Kokopäivätyö fyysikkona. Mekaaninen työ

Kaikki tietävät. Jopa lapset työskentelevät päiväkodissa - taaperoina. Yleisesti hyväksytty, jokapäiväinen ajatus ei kuitenkaan ole läheskään sama kuin fysiikan käsite mekaanisesta työstä. Esimerkiksi mies seisoo ja pitää laukkua käsissään. Tavallisessa mielessä se toimii pitämällä kuormaa. Fysiikan näkökulmasta se ei kuitenkaan tee mitään sen kaltaista. Mikä hätänä?

Koska tällaisia kysymyksiä herää, on aika muistaa määritelmä. Kun esineeseen kohdistetaan voima ja keho liikkuu sen vaikutuksesta, suoritetaan mekaanista työtä. Tämä arvo on verrannollinen kehon kulkemaan reittiin ja siihen kohdistuvaan voimaan. Lisäksi on olemassa lisäriippuvuus voiman kohdistamisen suunnasta ja kehon liikesuunnasta.

Siksi otimme käyttöön sellaisen käsitteen kuin mekaaninen työ. Fysiikka määrittelee sen voiman ja siirtymän suuruuden tulona kerrottuna kulman kosinin arvolla, joka on yleisimmässä tapauksessa niiden välillä. Esimerkkinä voimme tarkastella useita tapauksia, joiden avulla voimme paremmin ymmärtää, mitä tällä tarkoitetaan.

Milloin mekaanista työtä ei tehdä? Kuorma-auto seisoo siellä, työnnämme sitä, mutta se ei liiku. Voimaa kohdistetaan, mutta liikettä ei tapahdu. Tehty työ on nolla. Tässä on toinen esimerkki - äiti kantaa lasta rattaissa, tässä tapauksessa työtä tehdään, voimaa käytetään, rattaat liikkuvat. Erona kahdessa kuvatussa tapauksessa on liikkeen läsnäolo. Ja vastaavasti, työ on tehty (esimerkiksi rattaiden kanssa) tai tekemättä (esimerkiksi kuorma-autolla).

Toinen tapaus - pyörällä oleva poika on kiihdyttänyt ja rullaa rauhallisesti polkua pitkin polkimia kääntämättä. Työtä tehdään? Ei, vaikka liikettä on, ei voimaa, liike tapahtuu inertialla.

Toinen esimerkki on hevonen, joka vetää kärryä, jonka päällä istuu kuljettaja. Toimiiko se? Liikettä on, voimaa kohdistetaan (kuljettajan paino vaikuttaa kärryyn), mutta työtä ei tehdä. Liikesuunnan ja voiman suunnan välinen kulma on 90 astetta ja 90° kulman kosini on nolla.

Yllä olevat esimerkit tekevät selväksi, että mekaaninen työ ei ole vain kahden suuren tulos. On myös otettava huomioon, miten nämä määrät on suunnattu. Jos liikkeen suunta ja voiman vaikutussuunta ovat samat, niin tulos on positiivinen, jos liikesuunta tapahtuu voiman kohdistamissuuntaa vastapäätä, niin tulos on negatiivinen (esimerkiksi tehty työ kitkavoiman vaikutuksesta kuormaa liikutettaessa).

Lisäksi on otettava huomioon, että kehoon vaikuttava voima voi olla useiden voimien seurausta. Jos näin on, niin kaikkien kehoon kohdistuvien voimien tekemä työ on yhtä suuri kuin resultanttivoiman tekemä työ. Työ mitataan jouleina. Yksi joule on yhtä suuri kuin työ, jonka yhden newtonin voima tekee liikuttaessa kappaletta metrin verran.

Tarkastetuista esimerkeistä voidaan tehdä erittäin mielenkiintoinen johtopäätös. Kun katsoimme kärryn kuljettajaa, totesimme, että hän ei tehnyt työtä. Työt tehdään sisään vaakasuora taso, koska siellä liike tapahtuu. Mutta tilanne muuttuu hieman, kun ajatellaan jalankulkijaa.

Kävellessä ihmisen painopiste ei pysy paikallaan, hän liikkuu pystytasossa ja tekee siten työtä. Ja koska liike on suunnattu vastaan, työ tapahtuu toiminnan suuntaa vastaan.Vaikka liike on pieni, mutta pitkän kävelyn aikana keho joutuu tekemään lisätyötä. Joten oikea kävely vähentää tätä ylimääräistä työtä ja vähentää väsymystä.

Analysoituaan useita yksinkertaisia elämän tilanteita Esimerkkeinä valittua ja mekaanisen työn tietämystä käyttäen tarkastelimme sen ilmenemistilanteita sekä sitä, milloin ja millaista työtä tehdään. Totesimme, että työn käsite arjessa ja fysiikassa on luonteeltaan erilainen. Ja he totesivat fyysisiä lakeja soveltamalla, että väärä kävely aiheuttaa lisäväsymystä.

Konseptin pohjalta esitellään liikkeen energiaominaisuudet mekaaninen työ tai pakkotyötä.

Määritelmä 1

Vakiovoiman F → tekemä työ A on fyysinen määrä, yhtä suuri kuin voima- ja siirtymämoduulien tulo kerrottuna kulman kosinilla α , joka sijaitsee voimavektorien F → ja siirtymän s → välissä.

Tämä määritelmä käsitellään kuvassa 1. 18 . 1 .

Työkaava kirjoitetaan seuraavasti,

A = F s cos α .

Työ on skalaarisuure. Tämä tekee mahdolliseksi olla positiivinen kohdassa (0° ≤ α< 90 °) , отрицательной при (90 ° < α ≤ 180 °) . Когда задается прямой угол α , тогда совершаемая сила равняется нулю. Единицы измерения работы по системе СИ - джоули (Д ж) .

Joule on yhtä suuri kuin työ, jonka 1 N:n voima tekee liikkuakseen 1 m voiman suuntaan.

Kuva 1. 18 . 1 . Voiman työ F →: A = F s cos α = F s s

Projisoitaessa F s → voima F → liikkeen suuntaan s → voima ei pysy vakiona, ja työn laskeminen pienille liikkeille Δ s i summataan ja tuotetaan kaavan mukaan:

A = ∑ ∆ A i = ∑ F s i ∆ s i .

Tämä työmäärä lasketaan rajasta (Δ s i → 0) ja menee sitten integraaliin.

Teoksen graafinen esitys määräytyy kuvan 1 kaavion F s (x) alla olevan kaarevan kuvion alueelta. 18 . 2.

Kuva 1. 18 . 2. Työn graafinen määritelmä Δ A i = F s i Δ s i .

Esimerkki koordinaatista riippuvasta voimasta on jousen kimmovoima, joka noudattaa Hooken lakia. Jousen venyttämiseksi on käytettävä voimaa F →, jonka moduuli on verrannollinen jousen venymään. Tämä näkyy kuvasta 1. 18 . 3.

