Mehaanilise energia liigid. Mehaaniline energia Määrake keha mehaaniline koguenergia

Mehaanikas eristatakse kahte energiatüüpi: kineetiline ja potentsiaalne. Kineetiline energia nad nimetavad mistahes vabalt liikuva keha mehaanilist energiat ja mõõdavad seda tööga, mida keha võiks teha oma aeglustumisel kuni täieliku peatumiseni.

Laske kehal V kiirusega liikumine hakkab suhtlema teise kehaga KOOS ja samal ajal on see pärsitud. Seega keha V mõjub kehale KOOS teatud jõuga ja tee elementaarsel lõigul teeb ds tööd

Vastavalt Newtoni kolmandale kehaseadusele V samal ajal mõjub jõud, mille tangentsiaalne komponent põhjustab keha kiiruse arvväärtuse muutumise. Newtoni teise seaduse järgi

Seega

Töö, mida keha teeb kuni täieliku seiskumiseni, on võrdne:

Seega on translatsiooniliselt liikuva keha kineetiline energia võrdne poolega selle keha massist selle kiiruse ruuduga:

Valemist (3.7) on näha, et keha kineetiline energia ei tohiks olla negatiivne ().

Kui süsteem koosneb n liikuvaid kehasid, siis selle peatamiseks on äärmiselt oluline aeglustada kõiki neid kehasid. Sel põhjusel on mehaanilise süsteemi kogu kineetiline energia võrdne kõigi selles sisalduvate kehade kineetiliste energiate summaga:

Valemist (3.8) on näha, et E k sõltub ainult sellesse kuuluvate kehade masside suurusest ja liikumiskiirustest. Sel juhul pole vahet, kuidas keha massiga m i sai kiirust juurde. Teisisõnu, süsteemi kineetiline energia sõltub selle liikumisolekust.

Kiirused sõltuvad põhiliselt tugiraamistiku valikust. Valemite (3.7) ja (3.8) tuletamisel eeldati, et liikumist vaadeldakse inertsiaalses tugiraamistikus, kuna muidu oleks Newtoni seadusi võimatu kasutada. Sel juhul erinevates üksteise suhtes liikuvates inertsiaalsetes võrdluskaadrites kiirus i-süsteemi keha ja järelikult ei ole selle kineetiline energia ja kogu süsteem samad. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, süsteemi kineetiline energia sõltub võrdlussüsteemi valikust ᴛ.ᴇ. on väärtus sugulane.

Potentsiaalne energia- ϶ᴛᴏ kehade süsteemi mehaaniline energia, mille määrab nende vastastikune paigutus ja nendevaheliste vastastikmõju jõudude olemus.

Numbriliselt potentsiaalne energia süsteemi väärtus antud asendis on võrdne tööga, mida teevad süsteemile mõjuvad jõud, kui süsteem liigub sellest asendist, kus potentsiaalne energia on tavapäraselt null. E n= 0). "Potentsiaalse energia" mõiste leiab aset ainult konservatiivsete süsteemide puhul, ᴛ.ᴇ. süsteemid, milles mõjuvate jõudude töö sõltub ainult süsteemi alg- ja lõppasendist. Niisiis, koorma kaalumiseks P kõrgusele tõstetud h, potentsiaalne energia on võrdne ( E n= 0 jaoks h= 0); vedru külge kinnitatud koormuse puhul, kus on vedru pikenemine (surumine), k- selle jäikuse koefitsient ( E n= 0 jaoks l= 0); kahe massiga osakese jaoks m 1 ja m 2, mida tõmbab ligi kogu maailma gravitatsiooniseadus, kus γ - gravitatsioonikonstant, r Kas osakeste vaheline kaugus ( E n= 0 eest).

Mõelge Maa potentsiaalsele energiale - massiga kehale m kõrgusele tõstetud h Maa pinna kohal. Sellise süsteemi potentsiaalse energia vähenemist mõõdetakse gravitatsioonijõudude tööga, mis teostatakse keha vaba langemise ajal Maa peal. Kui keha langeb vertikaalselt, siis

kus E no on süsteemi potentsiaalne energia juures h= 0 (märk ʼʼ-ʼʼ näitab, et töö on tehtud potentsiaalse energia kadumise tõttu).

