کار به چه پارامترهایی بستگی دارد؟ کار مکانیکی. فرمول. بیان تعریف

شما قبلاً با کار مکانیک (کار نیرو) از درس فیزیک مدرسه ابتدایی آشنا هستید. بیایید تعریف کار مکانیکی را برای موارد زیر به یاد بیاوریم.

اگر نیرو در همان جهت حرکت بدن باشد، کار توسط نیرو انجام می شود

در این صورت کار انجام شده توسط نیرو مثبت است.

اگر نیرو بر خلاف حرکت بدن باشد، کار توسط نیرو انجام می شود

در این حالت کار انجام شده توسط نیرو منفی است.

اگر نیروی f_vec عمود بر جابجایی s_vec جسم باشد، کار انجام شده توسط نیرو صفر است:

کار یک کمیت اسکالر است. واحد کار به افتخار دانشمند انگلیسی جیمز ژول که نقش مهمی در کشف قانون بقای انرژی داشت، ژول (نماد: J) نامیده می شود. از فرمول (1) چنین می شود:

1 J = 1 N * m.

1. یک بلوک به وزن 0.5 کیلوگرم در طول میز 2 متر حرکت داده شد و نیروی کشسانی 4 نیوتن به آن اعمال شد (شکل 28.1). ضریب اصطکاک بین بلوک و جدول 0.2 است. کار بر روی بلوک چیست؟
الف) جاذبه m؟
ب) نیروهای واکنش طبیعی؟
ج) نیروهای الاستیک؟
د) نیروهای اصطکاک لغزشی tr؟

کل کار انجام شده توسط چندین نیروی وارد بر یک جسم را می توان به دو صورت یافت:
1. کار هر نیرو را بیابید و این آثار را با در نظر گرفتن علائم جمع کنید.
2. برآیند تمام نیروهای وارد شده به جسم را بیابید و کار برآیند را محاسبه کنید.

هر دو روش منجر به یک نتیجه می شود. برای اطمینان از این موضوع به تکلیف قبلی برگردید و به سوالات تکلیف 2 پاسخ دهید.

2. برابر است با:
الف) مجموع کار انجام شده توسط تمام نیروهای وارد بر بلوک؟
ب) حاصل تمام نیروهای وارد بر بلوک؟
ج) نتیجه کار؟ در حالت کلی (زمانی که نیروی f_vec در یک زاویه دلخواه نسبت به جابجایی s_vec هدایت می شود) تعریف کار نیرو به شرح زیر است.

شغل A نیروی ثابتبرابر است با حاصل ضرب مدول نیرو F توسط مدول جابجایی s و کسینوس زاویه α بین جهت نیرو و جهت جابجایی:

A = Fs cos α (4)

3. چه چیزی را نشان دهید تعریف کلیکار به نتیجه گیری نشان داده شده در نمودار زیر ادامه می یابد. آنها را شفاهی فرموله کنید و در دفترچه یادداشت کنید.

4. به بلوک روی میز نیرویی وارد می شود که مدول آن 10 نیوتن است. زاویه بین این نیرو و حرکت بلوک چقدر است اگر هنگام حرکت بلوک 60 سانتی متری در امتداد میز، این نیرو عمل کند. کار: الف) 3 J; ب) -3 J; ج) -3 J; د) -6 جی؟ نقاشی های توضیحی بسازید.

2. کار جاذبه

اجازه دهید جسمی به جرم m به صورت عمودی از ارتفاع اولیه h n به ارتفاع نهایی h k حرکت کند.

اگر جسم به سمت پایین حرکت کند (h n > h k، شکل 28.2، a)، جهت حرکت با جهت گرانش منطبق است، بنابراین کار گرانش مثبت است. اگر بدن به سمت بالا حرکت کند (h n< h к, рис. 28.2, б), то работа силы тяжести отрицательна.

در هر دو مورد، کار توسط گرانش انجام می شود

A = mg (h n - h k). (5)

حالا بیایید کار انجام شده توسط گرانش را هنگام حرکت با زاویه نسبت به عمود پیدا کنیم.

5. یک بلوک کوچک به جرم m در امتداد صفحه شیبدار به طول s و ارتفاع h لغزید (شکل 28.3). صفحه مایل با عمود زاویه α می سازد.

الف) زاویه بین جهت گرانش و جهت حرکت بلوک چقدر است؟ یک نقاشی توضیحی بسازید.
ب) کار گرانش را بر حسب m، g، s، α بیان کنید.
ج) s را بر حسب h و α بیان کنید.
د) کار گرانش را بر حسب m، g، h بیان کنید.
ه) وقتی بلوک در امتداد کل صفحه به سمت بالا حرکت می کند، نیروی گرانش چه کاری انجام می دهد؟

پس از انجام این کار، شما متقاعد شده اید که کار گرانش با فرمول (5) بیان می شود، حتی زمانی که بدن در یک زاویه به سمت عمود حرکت می کند - هم پایین و هم بالا.

اما پس از آن فرمول (5) برای کار گرانش زمانی معتبر است که جسمی در امتداد هر مسیری حرکت کند، زیرا هر مسیری (شکل 28.4، a) را می توان به عنوان مجموعه ای از "صفحه های شیبدار" کوچک نشان داد (شکل 28.4، b). .

بنابراین،
کار انجام شده توسط گرانش هنگام حرکت در امتداد هر مسیری با فرمول بیان می شود

A t = mg (h n - h k)،

جایی که h n ارتفاع اولیه بدن است، h k ارتفاع نهایی آن است.
کار انجام شده توسط گرانش به شکل مسیر بستگی ندارد.

به عنوان مثال، کار گرانش هنگام حرکت یک جسم از نقطه A به نقطه B (شکل 28.5) در طول مسیر 1، 2 یا 3 یکسان است. از اینجا، به ویژه، نتیجه می شود که نیروی گرانش هنگام حرکت در امتداد یک مسیر بسته (زمانی که جسم به نقطه شروع باز می گردد) برابر با صفر است.

6. توپی به جرم m که روی نخی به طول l آویزان شده بود، 90 درجه منحرف شد، نخ را کشیده نگه داشت، و بدون فشار رها شد.
الف) کاری که توسط گرانش انجام می شود در مدت زمانی که توپ به حالت تعادل حرکت می کند (شکل 28.6) چیست؟
ب) نیروی کشسانی نخ در همان زمان چه کاری انجام می دهد؟
ج) نیروهای حاصله که در یک زمان به توپ وارد می شوند چه کاری انجام می دهند؟

3. کار نیروی الاستیک

هنگامی که فنر به حالت تغییر شکل نیافته برمی گردد، نیروی الاستیک همیشه کار مثبت انجام می دهد: جهت آن با جهت حرکت منطبق است (شکل 28.7).

بیایید کار انجام شده توسط نیروی کشسان را پیدا کنیم.
مدول این نیرو با رابطه با مدول تغییر شکل x مرتبط است (به بند 15 مراجعه کنید)

کار انجام شده توسط چنین نیرویی را می توان به صورت گرافیکی یافت.

اجازه دهید ابتدا توجه داشته باشیم که کار انجام شده توسط یک نیروی ثابت از نظر عددی برابر است با مساحت مستطیل زیر نمودار نیرو در مقابل جابجایی (شکل 28.8).

شکل 28.9 نموداری از F(x) را برای نیروی الاستیک نشان می دهد. اجازه دهید کل حرکت بدن را به طور ذهنی به فواصل کوچکی تقسیم کنیم که در هر یک از آنها بتوان نیرو را ثابت در نظر گرفت.

سپس کار روی هر یک از این بازه‌ها از نظر عددی برابر با مساحت شکل زیر بخش مربوط به نمودار است. همه کارها برابر است با مجموع کار در این زمینه ها.

در نتیجه، در این مورد، کار از نظر عددی برابر با مساحت شکل زیر نمودار وابستگی F(x) است.

7. با استفاده از شکل 28.10، آن را ثابت کنید

کار انجام شده توسط نیروی الاستیک هنگامی که فنر به حالت تغییر شکل نیافته خود باز می گردد با فرمول بیان می شود

A = (kx 2)/2. (7)

8. با استفاده از نمودار در شکل 28.11، ثابت کنید که وقتی تغییر شکل فنر از x n به x k تغییر می کند، کار نیروی الاستیک با فرمول بیان می شود.