Kuva 1. 18 . 3. Venytetty jousi. Ulkoisen voiman F → suunta osuu yhteen liikkeen suunnan s → kanssa. F s = k x, missä k tarkoittaa jousen jäykkyyttä.

F → y p = - F →

Ulkoisen voimamoduulin riippuvuus x-koordinaateista voidaan piirtää suoralla viivalla.

Kuva 1. 18 . 4. Ulkoisen voimamoduulin riippuvuus koordinaatista, kun jousi on venytetty.

Yllä olevasta kuvasta on mahdollista löytää jousen oikean vapaan pään ulkoiselle voimalle tehty työ käyttämällä kolmion pinta-alaa. Kaava saa muodon

Tätä kaavaa voidaan käyttää ilmaisemaan ulkoisen voiman tekemä työ jousta puristettaessa. Molemmat tapaukset osoittavat, että kimmovoima F → y p on yhtä suuri kuin ulkoisen voiman F → työ, mutta päinvastaisella etumerkillä.

Määritelmä 2

Jos kehoon vaikuttaa useita voimia, kokonaistyön kaava näyttää kaiken siihen tehdyn työn summalta. Kun kappale liikkuu translaationaalisesti, voimien kohdistamispisteet liikkuvat tasaisesti, eli yleistä työtä Kaikkien voimien määrä on yhtä suuri kuin käytettyjen voimien resultanttityö.

Kuva 1. 18 . 5. Mekaanisen työn malli.

Tehon määritys

Määritelmä 3

Tehoa kutsutaan työksi, jonka voima tekee aikayksikköä kohti.

Tehon fyysisen suuren, merkitty N:llä, kirjaaminen tapahtuu työn A suhteena suoritetun työn aikajaksoon t, eli:

Määritelmä 4

SI-järjestelmä käyttää tehon yksikkönä wattia (W t), joka on yhtä suuri kuin sen voiman teho, joka tekee 1 J työtä 1 sekunnissa.

Jos huomaat tekstissä virheen, korosta se ja paina Ctrl+Enter

Yksi tärkeimmät käsitteet mekaniikka - voiman työtä .

Voiman työtä

Kaikki fyysiset kehot ympärillämme olevassa maailmassa saatetaan liikkeelle voiman avulla. Jos yhdestä tai useammasta kappaleesta tuleva voima tai useat voimat vaikuttavat liikkuvaan kappaleeseen samassa tai vastakkaisessa suunnassa, sanotaan, että työtä tehdään .

Eli mekaanista työtä suorittaa kehoon vaikuttava voima. Siten sähköveturin vetovoima saa koko junan liikkeelle ja tekee siten mekaanista työtä. Pyörää ajaa pyöräilijän jalkojen lihasvoima. Näin ollen tämä voima tekee myös mekaanista työtä.

Fysiikassa voiman työtä kutsutaan fysikaaliseksi suureksi yhtä suuri kuin tuote voimamoduuli, voiman kohdistamispisteen siirtymämoduuli sekä voima- ja siirtymävektorin välisen kulman kosini.

A = F s cos (F, s) ,

Missä F voimamoduuli,

s – matkamoduuli .

Työtä tehdään aina, jos voimatuulen ja siirtymän välinen kulma ei ole nolla. Jos voima vaikuttaa liikesuuntaa vastakkaiseen suuntaan, työn määrä on negatiivinen.

Työtä ei tehdä, jos vartaloon ei vaikuta voimia tai jos kohdistetun voiman ja liikesuunnan välinen kulma on 90 o (cos 90 o = 0).

Jos hevonen vetää kärryä, niin hevosen lihasvoima eli kärryn liikkeen suuntaan suunnattu vetovoima toimii. Mutta painovoima, jolla kuljettaja painaa kärryä, ei tee mitään työtä, koska se on suunnattu alaspäin, kohtisuorassa liikesuuntaan nähden.

Voiman työ on skalaarisuure.

Työn yksikkö SI-mittausjärjestelmässä - joule. 1 joule on työ, jonka tekee 1 newtonin voima 1 m etäisyydellä, jos voiman ja siirtymän suunnat ovat samat.

Jos useat voimat vaikuttavat kappaleeseen tai aineelliseen pisteeseen, puhumme niiden resultanttivoiman tekemästä työstä.

Jos käytetty voima ei ole vakio, sen työ lasketaan integraalina:

Tehoa

Voima, joka saa kehon liikkeelle, tekee mekaanista työtä. Mutta kuinka tämä työ tehdään, nopeasti tai hitaasti, on joskus erittäin tärkeää tietää käytännössä. Loppujen lopuksi sama työ voidaan tehdä eri aika. Työ, jonka suuri sähkömoottori tekee, voidaan tehdä pienellä moottorilla. Mutta hän tarvitsee paljon enemmän aikaa tähän.

Mekaniikassa on suure, joka kuvaa työn nopeutta. Tätä määrää kutsutaan tehoa.

Teho on tietyn ajanjakson aikana suoritetun työn suhde tämän ajanjakson arvoon.

N= A /∆ t

A-priory A = F s cos α , A s/∆ t = v , siis

N= F v cos α = F v ,

Missä F -voimaa, v nopeus, α – voiman suunnan ja nopeuden suunnan välinen kulma.

Tuo on teho - tämä on kappaleen voimavektorin ja nopeusvektorin skalaaritulo.

Kansainvälisessä SI-järjestelmässä teho mitataan watteina (W).

1 watti teho on 1 joule (J) työtä, joka tehdään 1 sekunnissa (s).

Tehoa voidaan lisätä lisäämällä työn tekevää voimaa tai nopeutta, jolla tämä työ tehdään.

Jos voima vaikuttaa kehoon, tämä voima liikuttaa kehoa. Ennen kuin määritellään työ materiaalin pisteen kaarevan liikkeen aikana, harkitaan erikoistapauksia:

Tässä tapauksessa mekaaninen työ A on yhtä suuri kuin:

A= F scos=
,

tai A = Fcos× s = F S × s,

MissäF S - projektio vahvuus liikkua. Tässä tapauksessa F s = konst, ja teoksen geometrinen merkitys A on suorakulmion pinta-ala koordinaatteina muodostettuna F S , , s.

Piirretään voiman projektio liikkeen suunnalle F S siirtymän funktiona s. Esitetään kokonaissiirtymä n pienen siirtymän summana
. Pienille i - liike
työ on tasa-arvoista

tai varjostetun puolisuunnikkaan pinta-ala kuvassa.

Täydellinen mekaaninen työ pisteestä siirtymiseen 1 tarkalleen 2 on yhtä suuri kuin:

Integraalin alla oleva arvo edustaa infinitesimaalien siirtymän perustyötä
:

- perustyötä.

Jaamme aineellisen pisteen liikeradan äärettömän pieniin liikkeisiin

ja voimantyötä

siirtämällä aineellista pistettä pisteestä 1 tarkalleen 2 määritellään käyräviivaiseksi integraaliksi:

–työskennellä kaarevalla liikkeellä.

Esimerkki 1: Painovoiman työ
materiaalipisteen kaarevan liikkeen aikana.

