انواع انرژی مکانیکی انرژی مکانیکی کل انرژی مکانیکی یک جسم را تعریف کنید

در مکانیک دو نوع انرژی متمایز می شود: جنبشی و پتانسیل. انرژی جنبشیآنها انرژی مکانیکی هر جسمی را که آزادانه در حال حرکت است می نامند و آن را با کاری که بدن می تواند در حین کاهش سرعت تا توقف کامل انجام دهد اندازه می گیرند.

اجازه بدن Vحرکت با سرعت شروع به تعامل با جسم دیگری می کند باو در عین حال مهار می شود. از این رو بدن Vروی بدن عمل می کند بابا مقداری نیرو و بر روی یک بخش ابتدایی از مسیر ds کار را انجام می دهد

طبق قانون سوم بدن نیوتن Vدر همان زمان نیرویی وارد می شود که جزء مماسی آن باعث تغییر مقدار عددی سرعت جسم می شود. طبق قانون دوم نیوتن

از این رو،

کار انجام شده توسط بدن تا توقف کامل برابر است با:

بنابراین، انرژی جنبشی یک جسم متحرک معادل نصف حاصلضرب جرم این جسم در مجذور سرعت آن است:

از فرمول (3.7) می توان دریافت که انرژی جنبشی بدن نباید منفی باشد ().

اگر سیستم متشکل از nاجسام متحرک، سپس برای متوقف کردن آن، کاهش سرعت هر یک از این اجسام بسیار مهم است. به همین دلیل، کل انرژی جنبشی یک سیستم مکانیکی برابر است با مجموع انرژی جنبشی تمام اجسام موجود در آن:

از فرمول (3.8) مشاهده می شود که E kفقط به بزرگی جرم ها و سرعت حرکت اجسام موجود در آن بستگی دارد. در این مورد، مهم نیست که یک جسم با جرم چگونه است m iسرعت به دست آورد به عبارت دیگر، انرژی جنبشی سیستم تابعی از حالت حرکت آن است.

سرعت ها اساساً به انتخاب چارچوب مرجع بستگی دارد. هنگام استخراج فرمول های (3.7) و (3.8)، فرض بر این بود که حرکت در چارچوب مرجع اینرسی در نظر گرفته می شود. در غیر این صورت استفاده از قوانین نیوتن غیرممکن خواهد بود. در این حالت در قاب های مرجع اینرسی مختلف که نسبت به یکدیگر حرکت می کنند، سرعت منبدنه سیستم و در نتیجه انرژی جنبشی آن و کل سیستم یکسان نخواهد بود. انرژی جنبشی سیستم به انتخاب سیستم مرجع بستگی دارد. ᴛ.ᴇ. ارزش است نسبت فامیلی.

انرژی پتانسیل- انرژی مکانیکی یک سیستم اجسام که با آرایش متقابل آنها و ماهیت نیروهای برهمکنش بین آنها تعیین می شود.

به صورت عددی انرژی پتانسیلسیستم در موقعیت داده شده خود برابر است با کاری که توسط نیروهای وارد بر سیستم انجام می شود زمانی که سیستم از این موقعیت به جایی که انرژی پتانسیل به طور معمول صفر فرض می شود حرکت می کند. E n= 0). مفهوم "انرژی بالقوه" فقط برای سیستم های محافظه کار وجود دارد، ᴛ.ᴇ. سیستم هایی که در آنها کار نیروهای عامل فقط به موقعیت اولیه و نهایی سیستم بستگی دارد. بنابراین، برای وزن کردن بار پبه ارتفاعی برآمد ساعت، انرژی پتانسیل برابر خواهد بود با ( E n= 0 برای ساعت= 0)؛ برای بار متصل به فنر، ازدیاد طول (فشردگی) فنر کجاست، ک- ضریب سختی آن ( E n= 0 برای ل= 0)؛ برای دو ذره با جرم متر 1و متر 2، که توسط قانون گرانش تمام جهان جذب می شوند، جایی که γ - ثابت گرانشی، rآیا فاصله بین ذرات ( E n= 0 برای).

انرژی پتانسیل زمین - جسم با جرم را در نظر بگیرید متربه ارتفاعی برآمد ساعتبالای سطح زمین کاهش انرژی پتانسیل چنین سیستمی با کار نیروهای گرانش که در هنگام سقوط آزاد جسم روی زمین انجام می شود اندازه گیری می شود. اگر بدن به صورت عمودی بیفتد، پس

جایی که E no انرژی پتانسیل سیستم در آن است ساعت= 0 (علامت ʼʼ-ʼʼ نشان می دهد که کار به دلیل از دست دادن انرژی پتانسیل انجام شده است).

