Школяр UA

Робота і потужність. Енергія

Робота і потужність. Енергія. Робота сили, що діє у напрямі руху тіла

Фізична величина, що має назву роботи, є характеристикою рухаючої дії сили. Якщо під дією сили F тіло змістилось на відстань s у напрямі дії сили, то робота A (від нім. arbeit) чисельно дорівнює добутку значення сили на шлях s: .
Одиниця роботи — джоуль (на честь англійського вченого Дж. Джоуля), .

Бистроту здійснення роботи характеризує потужність, яка позначається N або P (від англ. power): , тобто потужність P чисельно дорівнює роботі, що виконується протягом секунди.
=Дж/с (ват — на честь шотландського фізика Дж. Уатта (Ватта)).

Прості механізми

У механіці слово «робота» вживається не тільки як назва фізичної характеристики, а й як назва механічного процесу, що відбувається під дією сили (при цьому виконується робота).
Існують різні пристрої, які дозволяють: 1) виконувати роботу за умови прикладання до тіла порівняно невеликої сили; 2) змінювати напрям дії сили на більш зручний для людини. Усі зазначені механізми називаються простими. Приклади для першого випадку: похила площина (а); клин (одна похила площина чи складені основами одна до одної дві похилі площини, б); гвинт (зокрема як основна частина домкрата, тобто механічного підіймальника, в); важіль (г). Приклади для другого випадку: блок (д) і його




різновид — коловорот (е), які дозволяють змінювати напрям дії сили.
Жоден із простих механізмів не дає виграшу в роботі: виграш у силі супроводжується програшем у відстані, отже добуток цих величин не змінюється. Висновок — у скільки разів виграємо в силі, у стільки ж разів програємо у відстані — має назву «золотого» правила механіки, хоча в дійсності воно точно реалізується лише при рівномірному русі без тертя.

Умова рівноваги важеля

Звичайно важіль являє собою стрижень, який може обертатися навколо опори (точка О) або закріпленої нерухомо осі. На рисунку зображено лабораторний важіль у вигляді лінійки, через центр якої проходить горизонтальна вісь. Тягарці, набори яких відрізняються удвічі за загальною вагою, підвішені до важеля на різних відстанях ліворуч і праворуч від осі (ці відстані відрізняються теж удвічі), тобто , звідки ; і — плечі сил і .

Плече сили — це найкоротша відстань від лінії дії сили до осі чи до точки обертання.
Момент силиM — це добуток значення сили на її плече:
; (не джоуль!).

 

Момент викликає обертання важеля у напрямку руху годинникової стрілки, момент — у протилежному. Важіль знаходиться у рівновазі, якщо момент сили, який обертає важіль за годинниковою стрілкою, дорівнює моменту сили, який обертає важіль проти годинникової стрілки.

Коефіцієнт корисної дії механізму

Робота, яку виконує механізм (корисна робота Ак), через наявність сил тертя і сил опору середовища завжди менша, ніж робота приведення механізму в рух (виконана робота Ав).
Відношення корисної роботи до всієї виконаної роботи називається коефіцієнтом корисної дії(ККД): h = Ак / Ав.
Часто ККД виражають у відсотках, домножуючи дріб на 100 %. ККД завжди менший за одиницю (або за 100 %).

Потенціальна енергія піднятого тіла. Кінетична енергія тіла

ЕнергіяW (від англ. work — робота, адже енергія — характеристика спроможності тіла виконувати роботу) або E (від англ. energy — енергія) — універсальна кількісна міра руху, яка не змінюється при переході однієї форми руху (наприклад, механічної) в іншу (наприклад, у теплову).
У механіці зміна енергії тіла дорівнює роботі A, яку при цьому виконує тіло (чи яку виконують над ним інші тіла):. Тому одиницею вимірювання енергії теж є джоуль.
Розрізняють енергію потенціальну (від латин. potentia) — енергію взаємодії тіл або ділянок тіла і кінетичну (від грец. kinetikos) — енергію руху тіла.
Якщо якесь тіло підняти над поверхнею Землі, то чим більшими є маса тіла m і висота його підіймання h, тим більшу роботу виконає сила тяжіння mg, якщо тіло відпустити. Значення цієї роботи і визначає потенціальну енергію піднятого тіла: .
Потенціальну енергію має не тільки тіло, підняте над поверхнею Землі, а й пружно деформоване тіло.
Тіло, що рухається, може виконувати роботу при зіткненні з перешкодою (приклади: удар бійка копра об палю, пробивання кулею мішені та ін.), отже, воно має енергію.
Енергія тіла, що рухається (кінетична енергія тіла), визначається масою тіла і його швидкістю: .

Перетворення одного виду механічної енергії на інший

На рисунку зображено кульку, що падає з висоти на опору (на плиту).

У початковому положенні A (позиція а) кулька має лише потенціальну енергію. У точці C (позиція б) , бо частина початкової потенціальної енергії перетворилась на енергію руху. Таким чином, повна механічна енергія кульки в точці C є сумою і (позиція б).

У точці B (у момент падіння кульки, позиція в) є лише . Унаслідок виникнення сил пружності при деформуванні кульки і плити кулька починає рухатись угору — пружно відскакує від плити. У точці C (позиція г) ситуація буде така сама, як і в позиції б, тобто повна механічна енергія тіла буде сумою і .
Якби не було тертя й опору повітря, то повна механічна енергія кулькизалишилась би незмінною.

 

© 2009-2019 Школяр UA

Натисніть клавішу Enter для пошуку
Натисніть клавішу Enter для пошуку