Edelleen Miten vakioarvo voidaan ottaa pois integraalimerkistä ja integraalista kuvan mukaan edustaa täyttä siirtymää . .

Jos merkitsemme pisteen korkeutta 1 maan pinnalta läpi , ja pisteen korkeus 2 kautta , Tuo

Näemme, että tässä tapauksessa työ määräytyy materiaalipisteen sijainnin perusteella ajan alku- ja loppuhetkellä, eikä se riipu liikeradan tai polun muodosta. Painovoiman tekemä työ suljetulla polulla on nolla:
.

Kutsutaan voimia, joiden työ suljetulla polulla on nollakonservatiivinen .

Esimerkki 2 : Kitkavoimalla tehty työ.

Tämä on esimerkki ei-konservatiivisesta voimasta. Tämän osoittamiseksi riittää, kun tarkastellaan kitkavoiman perustyötä:

nuo. Kitkavoiman tekemä työ on aina negatiivinen suure, eikä se voi olla yhtä suuri kuin nolla suljetulla polulla. Aikayksikköä kohti tehty työ on ns tehoa. Jos aikana
työtä tehdään
, silloin teho on yhtä suuri

–mekaaninen voima.

Ottaa
kuten

saamme voiman ilmaisun:

Työn SI-yksikkö on joule:
= 1 J = 1 N 1 m, ja tehon yksikkö on watti: 1 W = 1 J/s.

Mekaaninen energia.

Energia on yleinen kvantitatiivinen mitta kaikentyyppisten aineiden vuorovaikutuksen liikkeestä. Energia ei katoa eikä synny tyhjästä: se voi vain siirtyä muodosta toiseen. Energian käsite yhdistää kaikki luonnonilmiöt. Aineen eri liikemuotojen mukaan otetaan huomioon eri tyyppiset energiat - mekaaninen, sisäinen, sähkömagneettinen, ydin jne.

Energian ja työn käsitteet liittyvät läheisesti toisiinsa. Tiedetään, että työ tehdään energiareservin ansiosta, ja päinvastoin tekemällä työtä voit lisätä energiareserviä missä tahansa laitteessa. Toisin sanoen työ on energianmuutoksen määrällinen mitta:

Energiaa, kuten työtä, mitataan SI:nä jouleina: [ E]=1 J.

Mekaanista energiaa on kahta tyyppiä - kineettistä ja potentiaalista.

Kineettinen energia (tai liikeenergia) määräytyy kyseessä olevien kappaleiden massojen ja nopeuden mukaan. Tarkastellaan materiaalista pistettä, joka liikkuu voiman vaikutuksen alaisena . Tämän voiman työ lisää materiaalipisteen kineettistä energiaa
. Lasketaan tässä tapauksessa kineettisen energian pieni lisäys (differentiaali):

Laskettaessa
Käytettiin Newtonin toista lakia
, ja
- materiaalipisteen nopeuden moduuli. Sitten
voidaan esittää seuraavasti:

- liikkuvan materiaalipisteen kineettinen energia.

Kertomalla ja jakamalla tämä lauseke arvolla
, ja sen huomioon ottaen
, saamme

- liikemäärän ja liikkuvan materiaalipisteen kineettisen energian välinen yhteys.

Mahdollinen energia ( eli kehon asennon energia) määräytyy vartaloon kohdistuvien konservatiivisten voimien vaikutuksesta ja riippuu vain kehon asennosta .

Olemme nähneet, että painovoiman tekemä työ
materiaalin pisteen kaarevalla liikkeellä
voidaan esittää funktioarvojen erona
, otettu pisteessä 1 ja pisteessä 2 :

Osoittautuu, että aina kun voimat ovat konservatiivisia, näiden voimien työ polulla 1
2 voidaan esittää seuraavasti:

Toiminto , joka riippuu vain kehon asennosta, kutsutaan potentiaalienergiaksi.

Sitten saamme perustöihin

–työ vastaa potentiaalisen energian menetystä.

Muuten voidaan sanoa, että työ tehdään potentiaalisen energian varannon vuoksi.

Koko , joka on yhtä suuri kuin hiukkasen kineettisten ja potentiaalisten energioiden summa, kutsutaan kappaleen mekaaniseksi kokonaisenergiaksi:

–kehon mekaaninen kokonaisenergia.

Lopuksi toteamme, että käyttämällä Newtonin toista lakia
, kineettisen energian ero
voidaan esittää seuraavasti:

Potentiaalinen energiaero
, kuten yllä mainittiin, on yhtä suuri kuin:

Jos siis voima – konservatiivinen voima eikä muita ulkoiset voimat, Tuo , eli tässä tapauksessa kehon mekaaninen kokonaisenergia säilyy.

Mekaaninen työ. Työyksiköt.

Jokapäiväisessä elämässä ymmärrämme kaiken käsitteellä "työ".

Fysiikassa käsite Job hieman erilainen. Se on määrätty fysikaalinen suure, mikä tarkoittaa, että se voidaan mitata. Fysiikassa sitä tutkitaan ensisijaisesti mekaaninen työ .

Katsotaanpa esimerkkejä mekaanisista töistä.

Juna liikkuu sähköveturin vetovoiman alaisena ja mekaanista työtä tehdään. Kun ase ammutaan, jauhekaasujen painevoima toimii – se liikuttaa luotia piippua pitkin ja luodin nopeus kasvaa.

Näistä esimerkeistä käy selvästi ilmi, että mekaanista työtä tehdään, kun kappale liikkuu voiman vaikutuksen alaisena. Mekaanista työtä tehdään myös silloin, kun kappaleeseen vaikuttava voima (esimerkiksi kitkavoima) vähentää sen liikkeen nopeutta.

Haluttaessa siirtää kaappia painamme sitä voimakkaasti, mutta jos se ei liiku, emme tee mekaanista työtä. Voidaan kuvitella tapaus, jossa keho liikkuu ilman voimien osallistumista (hitausvoimalla); tässä tapauksessa mekaanista työtä ei myöskään tehdä.

Niin, mekaanista työtä tehdään vain kun voima vaikuttaa kehoon ja se liikkuu .

Ei ole vaikea ymmärtää, että mitä suurempi voima vaikuttaa kehoon ja sitä enemmän pidemmän matkan jonka keho kulkee tämän voiman vaikutuksesta, sitä enemmän työtä tehdään.

Mekaaninen työ on suoraan verrannollinen käytettyyn voimaan ja suoraan verrannollinen kuljettuun matkaan .

Siksi sovimme mekaanisen työn mittaamisesta voiman ja tämän voiman tähän suuntaan kuljetun polun tulolla:

työ = voima × polku

Missä A- Työ, F- voimaa ja s- kuljettu matka.

Työn yksikkönä pidetään työtä, joka on tehty 1 N:n voimalla 1 m matkalla.