Kui sama keha langeb piki kaldtasapinda pikkusega l ja kaldenurgaga vertikaali suhtes (, siis on gravitatsioonijõudude töö võrdne eelmise väärtusega - e:

Kui lõpuks liigub keha mööda suvalist kõverjoonelist trajektoori, siis võib ette kujutada, et see kõver koosneb n väikesed sirged lõigud. Gravitatsioonijõu töö kõigil neil lõikudel on

Kogu kõverikul teel on gravitatsioonijõudude töö ilmselt võrdne:

Seega sõltub gravitatsioonijõudude töö ainult tee algus- ja lõpp-punktide kõrguste erinevusest.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, potentsiaalses (konservatiivses) jõudude väljas oleval kehal on potentsiaalne energia. Süsteemi konfiguratsiooni lõpmatult väikese muutuse korral on konservatiivsete jõudude töö võrdne potentsiaalse energia juurdekasvuga, mis on võetud miinusmärgiga, kuna töö tehakse potentsiaalse energia vähenemise tõttu:

Töö omakorda dA väljendatakse jõu ja nihke skalaarkorrutisena, seetõttu saab viimase avaldise kirjutada järgmiselt: süsteemi W on võrdne selle kineetilise ja potentsiaalse energia summaga:

Süsteemi potentsiaalse energia määratlusest ja vaadeldavatest näidetest on näha, et see energia, nagu ka kineetiline energia, on süsteemi oleku funktsioon: see sõltub ainult süsteemi konfiguratsioonist ja selle asukohast süsteemis. seoses välisorganitega. Seetõttu on süsteemi mehaaniline koguenergia ka süsteemi oleku funktsioon, ᴛ.ᴇ. sõltub ainult kõigi kehade asukohast ja kiirustest süsteemis.

Kineetiline energia on skalaarne füüsikaline suurus, mis iseloomustab liikuvat keha ja mis on materjali punkti jaoks võrdne poolega selle massist ja kiiruse ruudust:

Kineetilise energia SI ühik on džaul (J).

Valguse kiirusele lähedasel kiirusel tuleks kasutada teistsugust kineetilise energia määratlust.

Laiendatud keha kineetiline energia võrdub selle väikeste osade, mida võib pidada materiaalseteks punktideks, kineetilise energia summaga.

Newtoni teist seadust kasutades saab tõestada kineetilise energia muutumise teoreem kehad: inertsiaalses tugiraamistikus on keha kineetilise energia muutus võrdne kõigi sellele kehale mõjuvate sise- ja välisjõudude tööga.

Kui trajektoori sirgjoonelisel lõigul liigub keha  x, mõjuvad kaks konstantset jõudu, mis on suunatud nihkele nurkade 1 ja  2 all, siis keha kineetilise energia muutus on võrdne:

12. Mehaaniline töö ja võimsus. Tõhusus.

Mehaaniline tööA konstantne jõud nihke kohta on skalaarne füüsikaline suurus, mis on võrdne jõumooduli korrutisega F, liikumismoodul s ning jõu ja nihke suundade vahelise nurga koosinus.

A = Fs cos  = F x s,

kus F x- jõu projektsioon liikumissuunale (joonis 4).

Konstantse jõu töö, olenevalt jõu ja nihke vektorite vahelisest nurgast, võib olla positiivne, negatiivne ja võrdne nulliga (joonis 5).

Töö SI ühik on džaul (J).

Üldjuhul muutuva jõu mõjul trajektoori kõverale lõigule osutub töö arvutamine keerulisemaks.

Võimsus Kas skalaarne füüsikaline suurus, mis võrdub jõu töö suhtega A ajaintervallile t mille jooksul see toodeti:

Jõu võimsust saab mõõta ajas N(t)

SI võimsuse ühik on vatt (W).

Kui kiirusega liikuvale kehale rakendatakse jõudu (joonis 7), on selle jõu võimsus võrdne:

N = F cos .

Sageli terminid Töö ja võimsus viitab seadmele, mille toimel tekivad tööd tegevad jõud. Räägitakse inimese tööst, auto elektrimootori või mootori võimsusest töö asemel ja trossipinge jõust, millega inimene kelku tõmbab, või sisejõudude tööst ja jõust või jõust. õhutakistusjõud auto liikumisel. Lihtsaimatel juhtudel (kraana tõstab koormat) on see üsna vastuvõetav, kuid mõnel juhul nõuab see hoolikamat kaalumist. Nii et liikuva auto puhul on veojõuks rehvide hõõrdejõud asfaldil ja selle töö on null. Maapinna kohal hõljuva helikopteri puhul on tõukejõud võrdne gravitatsioonijõuga, tõukejõud null, põleva kütuse energia kulub aga kineetilise energia ülekandmiseks allapoole paiskuvatele õhuvooludele. .

Lihtsaimate mehhanismide kasutamisel püüab inimene teha toiminguid, mida ei saa teha "paljaste kätega" (koorma tõstmine, keha liigutamine jne). Selliseid mehhanisme iseloomustab füüsikaline suurus nn tõhusust(Tõhusus). Mehaanikas mõistetakse mehhanismi efektiivsuse all tavaliselt kasuliku töö ja kulutatud töö suhet.