از فرمول (8) می بینیم که کار نیروی ارتجاعی فقط به تغییر شکل اولیه و نهایی فنر بستگی دارد، بنابراین، اگر بدنه ابتدا تغییر شکل داده و سپس به حالت اولیه خود برگردد، کار نیروی کشسان است. صفر به یاد بیاوریم که کار گرانش نیز همین ویژگی را دارد.

9. کشش فنر با سفتی 400 نیوتن بر متر در لحظه اولیه 3 سانتی متر است.
الف) تغییر شکل نهایی فنر چقدر است؟
ب) نیروی کشسان فنر چه کاری انجام می دهد؟

10. فنر با سفتی 200 نیوتن بر متر 2 سانتی متر کشیده می شود و در لحظه پایانی 1 سانتی متر تحت فشار قرار می گیرد.

4. کار نیروی اصطکاک

اجازه دهید بدنه در امتداد یک تکیه گاه ثابت بلغزد. نیروی اصطکاک لغزشی که بر روی بدنه وارد می شود همیشه بر خلاف حرکت است و بنابراین، کار نیروی اصطکاک لغزشی در هر جهت حرکت منفی است (شکل 28.12).

بنابراین، اگر بلوک را به سمت راست و میخ را به همان فاصله به سمت چپ حرکت دهید، اگر چه به موقعیت اولیه خود باز می گردد، کل کار انجام شده توسط نیروی اصطکاک لغزشی برابر با صفر نخواهد بود. این مهمترین تفاوت بین کار اصطکاک لغزشی و کار گرانش و کشش است. به یاد بیاوریم که کار انجام شده توسط این نیروها هنگام حرکت یک جسم در امتداد یک مسیر بسته صفر است.

11. یک بلوک با جرم 1 کیلوگرم در امتداد میز حرکت داده شد به طوری که مسیر حرکت آن مربعی با ضلع 50 سانتی متر بود.
الف) آیا بلوک به نقطه شروع خود بازگشته است؟
ب) کل کار انجام شده توسط نیروی اصطکاکی وارد بر بلوک چقدر است؟ ضریب اصطکاک بین بلوک و جدول 0.3 است.

5-قدرت

اغلب نه تنها کاری که انجام می شود مهم است، بلکه سرعت انجام کار نیز مهم است. با قدرت مشخص می شود.

توان P نسبت کار انجام شده A به دوره زمانی t است که در طی آن این کار انجام شده است:

(گاهی اوقات توان در مکانیک با حرف N و در الکترودینامیک با حرف P نشان داده می‌شود. ما استفاده از همان نام را برای توان راحت‌تر می‌دانیم.)

واحد قدرت وات (نماد: W) است که از نام مخترع انگلیسی جیمز وات نامگذاری شده است. از فرمول (9) نتیجه می شود که

1 W = 1 J/s.

12. با بلند کردن یکنواخت یک سطل آب به وزن 10 کیلوگرم به ارتفاع 1 متر به مدت 2 ثانیه، چه قدرتی در انسان ایجاد می شود؟

اغلب راحت است که قدرت را نه از طریق کار و زمان، بلکه از طریق زور و سرعت بیان کنیم.

بیایید موردی را در نظر بگیریم که نیرو در امتداد جابجایی هدایت شود. سپس کار انجام شده توسط نیروی A = Fs. با جایگزینی این عبارت به فرمول (9) برای توان، به دست می آوریم:

P = (Fs)/t = F(s/t) = Fv. (10)

13. خودرویی با سرعت 72 کیلومتر در ساعت در جاده افقی در حال حرکت است. در همان زمان، موتور آن قدرت 20 کیلووات را توسعه می دهد. نیروی مقاومت در برابر حرکت خودرو چقدر است؟

سرنخ هنگامی که یک خودرو در امتداد یک جاده افقی با سرعت ثابت حرکت می کند، نیروی کشش برابر با نیروی مقاومت در برابر حرکت ماشین است.

14. اگر قدرت موتور جرثقیل 20 کیلو وات و راندمان الکتروموتور جرثقیل 75 درصد باشد، برای بلند کردن یکنواخت بلوک بتنی به وزن 4 تن تا ارتفاع 30 متر چقدر طول می کشد؟

سرنخ راندمان یک موتور الکتریکی برابر است با نسبت کار بلند کردن بار به کار موتور.

سوالات و وظایف اضافی

15. توپی به وزن 200 گرم از بالکن با ارتفاع 10 و زاویه 45 درجه نسبت به افقی پرتاب شد. رسیدن در پرواز حداکثر ارتفاع 15 متر، توپ به زمین افتاد.
الف) نیروی جاذبه هنگام بلند کردن توپ چه کاری انجام می دهد؟
ب) هنگام پایین آمدن توپ، نیروی جاذبه چه کاری انجام می دهد؟
ج) نیروی گرانش در تمام طول پرواز توپ چه کاری انجام می دهد؟
د) آیا داده های اضافی در شرایط وجود دارد؟

16. توپی با جرم 0.5 کیلوگرم از فنر با سفتی 250 نیوتن بر متر معلق است و در حالت تعادل است. توپ به گونه ای بلند می شود که فنر تغییر شکل ندهد و بدون فشار آزاد شود.
الف) توپ تا چه ارتفاعی بلند شد؟
ب) در مدت زمانی که توپ به حالت تعادل حرکت می کند، نیروی گرانش چه کاری انجام می دهد؟
ج) نیروی الاستیک در مدت زمانی که توپ به حالت تعادل حرکت می کند چه کاری انجام می دهد؟
د) حاصل تمام نیروهای وارد شده به توپ در مدت زمانی که توپ به حالت تعادل حرکت می کند، چه کاری انجام می دهد؟

17. سورتمه ای به وزن 10 کیلوگرم از آن به پایین سر می خورد کوه برفیبا زاویه شیب α = 30 درجه و مسافت معینی را در امتداد یک سطح افقی طی کنید (شکل 28.13). ضریب اصطکاک بین سورتمه و برف 0.1 است. طول قاعده کوه l=15 متر است.

الف) مقدار نیروی اصطکاک زمانی که سورتمه روی سطح افقی حرکت می کند چقدر است؟
ب) هنگامی که سورتمه در امتداد یک سطح افقی در فاصله 20 متری حرکت می کند نیروی اصطکاک چه کاری انجام می دهد؟
ج) مقدار نیروی اصطکاک زمانی که سورتمه در امتداد کوه حرکت می کند چقدر است؟
د) نیروی اصطکاک هنگام پایین آوردن سورتمه چه کاری انجام می دهد؟
ه) هنگام پایین آوردن سورتمه توسط نیروی جاذبه چه کاری انجام می شود؟
و) نیروهای حاصل از سورتمه هنگام پایین آمدن از کوه چه کاری انجام می دهند؟

18. خودرویی به وزن 1 تن با سرعت 50 کیلومتر بر ساعت حرکت می کند. قدرت موتور 10 کیلووات است. مصرف بنزین 8 لیتر در 100 کیلومتر است. چگالی بنزین 750 کیلوگرم بر متر مکعب و گرمای ویژه احتراق آن 45 مگاژول بر کیلوگرم است. چه چیزی برابر است راندمان موتور? آیا داده های اضافی در شرایط وجود دارد؟
سرنخ راندمان یک موتور حرارتی برابر است با نسبت کار انجام شده توسط موتور به مقدار گرمای آزاد شده در طی احتراق سوخت.

یکی از مهمترین مفاهیممکانیک – کار زور .

کار زور

همه بدن های فیزیکیدر دنیای اطراف ما با کمک نیرو به حرکت در می آیند. اگر به جسم متحرکی در جهت یکسان یا مخالف، نیرو یا چندین نیروی یک یا چند جسم وارد شود، می گویند: کار در حال انجام است .

یعنی کار مکانیکی توسط نیرویی که بر بدن وارد می شود انجام می شود. بنابراین، نیروی کشش یک لوکوموتیو الکتریکی، کل قطار را به حرکت در می آورد و در نتیجه کار مکانیکی را انجام می دهد. دوچرخه توسط قدرت عضلانی پاهای دوچرخه سوار هدایت می شود. در نتیجه این نیرو کار مکانیکی نیز انجام می دهد.

در فیزیک کار زور کمیت فیزیکی را برابر حاصل ضرب مدول نیرو، مدول جابجایی نقطه اعمال نیرو و کسینوس زاویه بین بردارهای نیرو و جابجایی می نامیم.

A = F s cos (F, s) ,

کجا اف ماژول نیرو،

s – ماژول سفر .