Työyksikkö - joule (J ) on nimetty englantilaisen tiedemiehen Joulen mukaan. Täten,

1 J = 1 N m.

Myös käytetty kilojoulea (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Kaava A = Fs sovelletaan, kun voima F vakio ja sama kuin kehon liikesuunta.

Jos voiman suunta on sama kuin kehon liikesuunta, tämä voima tekee positiivista työtä.

Jos kappale liikkuu vastakkaiseen suuntaan kuin kohdistettu voima, esimerkiksi liukukitkavoima, tämä voima tekee negatiivista työtä.

Jos kehoon vaikuttavan voiman suunta on kohtisuorassa liikesuuntaan nähden, tämä voima ei toimi, työ on nolla:

Jatkossa mekaanisesta työstä puhuttaessa kutsumme sitä lyhyesti yhdellä sanalla - työ.

Esimerkki. Laske työ, joka tehdään nostettaessa tilavuudeltaan 0,5 m3 graniittilaatta 20 m korkeuteen. Graniitin tiheys on 2500 kg/m3.

Annettu:

ρ = 2500 kg/m 3

Ratkaisu:

jossa F on voima, joka on kohdistettava laatan nostamiseksi tasaisesti ylös. Tämä voima on moduuliltaan yhtä suuri kuin laattaan vaikuttava voima Fjuoste, eli F = Fstrand. Ja painovoima voidaan määrittää laatan massalla: Fpaino = gm. Lasketaan laatan massa, kun tiedetään sen tilavuus ja graniitin tiheys: m = ρV; s = h, eli polku on yhtä suuri kuin nostokorkeus.

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

F = 9,8 N/kg · 1250 kg ≈ 12 250 N.

A = 12 250 N · 20 m = 245 000 J = 245 kJ.

Vastaus: A = 245 kJ.

Vivut.Voima.Energia

Eri moottorit vaativat eri ajan saman työn suorittamiseen. Esimerkiksi, nosturi rakennustyömaalla hän nostaa satoja tiiliä rakennuksen ylimpään kerrokseen muutamassa minuutissa. Jos työntekijä siirtäisi nämä tiilet, häneltä kesti useita tunteja. Toinen esimerkki. Hevonen kyntää hehtaarin maata 10-12 tunnissa, kun taas traktori moniosaauralla ( auran terä- osa aurasta, joka leikkaa maakerroksen alhaalta ja siirtää sen kaatopaikalle; moniaura - monta auranterää), tämä työ valmistuu 40-50 minuutissa.

On selvää, että nosturi tekee saman työn nopeammin kuin työntekijä ja traktori nopeammin kuin hevonen. Työn nopeudelle on ominaista erityinen suuruus, jota kutsutaan tehoksi.

Teho on yhtä suuri kuin työn suhde aikaan, jonka aikana se suoritettiin.

Tehon laskemiseksi sinun on jaettava työ ajalle, jonka aikana tämä työ tehtiin. teho = työ/aika.

Missä N- teho, A- Työ, t-työn valmistumisaika.

Teho on vakiosuure, kun sama työ tehdään joka sekunti; muissa tapauksissa suhde A/t määrittää keskimääräisen tehon:

N keskiarvo = A/t . Tehon yksikkönä pidetään tehoa, jolla työ J tehdään 1 sekunnissa.

Tätä yksikköä kutsutaan watteiksi ( W) toisen englantilaisen tiedemiehen Wattin kunniaksi.

1 watti = 1 joule/1 sekunti, tai 1 W = 1 J/s.

Watti (joule sekunnissa) - W (1 J/s).

Suurempia tehoyksiköitä käytetään laajalti tekniikassa - kilowatti (kW), megawattia (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

Esimerkki. Laske padon läpi virtaavan vesivirran teho, jos putoamisen korkeus on 25 m ja virtausnopeus 120 m3 minuutissa.

Annettu:

ρ = 1000 kg/m3

Ratkaisu:

Putoavan veden massa: m = ρV,

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

Veteen vaikuttava painovoima:

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

Virtaus minuutissa tehty työ:

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

Virtausteho: N = A/t,

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

Vastaus: N = 0,5 MW.

Eri moottoreiden tehot vaihtelevat kilowatin sadasosista ja kymmenesosista (sähköinen partakone, ompelukone) jopa satoja tuhansia kilowatteja (vesi- ja höyryturbiinit).

Taulukko 5.

Joidenkin moottoreiden teho, kW.

Jokaisessa moottorissa on kilpi (moottoripassi), jossa on tietoja moottorista, mukaan lukien sen teho.

Ihmisen teho normaaleissa käyttöolosuhteissa on keskimäärin 70-80 W. Kun ihminen hyppää tai juoksee portaita ylös, ihminen voi kehittää tehoa 730 W:iin asti joissakin tapauksissa ja vielä suurempi.

Kaavasta N = A/t seuraa, että

Työn laskemiseksi on tarpeen kertoa teho sillä ajalla, jonka aikana tämä työ suoritettiin.

Esimerkki. Huonetuulettimen moottorin teho on 35 wattia. Kuinka paljon työtä hän tekee 10 minuutissa?

Kirjataan ylös ongelman ehdot ja ratkaistaan se.

Annettu:

Ratkaisu:

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

Vastaus A= 21 kJ.

Yksinkertaiset mekanismit.

Muinaisista ajoista lähtien ihminen on käyttänyt erilaisia laitteita mekaanisten töiden suorittamiseen.

Kaikki tietävät sen raskas esine(kivi, kaappi, työstökone), jota ei voi liikuttaa käsin, voidaan siirtää riittävän pitkällä kepillä - vivulla.

Tällä hetkellä uskotaan, että vipujen avulla kolme tuhatta vuotta sitten pyramidien rakentamisen aikana Muinainen Egypti siirsi ja nosti raskaita kivilaattoja suuriin korkeuksiin.

Monissa tapauksissa sen sijaan, että raskas kuorma nostettaisiin tietylle korkeudelle, se voidaan rullata tai vetää samalle korkeudelle kaltevaa tasoa pitkin tai nostaa lohkojen avulla.

Voiman muuntamiseen käytettäviä laitteita kutsutaan mekanismeja .

Yksinkertaisia mekanismeja ovat: vivut ja niiden lajikkeet - estää, portti; kalteva taso ja sen lajikkeet - kiila, ruuvi. Useimmissa tapauksissa yksinkertaiset mekanismit käytetään vahvistamaan eli lisäämään kehoon vaikuttavaa voimaa useita kertoja.

Yksinkertaisia mekanismeja löytyy sekä kotitalouksista että kaikista monimutkaisista teollisuus- ja tehdaskoneista, jotka leikkaavat, vääntävät ja leikkaavat suuret lakanat terästä tai vedä hienoimpia lankoja, joista kankaat sitten tehdään. Samat mekanismit löytyvät nykyaikaisista monimutkaisista automaattisista koneista, paino- ja laskentakoneista.

Vipuvarsi. Vivun voimien tasapaino.

Tarkastellaan yksinkertaisinta ja yleisintä mekanismia - vipua.

Vipu on jäykkä runko, joka voi pyöriä kiinteän tuen ympäri.