Rääkides kulutatud tööst, mõeldakse selle jõu tööd, millega inimene mehhanismile mõjub. Kui me räägime kasulikust tööst, siis peame silmas kehale selle ühtlase liikumise ajal rakendatud jõu tööd. Seega, kui inimene tõstab koormat plokksüsteemi abil, liigutades köie otsa pikkuse võrra s 1, samal ajal kui koorem liigub (tõuseb) kõrgusele s 2 jõuga F 2 = mg, siis on mehhanismi efektiivsus, mida tähistatakse tähega , võrdne.

Kui keha suudab mehaanilist tööd teha, siis on mehaaniline energia E(J). Või kui väline jõud kehale mõjub, muutub selle energia.

Neid on kahte tüüpi mehaaniline energia: kineetiline ja potentsiaalne.

Kineetiline energia - liikuvate kehade energia:

kus v(m / s) - kiirusmoodul, m - kehamass.

Potentsiaalne energia- interakteeruvate kehade energia.

Näiteid potentsiaalsest energiast mehaanikas.

Keha tõstetakse maast lahti: E = mgh

kus h on nulltasemest (või trajektoori alumisest punktist) määratud kõrgus. Raja kuju pole oluline, loeb ainult algus- ja lõppkõrgus.

Elastselt deformeerunud keha. Deformatsioon määratakse deformeerimata keha asendist (vedru, nöör jne).

Elastsete kehade potentsiaalne energia: , kus k on vedru jäikus; x on selle deformatsioon.

Energiat saab üle kanda ühelt kehalt teisele, samuti muunduda ühest tüübist teise.

- Täielik mehaaniline energia.

Energia jäävuse seadus: v suletud kehade süsteem täielik energia ei muutu mis tahes interaktsioonide jaoks selles kehade süsteemis.

E k1 + E p1 = E k2 + E p2.

Suletud süsteemi moodustavate ning gravitatsiooni- ja elastsusjõudude abil üksteisega vastastikmõjus olevate kehade kineetilise ja potentsiaalse energia summa jääb muutumatuks.

2. Trafo. Tööpõhimõte. Seade. Teisendussuhe. Elektri ülekanne.
Vahelduvvoolu muundamine, mille puhul pinge tõuseb või väheneb mitu korda praktiliselt ei võimsuskadu toimub trafode abil.

Trafo- seade, mida kasutatakse vahelduvvoolu pinge suurendamiseks või vähendamiseks.

Esimesed trafod võeti kasutusele 1878. aastal. Vene teadlane PN Yablochkov andis toite tema leiutatud "elektriküünaldele", mis oli tol ajal uus valgusallikas.

Lihtsaim trafo koosneb kahest mähist. Keritud ühisele terassüdamikule. Üks mähis ühendub allikaga vahelduv Pinge. Seda mähist nimetatakse esmane mähis) ja teisest mähist (nn teisejärguline mähis) eemaldage selle edasiseks edastamiseks vahelduvpinge.

Primaarmähises olev vahelduvvool loob vahelduva magnetvälja. Tänu terassüdamikule läbib samale südamikule keritud sekundaarmähis peaaegu sama muutuv välja kui esmane.

Kuna kõik silmuseid täis sama muutuv magnetvoog, mis on tingitud elektromagnetilise induktsiooni nähtusest iga silmus loodud sama pinge... Seetõttu on primaar- ja sekundaarmähiste pingete  1 ja  2 suhe võrdne nende keerdude arvu suhtega:

Pinge muutus trafo poolt iseloomustab teisendussuhet

Teisendussuhe - väärtus, mis on võrdne trafo primaar- ja sekundaarmähise pingete suhtega:

Tõstmine trafo - pinget tõstev trafo (Astmelises trafos peab sekundaarmähise keerdude arv olema suurem kui primaarmähis, s.t.<1.

Allapoole trafo - pinget vähendav trafo (Alandava trafo puhul peab sekundaarmähise keerdude arv olema väiksem kui primaarmähis, st k> 1.

Elektrienergia ülekandmine elektrijaamadest suurtesse linnadesse või tööstuskeskustesse tuhandete kilomeetrite kaugusel on keeruline teaduslik ja tehniline probleem. Juhtmete küttekadude vähendamiseks on vaja ülekandeliini voolu vähendada ja seega ka pinget tõsta. Tavaliselt ehitatakse elektriliinid pingele 400-500 kV, samas kui liinid kasutavad kolmefaasilist voolu sagedusega 50 Hz.