اگر همان جسم در امتداد صفحه مایل با طول بیفتد لو با یک زاویه تمایل به عمودی (، سپس کار نیروهای گرانش برابر با مقدار قبلی است - e:

اگر در نهایت، بدن در امتداد یک مسیر منحنی دلخواه حرکت کند، می توان این منحنی را متشکل از nبخش های مستقیم کوچک کار نیروی گرانش روی هر یک از این مقاطع است

در کل مسیر منحنی، کار نیروهای گرانشی آشکارا برابر است با:

بنابراین، کار نیروهای گرانش تنها به اختلاف ارتفاع نقاط شروع و پایان مسیر بستگی دارد.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ، جسمی در میدان بالقوه (محافظه کار) نیروها دارای انرژی بالقوه است. با تغییر بی نهایت کوچک در پیکربندی سیستم، کار نیروهای محافظه کار برابر با افزایش انرژی پتانسیل است که با علامت منفی گرفته می شود، زیرا کار به دلیل کاهش انرژی پتانسیل انجام می شود:

به نوبه خود کار کنید dAبه عنوان حاصل ضرب اسکالر نیرو و جابجایی بیان می شود، بنابراین آخرین عبارت را می توان به صورت زیر نوشت: W سیستم برابر است با مجموع انرژی های جنبشی و پتانسیل آن:

از تعریف انرژی پتانسیل سیستم و مثال های در نظر گرفته شده، می توان دریافت که این انرژی، مانند انرژی جنبشی، تابعی از وضعیت سیستم است: فقط به پیکربندی سیستم و موقعیت آن در سیستم بستگی دارد. ارتباط با اجسام خارجی بنابراین، کل انرژی مکانیکی سیستم نیز تابعی از وضعیت سیستم، ᴛ.ᴇ است. فقط به موقعیت و سرعت تمام اجسام در سیستم بستگی دارد.

انرژی جنبشییک کمیت فیزیکی اسکالر است که یک جسم متحرک را مشخص می کند و برای یک نقطه مادی برابر است با نصف حاصلضرب جرم آن در مجذور سرعت آن:

واحد SI انرژی جنبشی ژول (J) است.

در سرعت های نزدیک به سرعت نور، باید از تعریف متفاوتی از انرژی جنبشی استفاده کرد.

انرژی جنبشی یک جسم منبسط شده برابر است با مجموع انرژی های جنبشی اجزای کوچک آن که می توان آنها را نقاط مادی در نظر گرفت.

با استفاده از قانون دوم نیوتن می توان اثبات کرد قضیه تغییر انرژی جنبشیاجسام: در چارچوب مرجع اینرسی، تغییر در انرژی جنبشی یک جسم برابر است با کار همه نیروهای اعم از داخلی و خارجی که بر این جسم وارد می شوند.

اگر در یک قطعه خط مستقیم از مسیر حرکت بدن  ایکس، دو نیروی ثابت عمل می کنند که در زوایای 1 و  2 به سمت جابجایی هدایت می شوند، سپس تغییر در انرژی جنبشی جسم برابر است با:

12. کار مکانیکی و قدرت. بهره وری.

کارهای مکانیکیآنیروی ثابت در هر جابجایی یک کمیت فیزیکی اسکالر برابر با حاصل ضرب مدول نیرو است اف، ماژول حرکت سو کسینوس زاویه بین جهت نیرو و جابجایی.

آ = Fs cos  = اف ایکس س,

جایی که اف ایکس- پیش بینی نیرو در جهت حرکت (شکل 4).

کار یک نیروی ثابت بسته به زاویه بین بردارهای نیرو و جابجایی می تواند مثبت، منفی و برابر با صفر باشد (شکل 5).

واحد کار SI ژول (J) است.

در حالت کلی اعمال نیروی متغیر بر روی یک بخش منحنی از مسیر، محاسبه کار پیچیده‌تر می‌شود.

قدرتیک کمیت فیزیکی اسکالر برابر با نسبت کار نیرو است آبه بازه زمانی تیکه طی آن تولید شد:

قدرت نیرو را می توان در زمان اندازه گیری کرد ن(تی)

واحد SI قدرت وات (W) است.

وقتی به جسمی که با سرعت حرکت می کند نیرو وارد شود (شکل 7)، قدرت این نیرو برابر است با:

ن = اف cos .