اگر زاویه بین بادهای نیرو و جابجایی صفر نباشد، کار همیشه انجام می شود. اگر نیرو در جهت مخالف جهت حرکت عمل کند، مقدار کار منفی است.

اگر هیچ نیرویی بر بدن وارد نشود، یا اگر زاویه بین نیروی اعمال شده و جهت حرکت 90 o (cos 90 o = 0) باشد، هیچ کاری انجام نمی شود.

اگر اسبی گاری را بکشد، نیروی عضلانی اسب یا نیروی کششی که در جهت حرکت گاری هدایت می شود، کار می کند. اما نیروی گرانشی که راننده با آن بر روی گاری فشار می‌آورد، کاری انجام نمی‌دهد، زیرا به سمت پایین و عمود بر جهت حرکت هدایت می‌شود.

کار نیرو یک کمیت اسکالر است.

واحد کار در سیستم اندازه گیری SI - ژول 1 ژول کاری است که توسط نیروی 1 نیوتن در فاصله 1 متر انجام می شود اگر جهت نیرو و جابجایی منطبق باشد.

اگر چندین نیرو بر روی یک جسم یا یک نقطه مادی وارد شوند، آنگاه از کار انجام شده توسط نیروی حاصل از آنها صحبت می کنیم.

اگر نیروی اعمال شده ثابت نباشد، کار آن به صورت انتگرال محاسبه می شود:

قدرت

نیرویی که جسم را به حرکت در می آورد کار مکانیکی انجام می دهد. اما اینکه چگونه این کار، سریع یا آهسته انجام می شود، گاهی اوقات بسیار مهم است که در عمل بدانیم. از این گذشته، یک کار مشابه را می توان در زمان های مختلف تکمیل کرد. کاری که یک موتور الکتریکی بزرگ انجام می دهد توسط یک موتور کوچک قابل انجام است. اما او برای این کار به زمان بسیار بیشتری نیاز دارد.

در مکانیک، کمیتی وجود دارد که سرعت کار را مشخص می کند. این مقدار نامیده می شود قدرت.

قدرت نسبت کار انجام شده در یک دوره زمانی معین به ارزش این دوره است.

N= A /∆ تی

طبق تعریف A = اف س cos α ، A s/∆ t = v ، از این رو

N= اف v cos α = اف v ,

کجا اف - قدرت، v سرعت، α - زاویه بین جهت نیرو و جهت سرعت.

یعنی قدرت – این حاصل ضرب اسکالر بردار نیرو و بردار سرعت بدن است.

در سیستم بین المللیتوان SI بر حسب وات (W) اندازه گیری می شود.

1 وات توان 1 ژول (J) کار انجام شده در 1 ثانیه (s) است.

قدرت را می توان با افزایش نیروی انجام کار یا سرعت انجام این کار افزایش داد.

کار مکانیکی. واحدهای کار

در زندگی روزمره، ما همه چیز را با مفهوم "کار" درک می کنیم.

در فیزیک، مفهوم شغلتا حدودی متفاوت این قطعی است کمیت فیزیکییعنی قابل اندازه گیری است. در فیزیک عمدتاً مورد مطالعه قرار می گیرد کار مکانیکی .

بیایید به نمونه هایی از کارهای مکانیکی نگاه کنیم.

قطار تحت نیروی کشش یک لوکوموتیو الکتریکی حرکت می کند و کارهای مکانیکی انجام می شود. هنگامی که یک تفنگ شلیک می شود، نیروی فشار گازهای پودر کار می کند - گلوله را در امتداد لوله حرکت می دهد و سرعت گلوله افزایش می یابد.

از این مثال ها مشخص می شود که کار مکانیکی زمانی انجام می شود که جسم تحت تأثیر نیرو حرکت کند. کار مکانیکی نیز در مواردی انجام می شود که نیرویی که بر جسم وارد می شود (مثلاً نیروی اصطکاک) سرعت حرکت آن را کاهش می دهد.

می خواهیم کابینت را جابجا کنیم، آن را به شدت فشار می دهیم، اما اگر حرکت نکرد، کار مکانیکی انجام نمی دهیم. می توان موردی را تصور کرد که یک جسم بدون مشارکت نیروها حرکت می کند (در این مورد، کار مکانیکی نیز انجام نمی شود).

بنابراین، کار مکانیکی تنها زمانی انجام می شود که نیرویی بر جسمی وارد شود و آن حرکت کند .

درک این نکته دشوار نیست که هر چه نیروی بیشتری بر بدن وارد شود و مسیری که بدن تحت تأثیر این نیرو طی می کند طولانی تر باشد، کار انجام شده بیشتر می شود.

کار مکانیکی با نیروی وارده نسبت مستقیم و با مسافت طی شده نسبت مستقیم دارد .

بنابراین، ما موافقت کردیم که کار مکانیکی را با حاصل ضرب نیرو و مسیر طی شده در این جهت این نیرو اندازه گیری کنیم:

کار = نیرو × مسیر

کجا الف- شغل، اف- قدرت و س- مسافت طی شده

واحد کار، کاری است که توسط نیروی 1N در مسیری به طول 1 متر انجام می شود.

واحد کار - ژول (جی ) به نام دانشمند انگلیسی ژول. بنابراین،

1 J = 1N متر.

نیز استفاده می شود کیلوژول (kJ) .

1 کیلوژول = 1000 ژول

فرمول A = Fsقابل اجرا زمانی که نیرو افثابت و منطبق با جهت حرکت بدن است.

اگر جهت نیرو با جهت حرکت جسم منطبق باشد، این نیرو کار مثبت انجام می دهد.

اگر حرکت بدن در جهت مخالف جهت نیروی وارده رخ دهد، مثلاً نیروی اصطکاک لغزشی، این نیرو باعث کار منفی.

اگر جهت نیروی وارد بر جسم عمود بر جهت حرکت باشد، این نیرو هیچ اثری ندارد، کار صفر است:

در آینده، در مورد کار مکانیکی، به طور خلاصه در یک کلمه آن را کار می نامیم.

مثال. محاسبه کار انجام شده هنگام بلند کردن دال گرانیتی با حجم 0.5 متر مکعب تا ارتفاع 20 متر.

داده شده است:

ρ = 2500 کیلوگرم بر متر 3

راه حل:

که در آن F نیرویی است که باید برای بلند کردن یکنواخت دال به بالا اعمال شود. این نیرو از نظر مدول برابر با نیروی Fstrand وارد بر دال است، یعنی F = Fstrand. و نیروی گرانش را می توان با جرم دال تعیین کرد: Fweight = گرم. بیایید جرم دال را با دانستن حجم آن و چگالی گرانیت محاسبه کنیم: m = ρV; s = h، یعنی مسیر برابر با ارتفاعبالا آمدن

بنابراین، m = 2500 کیلوگرم بر متر مکعب · 0.5 متر مکعب = 1250 کیلوگرم.

F = 9.8 نیوتن بر کیلوگرم · 1250 کیلوگرم ≈ 12250 نیوتن.

A = 12250 نیوتن · 20 متر = 245000 J = 245 کیلوژول.

پاسخ دهید: A = 245 کیلوژول.

اهرم.قدرت.انرژی

موتورهای مختلف برای انجام یک کار به زمان های متفاوتی نیاز دارند. به عنوان مثال، جرثقیلدر یک کارگاه ساختمانی، او صدها آجر را در چند دقیقه به طبقه بالای یک ساختمان بلند می کند. اگر این آجرها توسط کارگر جابه جا می شد، چندین ساعت طول می کشید تا این کار را انجام دهد. مثال دیگر. یک اسب می تواند یک هکتار زمین را در 10-12 ساعت شخم بزند، در حالی که یک تراکتور با یک گاوآهن چند سهمی ( گاوآهن- قسمتی از گاوآهن که لایه زمین را از زیر بریده و به زباله دان منتقل می کند. چند شخم گاوآهن - گاوآهن های زیاد)، این کار در مدت 40-50 دقیقه به پایان می رسد.

واضح است که جرثقیل همان کار را سریعتر از کارگر انجام می دهد و تراکتور همان کار را سریعتر از اسب انجام می دهد. سرعت کار با کمیت خاصی به نام توان مشخص می شود.

توان برابر است با نسبت کار به زمانی که در طی آن انجام شده است.