Pileti number 12

Pascali seadus. Archimedese seadus. Ujumistingimused tel.

Pascali seaduse sõnastus

Vedelikule või gaasile avaldatav rõhk kandub edasi mis tahes punkti igas suunas sama. Seda väidet selgitab vedelike ja gaaside osakeste liikuvus kõigis suundades.

Pascali hüdrostaatikaseaduse alusel töötavad erinevad hüdroseadmed: pidurisüsteemid, pressid jne.

Archimedese seadus- see on vedelike ja gaaside staatika seadus, mille kohaselt vedelikku (või gaasi) sukeldatud kehale mõjub üleslükkejõud (Archimedese jõud), mis on võrdne sellest väljatõrjutud vedeliku (või gaasi) massiga. keha.

F A = ​​ρgV,
kus ρ - vedeliku (gaasi) tihedus,
g - gravitatsiooni kiirendus,
V - vee all oleva keha maht (või selle kehaosa maht, mis on sukeldatud vedelikku (või gaasi)).

Archimedese jõud on suunatud alati vastupidine gravitatsioonile... See on võrdne nulliga, kui vedelikku sukeldatud keha on tihe ja kogu põhi on põhja surutud.
Seda tuleks meeles pidada nullgravitatsiooniseisundis Archimedese seadus ei tööta.

Vaata: teed mööda veerev pall lööb tihvtid maha ja need lendavad külgedele. Äsja välja lülitatud ventilaator jätkab mõnda aega pöörlemist, tekitades õhuvoolu. Kas neil kehadel on energiat?

Märkus: pall ja ventilaator teevad mehaanilist tööd, mis tähendab, et neil on energiat. Neil on energiat, sest nad liiguvad. Liikuvate kehade energiat füüsikas nimetatakse kineetiline energia (kreeka keelest "kinema" - liikumine).

Kineetiline energia sõltub keha massist ja selle liikumiskiirusest (ruumis liikumine või pöörlemine). Näiteks mida suurem on kuuli mass, seda rohkem energiat see kokkupõrkel tihvtidele üle kandub, seda kaugemale need minema lendavad. Näiteks mida suurem on labade pöörlemiskiirus, seda kaugemale ventilaator õhuvoolu liigutab.

Ühe ja sama keha kineetiline energia võib erinevate vaatlejate vaatepunktist olla erinev. Näiteks meie kui selle raamatu lugejate seisukohalt on kännu kineetiline energia teel null, kuna känd ei liigu. Kuid jalgratturi suhtes on kännul kineetiline energia, kuna see läheneb kiiresti ja teeb kokkupõrkel väga ebameeldivat mehaanilist tööd - painutab jalgratta osi.

Energiat, mida ühe keha kehad või osad omavad, kuna nad suhtlevad teiste kehadega (või kehaosadega), nimetatakse füüsikas potentsiaalne energia (ladina keelest "potentsiaal" - tugevus).

Viitame joonisele. Pinnale tõustes saab pall teha mehaanilist tööd, näiteks lükata meie peopesa veest välja pinnale. Teatud kõrgusele asetatud raskus saab selle tööga hakkama – murda pähkli ära. Vibu venitatud vibunöör võib noole välja lükata. Seega vaadeldavatel kehadel on potentsiaalne energia, kuna nad suhtlevad teiste kehadega (või kehaosadega). Näiteks pall suhtleb veega – Archimedese jõud surub selle pinnale. Kaal interakteerub Maaga – gravitatsioonijõud tõmbab raskuse allapoole. Vibunöör suhtleb teiste vibu osadega – seda tõmbab vööri kõvera varre elastsusjõud.

Keha potentsiaalne energia oleneb kehade (või kehaosade) vastasmõju jõust ja nendevahelisest kaugusest. Näiteks mida suurem on Archimedese jõud ja mida sügavamale pall vette kastetakse, seda suurem on gravitatsioon ja mida kaugemal on raskus Maast, seda suurem on elastsusjõud ja mida kaugemale vibunööri tõmmatakse, seda suuremad on potentsiaalsed energiad. kehadest: pall, kettlebell, vibu (vastavalt).

Ühe ja sama keha potentsiaalne energia võib erinevate kehade suhtes olla erinev. Vaata pilti. Kui raskus langeb igale pähklile, avastatakse, et teise pähkli killud lendavad palju kaugemale kui esimese pähkli killud. Seetõttu on mutri 1 puhul kaalul väiksem potentsiaalne energia kui mutri 2 puhul. Tähtis: erinevalt kineetilisest energiast, potentsiaalne energia ei sõltu vaatleja asukohast ja liikumisest, vaid sõltub meie energia "nulltaseme" valikust.