Kuvissa näkyy, kuinka työntekijä käyttää sorkkatankoa vipuna kuorman nostamiseen. Ensimmäisessä tapauksessa työntekijä voimalla F painaa sorkkaraudan päätä B, toisessa - nostaa loppuun B.

Työntekijän on voitettava kuorman paino P- pystysuoraan alaspäin suunnattu voima. Tätä varten hän kääntää sorkkaraudan ainoan läpi kulkevan akselin ympäri liikkumaton murtumiskohta on sen tukipiste NOIN. Pakottaa F jolla työntekijä vaikuttaa vipuun, on pienempi voima P Näin työntekijä saa saada voimaa. Vivulla voit nostaa niin raskaan kuorman, että et voi nostaa sitä itse.

Kuvassa on vipu, jonka pyörimisakseli on NOIN(tukipiste) sijaitsee voimien kohdistamispisteiden välissä A Ja SISÄÄN. Toisessa kuvassa on kaavio tästä vivusta. Molemmat voimat F 1 ja F 2, jotka vaikuttavat vipuun, on suunnattu yhteen suuntaan.

Lyhin etäisyys tukipisteen ja sen suoran välillä, jota pitkin voima vaikuttaa vipuun, kutsutaan voimavarreksi.

Voiman käsivarren löytämiseksi sinun on laskettava kohtisuora tukipisteestä voiman toimintalinjaan.

Tämän kohtisuoran pituus on tämän voiman käsi. Kuva osoittaa sen OA- olkapään voimaa F 1; OB- olkapään voimaa F 2. Vipuun vaikuttavat voimat voivat pyörittää sitä akselinsa ympäri kahteen suuntaan: myötä- tai vastapäivään. Kyllä, voimaa F 1 kääntää vipua myötäpäivään ja voima F 2 kiertää sitä vastapäivään.

Olosuhteet, joissa vipu on tasapainossa siihen kohdistuvien voimien vaikutuksesta, voidaan määrittää kokeellisesti. On muistettava, että voiman toiminnan tulos ei riipu vain sen numeerisesta arvosta (moduulista), vaan myös pisteestä, jossa se kohdistuu kehoon tai miten se on suunnattu.

Erilaisia painoja on ripustettu vipuun (katso kuva) tukipisteen molemmille puolille, jotta vipu pysyy aina tasapainossa. Vipuun vaikuttavat voimat ovat yhtä suuret kuin näiden kuormien painot. Jokaisessa tapauksessa mitataan voimamoduulit ja niiden olkapäät. Kuvassa 154 esitetyn kokemuksen perusteella on selvää, että voima 2 N tasapainottaa voimaa 4 N. Tässä tapauksessa, kuten kuvasta voidaan nähdä, vähemmän luja olkapää on 2 kertaa suurempi kuin vahvempi olkapää.

Tällaisten kokeiden perusteella vahvistettiin vivun tasapainon ehto (sääntö).

Vipu on tasapainossa, kun siihen vaikuttavat voimat ovat kääntäen verrannollisia näiden voimien käsivarsiin.

Tämä sääntö voidaan kirjoittaa kaavana:

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

Missä F 1Ja F 2 - vipuun vaikuttavat voimat, l 1Ja l 2 , - näiden voimien hartiat (katso kuva).

Arkhimedes vahvisti vivustasapainosäännön vuosina 287-212. eKr e. (mutta viimeisessä kappaleessa sanottiin, että vipuja käyttivät egyptiläiset? Vai onko sanalla "vakiintunut" tässä tärkeä rooli?)

Tästä säännöstä seuraa, että pienemmällä voimalla voidaan tasapainottaa suurempi voima vivun avulla. Olkoon vivun toinen varsi 3 kertaa suurempi kuin toinen (katso kuva). Sitten kohdistamalla esim. 400 N:n voima pisteeseen B, voit nostaa 1200 N painavaa kiveä. Vielä raskaamman kuorman nostamiseksi on lisättävä sen vipuvarren pituutta, johon työntekijä vaikuttaa.

Esimerkki. Työntekijä nostaa vivulla 240 kg painavan laatan (ks. kuva 149). Mitä voimaa hän kohdistaa suurempaan 2,4 m:n vipuvarteen, jos pienempi varsi on 0,6 m?

Kirjataan ylös ongelman ehdot ja ratkaistaan se.

Annettu:

Ratkaisu:

Viputasapainosäännön mukaan F1/F2 = l2/l1, josta F1 = F2 l2/l1, missä F2 = P on kiven paino. Kiven paino asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Sitten F1 = 2400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Vastaus: F1 = 600 N.

Esimerkissämme työntekijä voittaa 2400 N:n voiman ja kohdistaa vipuun voiman 600 N. Mutta tässä tapauksessa käsi, johon työntekijä vaikuttaa, on 4 kertaa pidempi kuin se, johon kiven paino vaikuttaa. ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Vipuvaikutussääntöä soveltamalla pienempi voima voi tasapainottaa suuremman voiman. Tässä tapauksessa pienemmän voiman olkapään tulee olla pidempi kuin voimakkaamman olkapään.

Voiman hetki.

Tiedät jo vivun tasapainosäännön:

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

Käyttämällä suhteellista ominaisuutta (sen äärijäsenten tulo on yhtä suuri kuin sen keskiosien tulo), kirjoitamme sen tässä muodossa:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Tasa-arvon vasemmalla puolella on voiman tulo F 1 hänen olkapäällään l 1, ja oikealla - voiman tulo F 2 hänen olkapäällään l 2 .

Kehoa ja sen olkapäätä pyörittävän voiman moduulin tuloa kutsutaan voiman hetki; se on merkitty kirjaimella M. Tämä tarkoittaa

Vipu on tasapainossa kahden voiman vaikutuksesta, jos sitä myötäpäivään kiertävän voiman momentti on yhtä suuri kuin vastapäivään kiertävän voiman momentti.

Tätä sääntöä kutsutaan hetkien sääntö , voidaan kirjoittaa kaavana:

M1 = M2

Todellakin, tarkastelemassamme kokeessa (§ 56) vaikuttavat voimat olivat 2 N ja 4 N, niiden olkapäät vastaavasti 4 ja 2 vipupainetta, eli näiden voimien momentit ovat samat vivun ollessa tasapainossa. .

Voiman momentti, kuten mikä tahansa fyysinen suure, voidaan mitata. Voiman momentin yksiköksi otetaan 1 N:n voimamomentti, jonka varsi on tasan 1 m.

Tätä yksikköä kutsutaan newton metri (N m).

Voiman momentti kuvaa voiman toimintaa ja osoittaa, että se riippuu samanaikaisesti sekä voiman moduulista että sen vipuvaikutuksesta. Itse asiassa tiedämme jo esimerkiksi, että voiman vaikutus oveen riippuu sekä voiman suuruudesta että siitä, mihin voima kohdistetaan. Mitä helpompaa ovea on kääntää, sitä kauemmaksi kiertoakselista siihen vaikuttava voima kohdistetaan. On parempi kiertää mutteri pitkäksi jakoavain kuin lyhyt. Mitä helpompaa on nostaa kauha kaivosta, sitä pidempi on portin kahva jne.

