conțină viteza corpului în acel punct foarte interesant, precum și caracteristicile stării corpului într-o stare despre care se știe ceva.
  4. În funcție de condiție, exprimați viteza la pătrat dintr-o ecuație și înlocuiți-o în cealaltă.
  5. Efectuați restul operațiilor matematice necesare pentru a obține rezultatul final.

Când rezolvați probleme, trebuie să rețineți că:

  • Condiția pentru depășirea punctului de sus atunci când se rotește pe un filet la o viteză minimă este forța de reacție a suportului N la punctul de sus este 0. Aceeași condiție este îndeplinită la trecerea punctului de sus al buclei moarte.
  • Când se rotește pe o tijă, condiția pentru trecerea întregului cerc este: viteza minimă în punctul de sus este 0.
  • Condiția pentru separarea unui corp de suprafața sferei este ca forța de reacție a suportului în punctul de separare să fie zero.

Ciocniri inelastice

Legea conservării energiei mecanice și legea conservării impulsului fac posibilă găsirea de soluții la problemele mecanice în cazurile în care forțele care acționează sunt necunoscute. Un exemplu de acest tip de problemă este interacțiunea de impact a corpurilor.

Prin impact (sau coliziune) Se obișnuiește să se numească o interacțiune pe termen scurt a corpurilor, în urma căreia vitezele lor experimentează schimbări semnificative. În timpul unei coliziuni de corpuri, între ele acționează forțe de impact pe termen scurt, a căror magnitudine, de regulă, este necunoscută. Prin urmare, este imposibil să se ia în considerare interacțiunea impact direct folosind legile lui Newton. Aplicarea legilor de conservare a energiei și a impulsului face posibilă excluderea în sine a procesului de coliziune din considerare și obținerea unei legături între vitezele corpurilor înainte și după ciocnire, ocolind toate valorile intermediare ale acestor cantități.

De multe ori trebuie să ne confruntăm cu impactul interacțiunii corpurilor în viața de zi cu zi, în tehnologie și în fizică (în special în fizica atomului și a particulelor elementare). În mecanică, sunt adesea folosite două modele de interacțiune a impactului - impacturi absolut elastice și absolut inelastice.

Impact absolut inelastic Ei numesc această interacțiune de impact în care corpurile se conectează (se lipesc împreună) unele cu altele și merg mai departe ca un singur corp.

Într-o coliziune complet inelastică, energia mecanică nu este conservată. Se transformă parțial sau complet în energia internă a corpurilor (încălzire). Pentru a descrie orice impact, trebuie să scrieți atât legea conservării impulsului, cât și legea conservării energiei mecanice, ținând cont de căldura degajată (este foarte recomandabil să faceți mai întâi un desen).

Impact absolut elastic

Impact absolut elastic numită ciocnire în care se conservă energia mecanică a unui sistem de corpuri. În multe cazuri, ciocnirile de atomi, molecule și particule elementare respectă legile impactului absolut elastic. Cu un impact absolut elastic, împreună cu legea conservării impulsului, legea conservării energiei mecanice este îndeplinită. Un exemplu simplu de coliziune perfect elastică ar fi impactul central a două bile de biliard, dintre care una era în repaus înainte de coliziune.

Grevă centrală bile se numește o coliziune în care vitezele bilelor înainte și după impact sunt direcționate de-a lungul liniei de centre. Astfel, folosind legile de conservare a energiei mecanice și a impulsului, este posibil să se determine vitezele bilelor după o coliziune dacă sunt cunoscute vitezele lor înainte de coliziune. Impactul central este foarte rar implementat în practică, mai ales când vine vorba de ciocniri de atomi sau molecule. Într-o coliziune elastică non-centrală, vitezele particulelor (bilelor) înainte și după ciocnire nu sunt direcționate într-o singură linie dreaptă.

Un caz special de impact elastic în afara centrului poate fi ciocnirea a două bile de biliard de aceeași masă, dintre care una era nemișcată înainte de ciocnire, iar viteza celei de-a doua nu a fost direcționată de-a lungul liniei centrelor bilelor. . În acest caz, vectorii viteză ai bilelor după o coliziune elastică sunt întotdeauna direcționați perpendicular unul pe celălalt.

Legile de conservare. Sarcini complexe

Corpuri multiple

În unele probleme privind legea conservării energiei, cablurile cu care sunt deplasate anumite obiecte pot avea masă (adică să nu fie lipsite de greutate, așa cum s-ar putea să fii deja obișnuit). În acest caz, trebuie luată în considerare și munca de mutare a unor astfel de cabluri (și anume centrele lor de greutate).