برای محاسبه توان، باید کار را بر زمان انجام این کار تقسیم کنید.قدرت = کار/زمان

کجا ن- قدرت، الف- شغل، تی- زمان انجام کار

قدرت یک کمیت ثابت است که در هر ثانیه یک کار مشابه انجام شود A/tتوان متوسط ​​را تعیین می کند:

نمیانگین = A/t . واحد توان، توانی است که J کار در 1 ثانیه انجام می شود.

این واحد وات ( دبلیو) به افتخار دانشمند انگلیسی دیگر، وات.

1 وات = 1 ژول / 1 ثانیه، یا 1 W = 1 J/s.

وات (ژول در ثانیه) - W (1 ژول در ثانیه).

واحدهای بزرگتر قدرت به طور گسترده در فناوری استفاده می شوند - کیلووات (کیلووات), مگاوات (مگاوات) .

1 مگاوات = 1000000 وات

1 کیلو وات = 1000 وات

1 میلی وات = 0.001 وات

1 وات = 0.000001 مگاوات

1 W = 0.001 کیلو وات

1 وات = 1000 میلی وات

مثال. در صورتی که ارتفاع ریزش آب 25 متر و دبی آن 120 متر مکعب در دقیقه باشد، قدرت جریان آبی را که از سد می گذرد، بیابید.

داده شده است:

ρ = 1000 کیلوگرم بر متر مکعب

راه حل:

توده آب در حال سقوط: m = ρV,

m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120000 kg (12 104 kg).

گرانش بر روی آب:

F = 9.8 متر بر ثانیه 120000 کیلوگرم ≈ 1200000 نیوتن (12 105 نیوتن)

کار انجام شده توسط جریان در دقیقه:

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

توان جریان: N = A/t،

N = 30,000,000 J / 60 s = 500,000 W = 0.5 مگاوات.

پاسخ دهید: N = 0.5 مگاوات.

موتورهای مختلف دارای قدرت هایی از صدم تا دهم کیلووات هستند (موتور تیغ برقی، چرخ خیاطی) تا صدها هزار کیلووات (توربین های آب و بخار).

جدول 5.

قدرت برخی از موتورها، کیلووات.

هر موتور دارای یک پلاک (گذرنامه موتور) است که برخی از اطلاعات موتور از جمله قدرت آن را نشان می دهد.

نیروی انسانی در شرایط عادیکار به طور متوسط ​​70-80 وات است. هنگام پریدن یا دویدن از پله‌ها، یک فرد می‌تواند تا 730 وات قدرت داشته باشد در برخی مواردو حتی بزرگتر

از فرمول N = A/t نتیجه می شود که

برای محاسبه کار باید توان را در زمانی که این کار انجام شده ضرب کرد.

مثال. موتور فن اتاقی دارای توان 35 وات می باشد. او در 10 دقیقه چقدر کار می کند؟

بیایید شرایط مشکل را بنویسیم و آن را حل کنیم.

داده شده است:

راه حل:

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

پاسخ دهید الف= 21 کیلوژول

مکانیسم های ساده

از زمان های بسیار قدیم بشر از وسایل مختلفی برای انجام کارهای مکانیکی استفاده می کرده است.

همه می دانند که یک جسم سنگین (سنگ، کابینت، ماشین ابزار) را که نمی توان با دست حرکت داد، می توان با استفاده از یک چوب به اندازه کافی بلند - یک اهرم حرکت داد.

در حال حاضر اعتقاد بر این است که با کمک اهرم ها در سه هزار سال پیش در هنگام ساخت اهرام در مصر باستانتخته های سنگی سنگین را جابجا کرد و به ارتفاعات زیادی رساند.

در بسیاری از موارد، به جای بلند کردن یک بار سنگین به ارتفاع معین، می توان آن را در امتداد یک صفحه شیبدار به همان ارتفاع غلت داد یا کشید یا با استفاده از بلوک ها را بلند کرد.

دستگاه هایی که برای تبدیل نیرو استفاده می شوند نامیده می شوند مکانیسم ها .

مکانیسم های ساده عبارتند از: اهرم ها و انواع آن - بلوک، دروازه؛ هواپیمای شیبدار و انواع آن - گوه، پیچ. در اکثر موارد مکانیسم های سادهبرای افزایش قدرت، یعنی افزایش چندین برابر نیروی وارد بر بدن استفاده می شود.

مکانیزم های ساده هم در خانگی و هم در همه ماشین های پیچیده صنعتی و کارخانه ای که برش، پیچ و تاب و مهر می زنند، یافت می شود. ورق های بزرگفولاد یا بهترین نخ هایی را بکشید که پارچه ها از آن ساخته می شوند. همین مکانیسم ها را می توان در ماشین های مدرن پیچیده اتوماتیک، ماشین های چاپ و شمارش یافت.

اهرم. تعادل نیروها روی اهرم.

بیایید ساده ترین و رایج ترین مکانیسم - اهرم را در نظر بگیریم.

اهرم است جامد، که می تواند حول یک تکیه گاه ثابت بچرخد.

تصاویر نشان می دهد که چگونه یک کارگر از یک اهرم به عنوان اهرم برای بلند کردن بار استفاده می کند. در حالت اول، کارگر با زور افانتهای کلنگ را فشار می دهد ب، در دوم - پایان را بالا می برد ب.

کارگر باید بر وزن بار غلبه کند پ- نیرویی که به صورت عمودی به سمت پایین هدایت می شود. برای انجام این کار، او میله کلاغ را حول محوری می چرخاند که از آن تنها می گذرد بی حرکتنقطه شکست نقطه حمایت آن است در مورد. قدرت افکه با آن کارگر روی اهرم عمل می کند نیروی کمتری دارد پ، بنابراین کارگر دریافت می کند افزایش قدرت. با استفاده از یک اهرم می توانید بار سنگینی را بلند کنید که به تنهایی قادر به بلند کردن آن نباشید.

شکل اهرمی را نشان می دهد که محور چرخش آن است در مورد(تکیه گاه) بین نقاط اعمال نیروها قرار دارد الفو در. تصویر دیگری نمودار این اهرم را نشان می دهد. هر دو نیرو اف 1 و اف 2 اثر بر روی اهرم در یک جهت هدایت می شوند.

کوتاه ترین فاصله بین تکیه گاه و خط مستقیمی که نیرو بر روی اهرم وارد می شود بازوی نیرو نامیده می شود.

برای پیدا کردن بازوی نیرو، باید عمود را از نقطه تکیه به خط عمل نیرو پایین بیاورید.

طول این عمود بر بازوی این نیرو خواهد بود. شکل نشان می دهد که OA- قدرت شانه اف 1; OB- قدرت شانه اف 2. نیروهای وارد بر اهرم می توانند آن را حول محور خود در دو جهت بچرخانند: در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت. بله، قدرت اف 1 اهرم را در جهت عقربه های ساعت می چرخاند و نیرو اف 2 آن را در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخاند.

شرایطی که در آن اهرم تحت تأثیر نیروهایی که به آن وارد می شود در حالت تعادل قرار می گیرد، می توان به صورت تجربی تعیین کرد. باید به خاطر داشت که نتیجه نیرو نه تنها به مقدار عددی آن (مدول)، بلکه به نقطه ای که در آن به بدن اعمال می شود یا نحوه هدایت آن بستگی دارد.

وزنه های مختلفی از اهرم (شکل را ببینید) در دو طرف تکیه گاه آویزان می شوند تا هر بار اهرم در تعادل باقی بماند. نیروهای وارد بر اهرم برابر با وزن این بارها است. برای هر مورد، ماژول های نیرو و شانه های آنها اندازه گیری می شود. با توجه به تجربه نشان داده شده در شکل 154، مشخص است که نیروی 2 ننیرو را متعادل می کند 4 ن. در این حالت، همانطور که از شکل مشخص است، شانه با استحکام کمتر 2 برابر بزرگتر از شانه با قدرت بیشتر است.

بر اساس چنین آزمایشاتی، شرط (قاعده) تعادل اهرمی برقرار شد.

یک اهرم زمانی در حالت تعادل است که نیروهای وارد بر آن با بازوهای این نیروها نسبت معکوس داشته باشند.

این قانون را می توان به صورت فرمول نوشت:

اف 1/اف 2 = ل 2/ ل 1 ,

کجا اف 1واف 2 - نیروهای وارد بر اهرم، ل 1ول 2 ، - شانه های این نیروها (نگاه کنید به شکل).