Vipuja tekniikassa, arjessa ja luonnossa.

Vipuvaikutuksen sääntö (tai hetkien sääntö) on erilaisten tekniikassa ja arjessa käytettävien työkalujen ja laitteiden toiminnan taustalla, kun tarvitaan voimanlisäystä tai matkustamista.

Saksilla työskentelyssä saamme voimaa. Sakset - tämä on vipu(kuva), jonka pyörimisakseli tapahtuu ruuvin kautta, joka yhdistää saksien molemmat puoliskot. Toimiva voima F 1 on saksiin tarttuvan henkilön käden lihasvoima. Vastavoima F 2 on saksilla leikattavan materiaalin vastusvoima. Saksien käyttötarkoituksen mukaan niiden muotoilu vaihtelee. Paperin leikkaamiseen tarkoitetuissa toimistosaksissa on pitkät terät ja kahvat, jotka ovat lähes yhtä pitkiä. Paperin leikkaaminen ei vaadi paljon voimaa, ja pitkä terä helpottaa suoraa leikkaamista. Leikkausakset peltiä(Kuva) kahvat ovat paljon pidemmät kuin terien, koska metallin vastusvoima on suuri ja sen tasapainottamiseksi on vaikuttavan voiman vartta merkittävästi lisättävä. Ero kahvojen pituuden ja leikkuuosan etäisyyden ja pyörimisakselin välillä on vielä suurempi lankaleikkurit(Kuva), suunniteltu langan leikkaamiseen.

Vivut erilaisia tyyppejä saatavilla moniin autoihin. Ompelukoneen kahva, polkupyörän polkimet tai käsijarru, auton ja traktorin polkimet sekä pianon näppäimet ovat esimerkkejä näissä koneissa ja työkaluissa käytetyistä vivuista.

Esimerkkejä vipujen käytöstä ovat ruuvien ja työpenkkien kahvat, vipu porakone jne.

Vipuvaakojen toiminta perustuu vivun periaatteeseen (kuva). Kuvassa 48 (s. 42) näkyvät harjoitusasteikot toimivat mm tasavartinen vipu . SISÄÄN desimaaliasteikot Olkapää, josta kuppi painoineen on ripustettu, on 10 kertaa pidempi kuin kuormaa kantava olkapää. Tämä tekee suurten kuormien punnitsemisesta paljon helpompaa. Kun punnitat kuormaa desimaaliasteikolla, sinun tulee kertoa painojen massa 10:llä.

Myös autojen tavaravaunujen punnitsemiseen tarkoitettu vaaka perustuu vipuvaikutussääntöön.

Vipuja löytyy myös eläinten ja ihmisten kehon eri osista. Näitä ovat esimerkiksi kädet, jalat, leuat. Monia vipuja löytyy hyönteisten (lukemalla kirja hyönteisistä ja niiden ruumiinrakenteesta), lintujen ja kasvien rakenteesta.

Vivun tasapainolain soveltaminen lohkoon.

Lohko Se on uralla varustettu pyörä, joka on asennettu pidikkeeseen. Köysi, kaapeli tai ketju viedään lohkouran läpi.

Kiinteä lohko Tätä kutsutaan lohkoksi, jonka akseli on kiinteä eikä nouse tai laske kuormia nostettaessa (kuva).

Kiinteää lohkoa voidaan pitää tasavartisena vipuna, jossa voimien haarat ovat yhtä suuret kuin pyörän säde (kuva): OA = OB = r. Tällainen lohko ei lisää voimaa. ( F 1 = F 2), mutta voit muuttaa voiman suuntaa. Siirrettävä lohko - tämä on lohko. jonka akseli nousee ja laskee kuorman mukana (kuva). Kuvassa on vastaava vipu: NOIN- vivun tukipiste, OA- olkapään voimaa R Ja OB- olkapään voimaa F. Olkapäästä lähtien OB 2 kertaa olkapää OA, sitten voimaa F 2 kertaa vähemmän voimaa R:

F = P/2 .

Täten, liikkuva lohko antaa kaksinkertaisen voimanlisäyksen .

Tämä voidaan todistaa käyttämällä voimamomentin käsitettä. Kun lohko on tasapainossa, voimien momentit F Ja R tasavertaisia keskenään. Mutta voiman olkapää F 2 kertaa vipuvaikutus R, ja siksi itse voima F 2 kertaa vähemmän voimaa R.

Yleensä käytännössä käytetään kiinteän ja liikkuvan lohkon yhdistelmää (kuva). Kiinteää lohkoa käytetään vain mukavuussyistä. Se ei lisää voimaa, mutta muuttaa voiman suuntaa. Sen avulla voit esimerkiksi nostaa kuormaa seistessäsi maassa. Tästä on hyötyä monille ihmisille tai työntekijöille. Se antaa kuitenkin voimanlisäyksen 2 kertaa tavallista enemmän!

Työn tasa-arvo yksinkertaisia mekanismeja käytettäessä. Mekaniikan "kultainen sääntö".

Käsittelemiämme yksinkertaisia mekanismeja käytetään tehtäessä töitä tapauksissa, joissa on tarpeen tasapainottaa toinen voima yhden voiman vaikutuksesta.

Luonnollisesti herää kysymys: vaikka yksinkertaiset mekanismit antavat lisävoimaa tai polkua, eivätkö yksinkertaiset mekanismit lisää työtä? Vastaus tähän kysymykseen voidaan saada kokemuksesta.

Tasapainottamalla kaksi eri suuruista voimaa vivulla F 1 ja F 2 (kuva), aseta vipu liikkeelle. Osoittautuu, että samalla pienemmän voiman sovelluspiste F 2 menee pidemmälle s 2, ja suuremman voiman kohdistamispiste F 1 - lyhyempi polku s 1. Mitattuamme nämä polut ja voimamoduulit havaitsemme, että vivun voimien kohdistuspisteiden kulkemat reitit ovat kääntäen verrannollisia voimiin:

s 1 / s 2 = F 2 / F 1.

Siten toimimalla vivun pitkälle varrelle saamme voimaa, mutta samalla menetämme saman verran matkan varrella.

Voiman tuote F matkalla s töitä on. Kokeilumme osoittavat, että vipuun kohdistuvien voimien tekemä työ on yhtä suuri:

F 1 s 1 = F 2 s 2, eli A 1 = A 2.

Niin, Kun käytät vipuvaikutusta, et voi voittaa työssä.

Vipuvaikutusta käyttämällä voimme saada joko tehoa tai etäisyyttä. Kohdistamalla voimaa vivun lyhyeen varteen lisäämme etäisyyttä, mutta menetämme saman verran voimaa.

On legenda, jonka mukaan Arkhimedes, ilahtunut vipuvaikutuksen säännön löytämisestä, huudahti: "Anna minulle tukipiste, niin minä käännän maapallon!"