Dacă două corpuri legate printr-o tijă fără greutate se rotesc într-un plan vertical, atunci:

  1. alegeți un nivel zero pentru a calcula energia potențială, de exemplu la nivelul axei de rotație sau la nivelul celui mai jos punct al uneia dintre greutăți și asigurați-vă că faceți un desen;
  2. notează legea conservării energiei mecanice, în care în partea stângă scriem suma energiei cinetice și potențiale a ambelor corpuri în situația inițială, iar în partea dreaptă scriem suma energiei cinetice și potențiale a ambele organe în situația finală;
  3. luați în considerare că vitezele unghiulare ale corpurilor sunt aceleași, atunci vitezele liniare ale corpurilor sunt proporționale cu razele de rotație;
  4. dacă este necesar, notați a doua lege a lui Newton pentru fiecare dintre corpuri separat.

Shell a izbucnit

Când un proiectil explodează, se eliberează energie explozivă. Pentru a găsi această energie, este necesar să se scadă energia mecanică a proiectilului înainte de explozie din suma energiilor mecanice ale fragmentelor după explozie. Vom folosi și legea conservării impulsului, scrisă sub forma teoremei cosinusului (metoda vectorială) sau sub formă de proiecții pe axele selectate.

Ciocniri cu o placă grea

Să întâlnim o farfurie grea care se mișcă cu viteză v, o minge ușoară de masă se mișcă m cu viteza u n. Deoarece impulsul mingii este mult mai mic decât impulsul plăcii, după impact viteza plăcii nu se va modifica și va continua să se miște cu aceeași viteză și în aceeași direcție. Ca urmare a impactului elastic, mingea va zbura departe de placă. Este important să înțelegeți aici că viteza mingii în raport cu placa nu se va modifica. În acest caz, pentru viteza finală a mingii obținem:

Astfel, viteza mingii după impact crește de două ori viteza peretelui. Raționament similar pentru cazul în care înainte de impact mingea și placa se mișcau în aceeași direcție duce la rezultatul că viteza mingii scade de două ori viteza peretelui:

În fizică și matematică, printre altele, trebuie îndeplinite trei condiții cele mai importante:

  1. Studiați toate subiectele și finalizați toate testele și sarcinile oferite în materialele educaționale de pe acest site. Pentru a face acest lucru, nu aveți nevoie de nimic, și anume: dedicați trei până la patru ore în fiecare zi pregătirii pentru CT la fizică și matematică, studierii teoriei și rezolvării problemelor. Cert este că CT este un examen în care nu este suficient doar să cunoști fizica sau matematică, trebuie și să poți rezolva rapid și fără eșecuri un număr mare de probleme pe teme diferite și de complexitate variată. Acesta din urmă poate fi învățat doar prin rezolvarea a mii de probleme.
  2. Învață toate formulele și legile din fizică și formulele și metodele din matematică. De fapt, acest lucru este și foarte simplu de făcut; există doar aproximativ 200 de formule necesare în fizică și chiar puțin mai puțin în matematică. La fiecare dintre aceste materii există aproximativ o duzină de metode standard de rezolvare a problemelor de un nivel de bază de complexitate, care pot fi, de asemenea, învățate și, astfel, complet automat și fără dificultate rezolvarea majorității CT la momentul potrivit. După aceasta, va trebui să te gândești doar la cele mai dificile sarcini.
  3. Participați la toate cele trei etape ale testării repetiții la fizică și matematică. Fiecare RT poate fi vizitat de două ori pentru a decide asupra ambelor opțiuni. Din nou, pe CT, pe lângă capacitatea de a rezolva rapid și eficient probleme și cunoașterea formulelor și metodelor, trebuie să fiți capabil să planificați corect timpul, să distribuiți forțele și, cel mai important, să completați corect formularul de răspuns, fără confuzând numărul de răspunsuri și probleme sau propriul nume de familie. De asemenea, în timpul RT, este important să te obișnuiești cu stilul de a pune întrebări în probleme, care poate părea foarte neobișnuit pentru o persoană nepregătită de la DT.

Implementarea cu succes, sârguincioasă și responsabilă a acestor trei puncte vă va permite să arătați un rezultat excelent la CT, maximul de care sunteți capabil.

Ați găsit o greșeală?

Dacă credeți că ați găsit o eroare în materialele de instruire, vă rugăm să scrieți despre aceasta pe e-mail. De asemenea, puteți raporta o eroare pe rețeaua de socializare (). În scrisoare, indicați subiectul (fizică sau matematică), numele sau numărul temei sau testului, numărul problemei sau locul din text (pagină) în care, în opinia dumneavoastră, există o eroare. De asemenea, descrieți care este eroarea suspectată. Scrisoarea dvs. nu va trece neobservată, eroarea fie va fi corectată, fie vi se va explica de ce nu este o eroare.