قانون تعادل اهرمی توسط ارشمیدس در حدود 287-212 ایجاد شد. قبل از میلاد ه. (اما در پاراگراف آخر گفته شد که اهرم ها توسط مصری ها استفاده شده است؟ یا کلمه "تأسیس" در اینجا نقش مهمی دارد؟)

از این قاعده نتیجه می شود که می توان از نیروی کمتری برای متعادل کردن نیروی بزرگتر با استفاده از یک اهرم استفاده کرد. بگذارید یک بازوی اهرم 3 برابر بزرگتر از دیگری باشد (شکل را ببینید). سپس با اعمال نیروی مثلاً 400 نیوتن در نقطه B، می توانید سنگی به وزن 1200 نیوتن را بلند کنید. برای بلند کردن بار سنگین تر، باید طول بازوی اهرمی را که کارگر روی آن عمل می کند، افزایش دهید.

مثال. یک کارگر با استفاده از یک اهرم، تخته ای به وزن 240 کیلوگرم را بلند می کند (شکل 149 را ببینید). اگر بازوی کوچکتر 0.6 متر باشد چه نیرویی به بازوی اهرمی بزرگتر 2.4 متری وارد می کند؟

بیایید شرایط مشکل را بنویسیم و آن را حل کنیم.

داده شده است:

راه حل:

طبق قانون تعادل اهرمی، F1/F2 = l2/l1، از آنجا F1 = F2 l2/l1، که در آن F2 = P وزن سنگ است. وزن سنگ asd = گرم، F = 9.8 N 240 کیلوگرم ≈ 2400 N

سپس، F1 = 2400 نیوتن · 0.6/2.4 = 600 نیوتن.

پاسخ دهید: F1 = 600 نیوتن.

در مثال ما، کارگر بر نیروی 2400 نیوتن غلبه می کند و نیروی 600 نیوتن را به اهرم وارد می کند، اما در این حالت، بازویی که کارگر روی آن عمل می کند، 4 برابر بیشتر از بازویی است که وزن سنگ روی آن وارد می شود. ( ل 1 : ل 2 = 2.4 متر: 0.6 متر = 4).

با اعمال قانون اهرم، نیروی کوچکتر می تواند نیروی بزرگتر را متعادل کند. در این حالت، شانه با نیروی کمتر باید بلندتر از شانه با قدرت بیشتر باشد.

لحظه قدرت.

شما قبلاً قانون تعادل اهرمی را می دانید:

اف 1 / اف 2 = ل 2 / ل 1 ,

با استفاده از خاصیت تناسب (ضرب اعضای افراطی آن برابر با حاصل ضرب اعضای میانی آن است) آن را به این شکل می نویسیم:

اف 1ل 1 = اف 2 ل 2 .

در سمت چپ برابری حاصل ضرب نیرو است اف 1 روی شانه اش ل 1، و در سمت راست - محصول نیرو اف 2 روی شانه اش ل 2 .

حاصل ضرب مدول نیروی چرخش بدن و شانه آن نامیده می شود لحظه نیرو; با حرف M مشخص شده است

یک اهرم تحت تأثیر دو نیرو در حالت تعادل است اگر گشتاور نیرویی که آن را در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخاند با گشتاور نیرویی که آن را در خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخاند برابر باشد.

این قانون نامیده می شود قانون لحظه ها را می توان به صورت فرمول نوشت:

M1 = M2

در واقع، در آزمایشی که در نظر گرفتیم (§ 56)، نیروهای عمل کننده برابر با 2 نیوتن و 4 نیوتن بودند، شانه های آنها به ترتیب برابر با 4 و 2 فشار اهرمی بود، یعنی ممان این نیروها زمانی که اهرم در حالت تعادل است یکسان است. .

لحظه نیرو، مانند هر کمیت فیزیکی، قابل اندازه گیری است. واحد گشتاور نیرو ممان نیروی 1 N در نظر گرفته می شود که بازوی آن دقیقاً 1 متر است.

این واحد نامیده می شود نیوتن متر (N m).

لحظه نیرو مشخص کننده عمل یک نیرو است و نشان می دهد که به طور همزمان به مدول نیرو و اهرم آن بستگی دارد. در واقع، ما قبلاً می دانیم، برای مثال، که عمل یک نیرو بر درب هم به بزرگی نیرو و هم به محل اعمال نیرو بستگی دارد. هرچه چرخاندن درب آسان تر باشد، نیروی وارد بر آن از محور چرخش دورتر می شود. بهتر است پیچ مهره را طولانی باز کنید آچاراز کوتاه هر چه بلند کردن سطل از چاه راحت تر باشد، دسته دروازه بلندتر است و غیره.

اهرم هایی در فناوری، زندگی روزمره و طبیعت.

قاعده اهرم (یا قانون لحظه ها) زیربنای عمل انواع مختلف ابزارها و وسایل مورد استفاده در فناوری و زندگی روزمره است که در آن افزایش قدرت یا سفر مورد نیاز است.

ما هنگام کار با قیچی قدرت بیشتری داریم. قیچی - این یک اهرم است(انجیر) که محور چرخش آن از طریق پیچی که هر دو نیمه قیچی را به هم وصل می کند انجام می شود. نیروی بازیگر اف 1 قدرت عضلانی دست فردی است که قیچی را گرفته است. نیروی متقابل اف 2 نیروی مقاومت ماده ای است که با قیچی بریده می شود. بسته به هدف قیچی، طراحی آنها متفاوت است. قیچی های اداری که برای برش کاغذ طراحی شده اند، دارای تیغه های بلند و دسته های تقریباً یکسان هستند. بدون نیاز به برش کاغذ قدرت بزرگ، و با یک تیغه بلند برش در یک خط مستقیم راحت تر است. برش قیچی ورق فلزی(شکل) دسته هایی بسیار بلندتر از تیغه ها دارند، زیرا نیروی مقاومت فلز زیاد است و برای متعادل کردن آن، بازوی نیروی عامل باید به میزان قابل توجهی افزایش یابد. تفاوت بین طول دسته ها و فاصله قسمت برش و محور چرخش حتی بیشتر است. سیم برش(شکل)، طراحی شده برای برش سیم.

اهرم ها انواع مختلفدر بسیاری از خودروها موجود است. دسته چرخ خیاطی، پدال یا ترمز دستی دوچرخه، پدال ماشین و تراکتور و کلیدهای پیانو همگی نمونه هایی از اهرم های مورد استفاده در این ماشین ها و ابزارها هستند.

نمونه هایی از استفاده از اهرم ها دستگیره های رذیله و میز کار، اهرم است دستگاه حفاریو غیره

عمل ترازوهای اهرمی بر اساس اصل اهرم است (شکل). مقیاس های آموزشی نشان داده شده در شکل 48 (ص 42) به عنوان عمل می کنند اهرم بازوی مساوی . در مقیاس های اعشاریشانه ای که لیوان وزنه دار از آن آویزان است 10 برابر بیشتر از شانه ای است که بار را حمل می کند. این کار وزن کردن بارهای بزرگ را بسیار آسان می کند. هنگام وزن کردن بار در مقیاس اعشاری، باید جرم وزنه ها را در 10 ضرب کنید.

دستگاه ترازو برای توزین واگن های باری واگن ها نیز بر اساس قاعده اهرم است.

اهرم ها نیز در یافت می شوند بخش های مختلفبدن حیوانات و انسان. اینها، به عنوان مثال، بازوها، پاها، فک ها هستند. اهرم های زیادی را می توان در بدن حشرات (با مطالعه کتابی در مورد حشرات و ساختار بدن آنها)، پرندگان و در ساختار گیاهان یافت.

کاربرد قانون تعادل یک اهرم در یک بلوک.

مسدود کردناین یک چرخ با شیار است که در یک نگهدارنده نصب شده است. یک طناب، کابل یا زنجیره از شیار بلوک عبور داده می شود.

بلوک ثابت به این بلوک می گویند که محور آن ثابت است و هنگام بلند کردن بار بالا یا پایین نمی رود (شکل).

نه بلوک متحرکرا می توان به عنوان یک اهرم هم بازو در نظر گرفت که در آن بازوهای نیروها برابر با شعاع چرخ هستند (شکل): OA = OB = r. چنین بلوکی باعث افزایش قدرت نمی شود. ( اف 1 = اف 2)، اما به شما امکان می دهد جهت نیرو را تغییر دهید. بلوک متحرک - این یک بلوک است. که محور آن همراه با بار بالا و پایین می رود (شکل). شکل اهرم مربوطه را نشان می دهد: در مورد- نقطه تکیه اهرم، OA- قدرت شانه آرو OB- قدرت شانه اف. از شانه OB 2 برابر شانه OA، سپس قدرت اف 2 برابر نیروی کمتر آر:

F = P/2 .