Arkhimedes ei tietenkään pystynyt selviytymään sellaisesta tehtävästä, vaikka hänelle olisi annettu tukipiste (jonka olisi pitänyt olla Maan ulkopuolella) ja tarvittavan pituinen vipu.

Nostaakseen maata vain 1 cm, vivun pitkän varren pitäisi kuvata valtavan pituinen kaari. Vivun pitkän pään liikuttaminen tätä polkua pitkin kestäisi miljoonia vuosia esimerkiksi nopeudella 1 m/s!

Kiinteä lohko ei tuota työhyötyä, joka on helppo todentaa kokeellisesti (katso kuva). tapoja, kelvollisia pisteitä voimien soveltaminen F Ja F, ovat samat, voimat ovat samat, mikä tarkoittaa, että työ on sama.

Voit mitata ja vertailla tehtyä työtä liikkuvan lohkon avulla. Kuorman nostamiseksi korkeuteen h käyttämällä liikkuvaa lohkoa, on tarpeen siirtää köyden pää, johon dynamometri on kiinnitetty, kuten kokemus osoittaa (kuva), 2h korkeudelle.

Täten, kun saa 2-kertaisen voimanlisäyksen, he menettävät 2-kertaisesti matkalla, joten liikkuva lohko ei lisää työtä.

Sen on osoittanut vuosisatoja vanha käytäntö Mikään mekanismeista ei lisää suorituskykyä. He käyttävät erilaisia mekanismeja voittaakseen vahvuudessa tai matkoissa työolosuhteista riippuen.

Jo muinaiset tiedemiehet tiesivät säännön, joka soveltuu kaikkiin mekanismeihin: ei väliä kuinka monta kertaa voitamme vahvuudessa, yhtä monta kertaa häviämme etäisyydellä. Tätä sääntöä on kutsuttu mekaniikan "kultaiseksi säännöksi".

Mekanismin tehokkuus.

Harkittaessa vivun rakennetta ja toimintaa, emme ottaneet huomioon kitkaa, samoin kuin vivun painoa. näissä ihanteelliset olosuhteet käytetyn voiman tekemä työ (kutsumme tätä työksi koko), on yhtä suuri kuin hyödyllinen työskennellä kuormien nostamiseksi tai vastustuksen voittamiseksi.

Käytännössä mekanismin avulla tehty kokonaistyö on aina hieman suurempi hyödyllistä työtä.

Osa työstä tehdään mekanismin kitkavoimaa vastaan ja sitä liikuttamalla yksittäisiä osia. Joten liikkuvaa lohkoa käytettäessä on lisäksi tehtävä töitä itse lohkon, köyden nostamiseksi ja kitkavoiman määrittämiseksi lohkon akselilla.

Minkä mekanismin tahansa, sen avulla tehty hyödyllinen työ muodostaa aina vain osan kokonaistyöstä. Tämä tarkoittaa, että merkitsemällä hyödyllistä työtä kirjaimella Ap, kokonaistyötä kirjaimella Az, voimme kirjoittaa:

Ylös< Аз или Ап / Аз < 1.

Hyödyllisen työn suhde kokopäivätyö kutsutaan kertoimeksi hyödyllistä toimintaa mekanismi.

Hyötysuhdekerroin on lyhennetty tehokkuudella.

Tehokkuus = Ap / Az.

Tehokkuus ilmaistaan yleensä prosentteina ja merkitään kreikkalainen kirjainη, se luetaan "tämä":

η = Ap / Az · 100 %.

Esimerkki: 100 kg painava kuorma on ripustettu vivun lyhyeen varteen. Sen nostamiseksi pitkälle varrelle kohdistetaan 250 N:n voima. Kuorma nostetaan korkeuteen h1 = 0,08 m, samalla kun käyttövoiman vaikutuspiste laskee korkeuteen h2 = 0,4 m. Etsi vivun tehokkuus.

Kirjataan ylös ongelman ehdot ja ratkaistaan se.

Annettu :

Ratkaisu :

η = Ap / Az · 100 %.

Yhteensä (käytetty) työ Az = Fh2.

Hyödyllinen työ Ap = Рh1

P = 9,8 100 kg ≈ 1 000 N.

Ap = 1000 N · 0,08 = 80 J.

Az = 250 N · 0,4 m = 100 J.

η = 80 J/100 J 100 % = 80 %.

Vastaus : r = 80 %.

Mutta " kultainen sääntö"suoritetaan tässäkin tapauksessa. Osa hyödyllisestä työstä - 20 % - menee vivun ja ilmanvastuksen akselin kitkan voittamiseen sekä itse vivun liikkeeseen.

Minkä tahansa mekanismin tehokkuus on aina alle 100 %. Mekanismeja suunniteltaessa ihmiset pyrkivät lisäämään niiden tehokkuutta. Tämän saavuttamiseksi mekanismien akseleiden kitkaa ja niiden painoa vähennetään.

Energiaa.

Tehtaissa ja tehtaissa koneita ja koneita käyttävät sähkömoottorit, jotka kuluttavat sähköenergiaa (siis nimi).

Puristettu jousi (kuva) toimii suoristettuna, nostaa kuorman korkealle tai saa kärryn liikkumaan.

Maan yläpuolelle nostettu paikallaan oleva kuorma ei tee työtä, mutta jos tämä kuorma putoaa, se voi tehdä työtä (esimerkiksi se voi ajaa paalun maahan).

Jokaisella liikkuvalla keholla on kyky tehdä työtä. Siten kaltevasta tasosta alas vierivä teräspallo A (kuva) osuu puupalkkaan B, siirtää sitä tietyn matkan. Samalla tehdään töitä.

Jos keho tai useat vuorovaikutuksessa olevat kappaleet (elimien järjestelmä) voivat tehdä työtä, niillä sanotaan olevan energiaa.

Energiaa - fyysinen määrä, joka osoittaa, kuinka paljon työtä keho (tai useat kehot) voi tehdä. Energia ilmaistaan SI-järjestelmässä samoissa yksiköissä kuin työ, eli in joulea.

Mitä enemmän työtä keho voi tehdä, sitä enemmän sillä on energiaa.

Kun työ on tehty, kehon energia muuttuu. Tehty työ vastaa energian muutosta.

Potentiaalinen ja liike-energia.

Potentiaali (lat. tehoa - mahdollisuus) energia on energiaa, jonka määrää vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden ja saman kehon osien suhteellinen sijainti.

Potentiaalienergiaa esimerkiksi hallitsee Maan pintaan nähden kohotettu kappale, koska energia riippuu sen ja maan suhteellisesta sijainnista. ja niiden molemminpuolinen vetovoima. Jos katsomme maan päällä makaavan kappaleen potentiaalienergian olevan nolla, niin tiettyyn korkeuteen nostetun kappaleen potentiaalienergia määräytyy painovoiman työn perusteella, kun kappale putoaa maahan. Merkitään kehon potentiaalienergiaa E n, koska E = A, ja työ, kuten tiedämme, on yhtä suuri kuin voiman ja polun tulo

A = Fh,

Missä F- painovoima.