بنابراین، بلوک متحرک باعث افزایش 2 برابری قدرت می شود .

این را می توان با استفاده از مفهوم گشتاور نیرو اثبات کرد. هنگامی که بلوک در تعادل است، گشتاور نیروها افو آربرابر یکدیگر. اما شانه قدرت اف 2 برابر اهرم آرو بنابراین خود قدرت اف 2 برابر نیروی کمتر آر.

معمولاً در عمل از ترکیب یک بلوک ثابت و یک بلوک متحرک استفاده می شود (شکل). بلوک ثابت فقط برای راحتی استفاده می شود. در نیرو افزایشی نمی دهد، اما جهت نیرو را تغییر می دهد. به عنوان مثال، به شما این امکان را می دهد که در حالی که روی زمین ایستاده اید باری را بلند کنید. این برای بسیاری از افراد یا کارگران مفید است. با این حال، افزایش قدرت را 2 برابر بیشتر از حد معمول می دهد!

برابری کار هنگام استفاده از مکانیسم های ساده. "قانون طلایی" مکانیک.

مکانیسم‌های ساده‌ای که در نظر گرفته‌ایم هنگام انجام کار در مواردی استفاده می‌شود که لازم است نیروی دیگری را از طریق عمل یک نیرو متعادل کنیم.

طبیعتاً این سؤال پیش می‌آید: آیا در حالی که قدرت یا مسیر را افزایش می‌دهد، مکانیسم‌های ساده باعث افزایش کار نمی‌شوند؟ پاسخ این سوال را می توان از روی تجربه به دست آورد.

با متعادل کردن دو نیروی قدر متفاوت روی یک اهرم اف 1 و اف 2 (شکل)، اهرم را در حرکت قرار دهید. معلوم می شود که در همان زمان نقطه اعمال نیروی کوچکتر است اف 2 فراتر می رود س 2، و نقطه اعمال نیروی بیشتر اف 1- مسیر کوتاهتر س 1. با اندازه گیری این مسیرها و ماژول های نیرو، متوجه می شویم که مسیرهایی که نقاط اعمال نیرو روی اهرم طی می کنند با نیروها نسبت معکوس دارند:

س 1 / س 2 = اف 2 / اف 1.

بنابراین، با عمل بر روی بازوی بلند اهرم، ما قدرت می گیریم، اما در عین حال به همان میزان در طول راه ضرر می کنیم.

محصول نیرو افدر راه سکار وجود دارد آزمایشات ما نشان می دهد که کار انجام شده توسط نیروهای اعمال شده به اهرم با یکدیگر برابر است:

اف 1 س 1 = اف 2 س 2، یعنی الف 1 = الف 2.

بنابراین، هنگام استفاده از اهرم، نمی توانید در محل کار برنده شوید.

با استفاده از اهرم، می توانیم قدرت یا فاصله را به دست آوریم. با اعمال نیرو به بازوی کوتاه اهرم، در مسافت افزایش می‌دهیم، اما به همان میزان قدرت از دست می‌دهیم.

افسانه ای وجود دارد که ارشمیدس، خوشحال از کشف قانون اهرم، فریاد زد: "به من تکیه گاه بدهید و من زمین را برگردانم!"

البته ارشمیدس حتی اگر به او یک تکیه گاه (که باید خارج از زمین می بود) و اهرمی به طول لازم داده می شد، نمی توانست با چنین وظیفه ای کنار بیاید.

برای بالا بردن زمین فقط 1 سانتی متر، بازوی بلند اهرم باید یک قوس با طول بسیار زیاد را توصیف کند. میلیون ها سال طول می کشد تا انتهای طولانی اهرم در این مسیر مثلاً با سرعت 1 متر بر ثانیه حرکت کند!

در محل کار هیچ مزیتی به شما نمی دهد بلوک ثابت, که به راحتی می توان آزمایشی را تأیید کرد (شکل را ببینید). مسیرهایی که نقاط اعمال نیرو طی می کنند افو اف، یکسان هستند، نیروها یکی هستند، یعنی کار یکسان است.

می توانید کار انجام شده را با کمک یک بلوک متحرک اندازه گیری و مقایسه کنید. برای بلند کردن بار به ارتفاع h با استفاده از یک بلوک متحرک، باید انتهای طناب را که دینامومتر به آن متصل شده است، همانطور که تجربه نشان می دهد (شکل.) تا ارتفاع 2 ساعت حرکت داد.

بنابراین، با افزایش قدرت 2 برابری ، آنها در راه 2 برابر از دست می دهند ، بنابراین بلوک متحرک افزایشی در کار ایجاد نمی کند.

رویه قرن ها این را نشان داده است هیچ یک از مکانیسم ها باعث افزایش عملکرد نمی شود.آنها بسته به شرایط کاری از مکانیسم های مختلفی برای پیروزی در قدرت یا مسافرت استفاده می کنند.

قبلاً دانشمندان باستانی قانون قابل اجرا برای همه مکانیسم ها را می دانستند: مهم نیست که چند بار در قدرت پیروز می شویم، همان تعداد دفعاتی که در مسافت می باختیم. این قانون را «قاعده طلایی» مکانیک نامیده اند.

کارایی مکانیزم.

هنگام در نظر گرفتن طراحی و عملکرد اهرم، اصطکاک و همچنین وزن اهرم را در نظر نگرفتیم. در اینها شرایط ایده آلکار انجام شده توسط نیروی اعمال شده (ما به این کار می گوییم پر) برابر است با مفیدبر روی بلند کردن بارها یا غلبه بر هرگونه مقاومت کار کنید.

در عمل، کل کار انجام شده توسط یک مکانیسم همیشه کمی بیشتر از کار مفید است.

بخشی از کار در برابر نیروی اصطکاک موجود در مکانیسم و ​​با حرکت تک تک قطعات آن انجام می شود. بنابراین، هنگام استفاده از یک بلوک متحرک، باید علاوه بر این کار را برای بلند کردن خود بلوک، طناب و تعیین نیروی اصطکاک در محور بلوک انجام دهید.

هر مکانیزمی که در نظر بگیریم، کار مفیدی که با کمک آن انجام می شود، همیشه تنها بخشی از کل کار را تشکیل می دهد. یعنی با نشان دادن کار مفید با حرف Ap، کار کل (هزینه شده) با حرف Az، می توانیم بنویسیم:

بالا< Аз или Ап / Аз < 1.

نسبت کار مفید به کار تمام وقتضریب نامیده می شود اقدام مفیدمکانیزم

ضریب کارایی به اختصار بازده نامیده می شود.

کارایی = Ap / Az.

کارایی معمولاً به صورت درصد بیان می شود و نشان داده می شود نامه یونانیη، به صورت "این" خوانده می شود:

η = Ap / Az · 100%.

مثال: باری به وزن 100 کیلوگرم بر روی بازوی کوتاه یک اهرم معلق است. برای بلند کردن آن، نیرویی به اندازه 250 نیوتن به بازوی بلند اعمال می شود کارایی اهرم

بیایید شرایط مشکل را بنویسیم و آن را حل کنیم.

داده شده است :

راه حل :

η = Ap / Az · 100%.

کل (صرف شده) کار Az = Fh2.

کار مفید An = Рh1

P = 9.8 100 کیلوگرم ≈ 1000 نیوتن.

Ap = 1000 N · 0.08 = 80 J.

Az = 250 نیوتن · 0.4 متر = 100 جی.

η = 80 J/100 J 100% = 80%.

پاسخ دهید : η = 80%.

اما " قانون طلایی"در این مورد نیز انجام می شود. بخشی از کار مفید - 20٪ از آن - صرف غلبه بر اصطکاک در محور اهرم و مقاومت هوا و همچنین حرکت خود اهرم می شود.

راندمان هر مکانیزم همیشه کمتر از 100٪ است. هنگام طراحی مکانیسم ها، افراد در تلاش هستند تا کارایی خود را افزایش دهند. برای رسیدن به این هدف، اصطکاک در محور مکانیسم ها و وزن آنها کاهش می یابد.

انرژی.

در کارخانه ها و کارخانجات، ماشین ها و ماشین ها توسط موتورهای الکتریکی به حرکت در می آیند که مصرف می کنند انرژی الکتریکی(از این رو نام).

فنر فشرده (شکل)، هنگامی که صاف می شود، کار می کند، بار را تا ارتفاع بالا می برد یا گاری را به حرکت در می آورد. بار ثابتی که از سطح زمین بلند می شود کار نمی کند، اما اگر این بار بیفتد، می تواند کار را انجام دهد (مثلاً می تواند شمع را به داخل زمین بکشد). هر جسم متحرکی توانایی انجام کار را دارد. بنابراین، توپ فولادی A (شکل) از یک صفحه شیبدار به پایین غلتید و برخورد کرد بلوک چوبیب، آن را مقداری مسافت حرکت می دهد. در عین حال کار انجام می شود. اگر یک جسم یا چند جسم متقابل (سیستمی از اجسام) بتوانند کار کنند، می گویند انرژی دارند. انرژی - یک کمیت فیزیکی که نشان می دهد یک بدن (یا چند بدن) چقدر کار می تواند انجام دهد. انرژی در سیستم SI در همان واحدهای کار بیان می شود، یعنی در ژول. هر چه بدن بتواند کار بیشتری انجام دهد، انرژی بیشتری دارد. وقتی کار انجام می شود، انرژی اجسام تغییر می کند. کار انجام شده برابر با تغییر انرژی است. انرژی بالقوه و جنبشی. بالقوه (از لات.قدرت - امکان) انرژی انرژی است که با موقعیت نسبی اجسام متقابل و اجزای همان جسم تعیین می شود. برای مثال، انرژی بالقوه در اختیار جسمی است که نسبت به سطح زمین بلند شده است، زیرا انرژی به موقعیت نسبی آن و زمین بستگی دارد. و جذابیت متقابل آنها اگر انرژی پتانسیل جسمی را که روی زمین قرار دارد را صفر در نظر بگیریم، آنگاه انرژی پتانسیل جسمی که تا ارتفاع معینی بالا رفته است، با کار انجام شده توسط گرانش هنگام سقوط جسم به زمین تعیین می شود. اجازه دهید انرژی بالقوه بدن را نشان دهیم E n، زیرا E = Aو کار همانطور که می دانیم برابر است با حاصل ضرب نیرو و مسیر A = Fh, کجا اف- جاذبه این بدان معنی است که انرژی پتانسیل En برابر است با: E = Fh، یا E = gmh، کجا g- شتاب سقوط آزاد، متر- وزن بدن، ساعت- ارتفاعی که بدن به آن بلند شده است. آب رودخانه‌هایی که توسط سدها نگهداری می‌شوند دارای انرژی بالقوه بسیار زیادی هستند. با سقوط، آب کار می کند و توربین های قدرتمند نیروگاه ها را به حرکت در می آورد. انرژی پتانسیل یک چکش کوپرا (شکل) در ساخت و ساز برای انجام کار شمع های رانده استفاده می شود. هنگام باز کردن درب با فنر، کار کشش (یا فشرده سازی) فنر انجام می شود. با توجه به انرژی به دست آمده، فنر، منقبض (یا صاف) کار می کند و درب را می بندد. انرژی فنرهای فشرده و نپیچیده به عنوان مثال در ساعت مچی، انواع اسباب بازی های بادگیر و غیره هر جسم تغییر شکل الاستیک دارای انرژی پتانسیل است.انرژی پتانسیل گاز فشرده در عملکرد موتورهای حرارتی، در چکش‌های چکش که کاربرد وسیعی در صنعت معدن دارند، در راه‌سازی، حفاری خاک سخت و غیره استفاده می‌شود. انرژی ای که جسم در نتیجه حرکت خود دارد جنبشی نامیده می شود (از یونانی.سینما - حرکت) انرژی. انرژی جنبشی یک جسم با حرف نشان داده می شود Eبه حرکت آب، به حرکت درآوردن توربین های نیروگاه های برق آبی، انرژی جنبشی خود را صرف می کند و کار می کند. هوای متحرک، باد نیز دارای انرژی جنبشی است. انرژی جنبشی به چه چیزی بستگی دارد؟ بیایید به تجربه روی آوریم (شکل را ببینید). اگر توپ A را از ارتفاع‌های مختلف بغلتانید، متوجه می‌شوید که هر چه توپ از بالاتر بغلتد، سرعت آن بیشتر می‌شود و هر چه بلوک را جلوتر می‌برد، یعنی کار بیشتری انجام می‌دهد. این بدان معناست که انرژی جنبشی یک جسم به سرعت آن بستگی دارد. گلوله پرنده به دلیل سرعتی که دارد انرژی جنبشی بالایی دارد. انرژی جنبشی یک جسم به جرم آن نیز بستگی دارد. بیایید دوباره آزمایش خود را انجام دهیم، اما یک توپ دیگر با جرم بیشتر را از صفحه شیبدار بغلتانیم. نوار B جلوتر خواهد رفت، یعنی کار بیشتری انجام خواهد شد. این بدان معناست که انرژی جنبشی توپ دوم از توپ اول بیشتر است. هر چه جرم جسم و سرعت حرکت آن بیشتر باشد، انرژی جنبشی آن بیشتر است. برای تعیین انرژی جنبشی یک جسم از فرمول استفاده می شود: Ek = mv^2/2، کجا متر- وزن بدن، v- سرعت حرکت بدن از انرژی جنبشی اجسام در فناوری استفاده می شود. همانطور که قبلا ذکر شد، آب حفظ شده توسط سد دارای انرژی بالقوه زیادی است. وقتی آب از سد می افتد، حرکت می کند و همان انرژی جنبشی بالایی دارد. این یک توربین متصل به یک ژنراتور را به حرکت در می آورد جریان الکتریکی. با توجه به انرژی جنبشی آب، انرژی الکتریکی تولید می شود. انرژی حرکت آب دارد ارزش عالی V اقتصاد ملی. این انرژی با استفاده از نیروگاه های برق آبی قدرتمند استفاده می شود. انرژی آب در حال سقوط برخلاف انرژی سوخت یک منبع انرژی دوستدار محیط زیست است. تمام اجسام موجود در طبیعت، نسبت به مقدار معمولی صفر، دارای انرژی پتانسیل یا جنبشی و گاهی اوقات هر دو با هم هستند. به عنوان مثال، یک هواپیمای پرنده دارای انرژی جنبشی و پتانسیل نسبت به زمین است. ما با دو نوع آشنا شدیم انرژی مکانیکی. انواع دیگر انرژی (الکتریکی، داخلی و ...) در سایر بخش های درس فیزیک مورد بحث قرار خواهد گرفت. تبدیل یک نوع انرژی مکانیکی به نوع دیگر. مشاهده پدیده تبدیل یک نوع انرژی مکانیکی به نوع دیگر بر روی دستگاه نشان داده شده در شکل بسیار راحت است. با پیچاندن نخ روی محور، دیسک دستگاه بلند می شود. دیسکی که به سمت بالا بلند شده است مقداری انرژی بالقوه دارد. اگر آن را رها کنید، می چرخد ​​و شروع به سقوط می کند. با سقوط، انرژی پتانسیل دیسک کاهش می یابد، اما در عین حال انرژی جنبشی آن افزایش می یابد. در پایان سقوط، دیسک دارای چنان ذخیره ای از انرژی جنبشی است که می تواند دوباره به ارتفاع قبلی خود برسد. (بخشی از انرژی صرف کار بر خلاف نیروی اصطکاک می شود، بنابراین دیسک به ارتفاع اولیه خود نمی رسد.) پس از بالا آمدن، دیسک دوباره می افتد و سپس دوباره بالا می رود. در این آزمایش وقتی دیسک به سمت پایین حرکت می کند، انرژی پتانسیل آن به انرژی جنبشی و زمانی که به سمت بالا حرکت می کند، انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل تبدیل می شود. تبدیل انرژی از یک نوع به نوع دیگر نیز هنگام برخورد دو جسم الاستیک، به عنوان مثال، یک توپ لاستیکی روی زمین یا یک توپ فولادی روی یک صفحه فولادی اتفاق می افتد. اگر یک گلوله فولادی (برنج) را بالای یک صفحه فولادی بردارید و آن را از دستان خود رها کنید، می افتد. با سقوط توپ، انرژی پتانسیل آن کاهش می یابد و انرژی جنبشی آن افزایش می یابد، زیرا سرعت توپ افزایش می یابد. وقتی توپ به صفحه برخورد می کند، هم توپ و هم صفحه فشرده می شوند. انرژی جنبشی که توپ در اختیار داشت به انرژی پتانسیل صفحه فشرده و توپ فشرده تبدیل می شود. سپس به لطف عمل نیروهای کشسان، صفحه و توپ شکل اصلی خود را به خود می گیرند. توپ از روی دال پرش می کند و انرژی پتانسیل آنها دوباره به انرژی جنبشی توپ تبدیل می شود: توپ با سرعتی تقریباً برابر با سرعتی که در لحظه برخورد به دال داشت به سمت بالا می پرد. با بالا رفتن توپ به سمت بالا، سرعت توپ و در نتیجه انرژی جنبشی آن کاهش می یابد، در حالی که انرژی پتانسیل افزایش می یابد. پس از پرش از دال، توپ تقریباً به همان ارتفاعی که از آن شروع به سقوط کرد بالا می رود. در نقطه بالای صعود، تمام انرژی جنبشی آن دوباره به پتانسیل تبدیل می شود. پدیده های طبیعی معمولاً با تبدیل یک نوع انرژی به نوع دیگر همراه است. انرژی می تواند از جسمی به جسم دیگر منتقل شود. بنابراین، برای مثال، هنگام تیراندازی با کمان، انرژی پتانسیل یک رشته کمان کشیده شده به انرژی جنبشی یک تیر پرنده تبدیل می شود.