Tämä tarkoittaa, että potentiaalienergia En on yhtä suuri kuin:

E = Fh tai E = gmh,

Missä g- kiihtyvyys vapaa pudotus, m- kehomassa, h- korkeus, johon keho on nostettu.

Patojen pitämien jokien vedellä on valtavasti potentiaalista energiaa. Pudotessaan vesi toimii ja ajaa voimaloiden voimakkaita turbiineja.

Kopravasaran potentiaalienergiaa (kuva) käytetään rakentamisessa paalutustöihin.

Kun ovea avataan jousella, jousta venytetään (tai puristetaan kokoon). Hankitun energian ansiosta jousi, supistuva (tai suoristus) toimii, sulkee oven.

Puristettujen ja kiertymättömien jousien energiaa käytetään esimerkiksi kelloissa, erilaisissa kelattavissa leluissa jne.

Jokaisella elastisella epämuodostuneella kappaleella on potentiaalienergiaa. Painekaasun potentiaalienergiaa käytetään lämpökoneiden toiminnassa nokkavasarat, joita käytetään laajalti kaivosteollisuudessa, tienrakennuksessa, kovan maaperän louhinnassa jne.

Energiaa, jonka keho omistaa liikkeensä seurauksena, kutsutaan kineettiseksi (kreikaksi. kinema - liike) energiaa.

Kehon kineettinen energia on merkitty kirjaimella E Vastaanottaja.

Liikkuva vesi, vesivoimaloiden turbiinien käyttö, kuluttaa kineettistä energiaansa ja toimii. Liikkuvalla ilmalla, tuulella, on myös liike-energiaa.

Mistä kineettinen energia riippuu? Käännytään kokemukseen (katso kuva). Jos heittää palloa A alkaen eri korkeuksia, voit huomata, että mitä korkeammalle korkeudelle pallo pyörii, sitä suurempi on sen nopeus ja mitä pidemmälle se siirtää lohkoa, eli se tekee enemmän työtä. Tämä tarkoittaa, että kehon liike-energia riippuu sen nopeudesta.

Nopeutensa ansiosta lentävällä luodilla on korkea liike-energia.

Kehon kineettinen energia riippuu myös sen massasta. Tehdään kokeilumme uudelleen, mutta vieritetään toinen pallo, jonka massa on suurempi kaltevasta tasosta. Bar B siirtyy pidemmälle, eli töitä tehdään lisää. Tämä tarkoittaa, että toisen pallon kineettinen energia on suurempi kuin ensimmäisen.

Mitä suurempi kappaleen massa ja nopeus, jolla se liikkuu, sitä suurempi on sen liike-energia.

Kehon kineettisen energian määrittämiseksi käytetään kaavaa:

Ek = mv^2/2,

Missä m- kehomassa, v- kehon liikkeen nopeus.

Tekniikassa käytetään kappaleiden kineettistä energiaa. Padon pidättelemällä vedellä on, kuten jo mainittiin, suurta potentiaalista energiaa. Kun vesi putoaa padosta, se liikkuu ja sillä on sama korkea liike-energia. Se käyttää generaattoriin kytkettyä turbiinia sähkövirta. Veden kineettisen energian ansiosta syntyy sähköenergiaa.

Liikkuvan veden energialla on hyvin tärkeä V kansallinen talous. Tätä energiaa käytetään tehokkaissa vesivoimalaitoksissa.

Putoavan veden energia on ympäristöystävällinen energialähde, toisin kuin polttoaineenergia.

Kaikilla luonnon kappaleilla on suhteessa tavanomaiseen nolla-arvoon joko potentiaali- tai liike-energia, ja joskus molemmat yhdessä. Esimerkiksi lentävällä lentokoneella on sekä kineettistä että potentiaalista energiaa suhteessa Maahan.

Tutustuimme kahteen mekaaniseen energiaan. Muita energiatyyppejä (sähkö, sisäinen jne.) käsitellään fysiikan kurssin muissa osissa.

Yhden tyyppisen mekaanisen energian muuntaminen toiseksi.

Ilmiö, jossa yhden tyyppinen mekaaninen energia muuttuu toiseksi, on erittäin kätevää havaita kuvassa esitetyssä laitteessa. Kiertämällä lanka akselille, laitelevy nousee ylös. Ylös nostetussa levyssä on jonkin verran potentiaalienergiaa. Jos päästät siitä irti, se pyörii ja alkaa pudota. Kun se putoaa, levyn potentiaalienergia pienenee, mutta samalla sen kineettinen energia kasvaa. Pudotuksen lopussa kiekolla on sellainen liike-energiavarasto, että se voi nousta takaisin lähes entiselle korkeudelleen. (Osa energiasta kuluu toimimaan kitkavoimaa vastaan, joten kiekko ei saavuta alkuperäistä korkeuttaan.) Noustuaan ylös, kiekko putoaa uudelleen ja nousee sitten uudelleen. Tässä kokeessa levyn liikkuessa alaspäin sen potentiaalienergia muuttuu kineettiseksi energiaksi, ja kun se liikkuu ylöspäin, kineettinen energia muuttuu potentiaalienergiaksi.

Energian muunnos tyypistä toiseen tapahtuu myös esimerkiksi kahden elastisen kappaleen törmäyksessä kumipallo lattialle tai teräspallo teräslevylle.

Jos nostat teräspallon (riisin) teräslevyn yläpuolelle ja vapautat sen käsistäsi, se putoaa. Kun pallo putoaa, sen potentiaalienergia pienenee ja sen liike-energia kasvaa pallon nopeuden kasvaessa. Kun pallo osuu lautaseen, sekä pallo että lautanen puristuvat. Pallon kineettinen energia muuttuu puristetun levyn ja puristetun pallon potentiaalienergiaksi. Sitten kimmovoimien toiminnan ansiosta levy ja pallo ottavat alkuperäisen muotonsa. Pallo pomppii pois laatalta ja sen potentiaalinen energia muuttuu jälleen pallon liike-energiaksi: pallo pomppii ylös nopeudella, joka on lähes yhtä suuri kuin sillä oli hetkellä, kun se osui laattaan. Pallon noustessa ylöspäin pallon nopeus ja siten sen kineettinen energia pienenee, kun taas potentiaalienergia kasvaa. Pomppittuaan levyltä pallo nousee lähes samalle korkeudelle, josta se alkoi pudota. Nousun huipussa kaikki sen liike-energia muuttuu jälleen potentiaaliksi.

Luonnonilmiöihin liittyy yleensä yhden energiatyypin muuttuminen toiseksi.

Energiaa voidaan siirtää kehosta toiseen. Esimerkiksi jousiammunnassa vedetyn jousinauhan potentiaalienergia muunnetaan lentävän nuolen kineettiseksi energiaksi.

Saatat olla kiinnostunut seuraavista materiaaleista