هر بدنی که حرکتی انجام می دهد را می توان با کار مشخص کرد. به عبارت دیگر، عمل نیروها را مشخص می کند.

کار به این صورت تعریف می شود:
حاصل ضرب مدول نیرو و مسیر طی شده توسط جسم، ضرب در کسینوس زاویه بین جهت نیرو و حرکت.

کار با ژول اندازه گیری می شود:
1 [J] = = [kg* m2/s2]

به عنوان مثال، جسم A، تحت تأثیر نیروی 5 N، 10 متر را طی کرد.

از آنجایی که جهت حرکت و عمل نیرو منطبق است، زاویه بین بردار نیرو و بردار جابجایی برابر با 0 درجه خواهد بود. این فرمول ساده می شود زیرا کسینوس زاویه 0 درجه برابر با 1 است.

با جایگزینی پارامترهای اولیه در فرمول، متوجه می شویم:
A = 15 J.

بیایید مثال دیگری را در نظر بگیریم: جسمی با وزن 2 کیلوگرم، که با شتاب 6 متر بر ثانیه حرکت می کند، 10 متر را طی کرده است.

برای شروع، بیایید محاسبه کنیم که چه مقدار نیرو برای ایجاد شتاب 6 متر بر ثانیه به بدن نیاز است.

F = 2 کیلوگرم * 6 m/s2 = 12 H.
تحت تأثیر نیروی 12 نیوتن، بدن 10 متر حرکت کرد.

جایی که a برابر 30 درجه است. با جایگزینی داده های اولیه به فرمول، دریافت می کنیم:
A = 103.2 J.

قدرت

بسیاری از ماشین‌ها و مکانیزم‌ها کار یکسانی را در بازه‌های زمانی مختلف انجام می‌دهند. برای مقایسه آنها مفهوم قدرت معرفی شده است.
توان کمیتی است که میزان کار انجام شده در واحد زمان را نشان می دهد.

قدرت به افتخار مهندس اسکاتلندی جیمز وات بر حسب وات اندازه گیری می شود.
1 [وات] = 1 [J/s].

به عنوان مثال، یک جرثقیل بزرگ باری به وزن 10 تن را در عرض 1 دقیقه به ارتفاع 30 متر برد. یک جرثقیل کوچک 2 تن آجر را در یک دقیقه به همان ارتفاع بلند کرد. مقایسه ظرفیت جرثقیل
بیایید کار انجام شده توسط جرثقیل ها را تعریف کنیم. بار 30 متر بالا می رود، در حالی که بر نیروی گرانش غلبه می کند، بنابراین نیرویی که برای بلند کردن بار صرف می شود برابر با نیروی برهمکنش بین زمین و بار خواهد بود (F = m * g). و کار حاصل ضرب نیروهای مسافت طی شده توسط بارها یعنی ارتفاع است.

برای یک جرثقیل بزرگ A1 = 10000 کیلوگرم * 30 متر * 10 متر بر ثانیه = 3000000 ژول و برای جرثقیل کوچک A2 = 2000 کیلوگرم * 30 متر * 10 متر بر ثانیه = 600000 ژول.
توان را می توان با تقسیم کار بر زمان محاسبه کرد. هر دو جرثقیل بار را در 1 دقیقه (60 ثانیه) بلند کردند.

از اینجا:
N1 = 3,000,000 J/60 s = 50,000 W = 50 kW.
N2 = 600000 J/ 60 s = 10000 W = 10 kW.
از داده های فوق به وضوح مشاهده می شود که جرثقیل اول 5 برابر قدرتمندتر از دومی است.

میدونی کار چیه؟ بدون شک. هر فردی می داند کار چیست، مشروط بر اینکه در سیاره زمین به دنیا آمده باشد و زندگی کند. کار مکانیکی چیست؟

این مفهوم برای اکثر مردم روی کره زمین نیز شناخته شده است، اگرچه برخی افراد درک نسبتا مبهمی از این فرآیند دارند. اما اکنون در مورد آنها صحبت نمی کنیم. حتی تعداد کمتری از مردم می دانند که چیست کار مکانیکی از دیدگاه فیزیک.در فیزیک، کار مکانیکی کار انسان برای غذا نیست، این یک کمیت فیزیکی است که ممکن است به شخص یا هر موجود زنده دیگری ارتباطی نداشته باشد. چطور؟ حالا بیایید آن را بفهمیم.

کار مکانیکی در فیزیک

بیایید دو مثال بزنیم. در مثال اول، آب رودخانه با برخورد به پرتگاه، با سروصدا به شکل آبشار به پایین سقوط می کند. مثال دوم شخصی است که جسم سنگینی را با دستان دراز نگه می دارد، مثلاً سقف شکسته ای را بالای ایوان گرفته است. خانه روستاییاز زمین خوردن در حالی که همسر و فرزندانش دیوانه وار به دنبال چیزی برای حمایت از او هستند. کارهای مکانیکی چه زمانی انجام می شود؟

تعریف کار مکانیکی

تقریباً همه، بدون تردید، پاسخ خواهند داد: در دوم. و اشتباه خواهند کرد. برعکس این قضیه صادق است. در فیزیک، کار مکانیکی توصیف می شود با تعاریف زیر:کار مکانیکی زمانی انجام می شود که نیرویی بر جسمی وارد شود و آن حرکت کند. کار مکانیکی با نیروی اعمال شده و مسافت طی شده نسبت مستقیم دارد.

فرمول کار مکانیکی

کار مکانیکی با فرمول تعیین می شود:

جایی که A کار است،
F - قدرت،
s مسافت طی شده است.

بنابراین، با وجود همه قهرمانی های نگهدارنده سقف خسته، کاری که انجام داده است صفر است، اما آب با سقوط تحت تأثیر جاذبه از یک صخره بلند، مکانیکی ترین کار را انجام می دهد. یعنی اگر یک کابینت سنگین را ناموفق فشار دهیم، با وجود اینکه زور زیادی اعمال می کنیم، کاری که از نظر فیزیک انجام داده ایم صفر می شود. اما اگر کابینت را با فاصله معینی حرکت دهیم، کار را برابر حاصل ضرب نیروی وارده و فاصله ای که بدنه را طی کرده ایم انجام خواهیم داد.

واحد کار 1 ژول است. این کار توسط نیروی 1 نیوتن برای حرکت دادن یک جسم در فاصله 1 متری انجام می شود اگر جهت نیروی اعمال شده با جهت حرکت جسم منطبق باشد، آنگاه این نیرو کار مثبت انجام می دهد یک مثال زمانی است که جسمی را هل می دهیم و حرکت می کند. و در صورتی که نیرویی در جهت مخالف حرکت جسم وارد شود، مثلاً نیروی اصطکاک، این نیرو کار منفی انجام می دهد. اگر نیروی وارده به هیچ وجه بر حرکت بدن تأثیری نداشته باشد، نیروی وارد شده توسط این کار برابر با صفر است.

بازگشت