اغلب اصطلاحات کار کنیدو قدرتبه وسیله ای اطلاق می شود که به واسطه آن نیروهایی که کار را انجام می دهند به وجود می آیند. آنها در مورد کار یک شخص صحبت می کنند، قدرت موتور الکتریکی یا موتور ماشین به جای کار و قدرت کشش طنابی که شخص با آن سورتمه را می کشد، یا کار و قدرت نیروهای داخلی یا قدرت نیروهای مقاومت هوا هنگام حرکت ماشین. در ساده ترین موارد (جرثقیل بار را بلند می کند) این کاملا قابل قبول است، اما در برخی موارد نیاز به بررسی دقیق تری دارد. پس در صورت حرکت خودرو، نیروی کشش نیروی اصطکاک لاستیک ها روی آسفالت است و کار آن صفر است. در مورد هلیکوپتر که در بالای زمین شناور است، نیروی رانش برابر با نیروی گرانش، نیروی رانش برابر با صفر است، اما انرژی سوخت در حال سوختن صرف انتقال انرژی جنبشی به جریان های هوای پرتاب شده می شود. رو به پایین

هنگام استفاده از ساده ترین مکانیسم ها، فرد به دنبال انجام اقداماتی است که با "دست برهنه" قابل انجام نیست (بلند کردن بار، حرکت دادن بدن و غیره). چنین مکانیسم هایی با کمیت فیزیکی به نام مشخص می شوند بهره وری(بهره وری). در مکانیک، کارایی یک مکانیسم معمولاً به عنوان نسبت کار مفید به کار صرف شده درک می شود.

هنگامی که آنها در مورد کار صرف شده صحبت می کنند، منظور آنها کار نیرویی است که فرد با آن روی مکانیسم عمل می کند. اگر در مورد کار مفید صحبت می کنیم، منظورمان کار نیروی وارد شده به بدن در حین حرکت یکنواخت آن است. بنابراین، اگر شخصی باری را با استفاده از سیستم بلوک بلند کند، انتهای طناب را به طولی حرکت می دهد س 1، در حالی که بار به یک ارتفاع حرکت می کند (بالا می رود). س 2 به زور اف 2 = میلی گرم، آنگاه بازده مکانیزم که با حرف  مشخص می شود برابر خواهد بود.

اگر بدن بتواند کار مکانیکی انجام دهد، پس انجام داده است انرژی مکانیکی E(ج). یا اگر یک نیروی خارجی روی بدن اثر بگذارد، انرژی آن تغییر می کند.

دو نوع وجود دارد انرژی مکانیکی: جنبشی و پتانسیل.

انرژی جنبشی -انرژی اجسام متحرک:

جایی که v(m / s) - مدول سرعت، m - توده بدن.

انرژی پتانسیل- انرژی اجسام متقابل

نمونه هایی از انرژی پتانسیل در مکانیک

بدن از روی زمین بلند می شود: E = mgh

که در آن h ارتفاعی است که از سطح صفر (یا از نقطه پایین تر مسیر) تعیین می شود. شکل مسیر مهم نیست، فقط ارتفاع شروع و پایان مهم است.

بدن با تغییر شکل الاستیک.تغییر شکل تعیین شده از موقعیت یک بدن تغییر شکل نیافته (چشمه، طناب، و غیره).

انرژی بالقوه اجسام کشسان: ، که در آن k سفتی فنر است. x تغییر شکل آن است.

انرژی می تواند از جسمی به جسم دیگر منتقل شود و همچنین از نوعی به جسم دیگر تبدیل شود.

- انرژی مکانیکی کامل

قانون بقای انرژی: v بستهسیستم بدنها کامل شد انرژی تغییر نمی کندبرای هر گونه تعامل در این سیستم بدن.

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

مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل اجسامی که یک سیستم بسته را تشکیل می دهند و به وسیله نیروهای گرانشی و نیروهای کشسان با یکدیگر برهم کنش دارند بدون تغییر باقی می ماند.

2. تبدیل کننده. اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد. دستگاه نسبت تبدیل. انتقال برق.
تبدیل AC، که در آن ولتاژ چندین بار افزایش یا کاهش می یابد، عملاً هیچ از دست دادن توان با استفاده از ترانسفورماتور انجام می شود.

تبدیل کننده- وسیله ای که برای افزایش یا کاهش ولتاژ جریان متناوب استفاده می شود.

اولین ترانسفورماتور در سال 1878 مورد استفاده قرار گرفت. دانشمند روسی PN Yablochkov برای نیرو دادن به "شمع های الکتریکی" اختراع شده توسط او - یک منبع جدید نور در آن زمان.

ساده ترین ترانسفورماتور از دو سیم پیچ تشکیل شده است. روی یک هسته فولادی مشترک کویل شده است. یک سیم پیچ به منبع وصل می شود متناوبولتاژ. این سیم پیچ نامیده می شود اولیهسیم پیچ)، و از یک سیم پیچ دیگر (به نام ثانویسیم پیچ) ولتاژ متناوب را برای انتقال بیشتر آن حذف کنید.

جریان متناوب در سیم پیچ اولیه یک میدان مغناطیسی متناوب ایجاد می کند. به لطف هسته فولادی، سیم پیچ ثانویه که روی همان هسته پیچیده شده است، تقریباً به همان اندازه نفوذ می کند. متغیرفیلد به عنوان اصلی

از آنجایی که همه حلقه هاآغشته به همان شار مغناطیسی متغیر، به دلیل پدیده القای الکترومغناطیسی در هر حلقهتولید شده است همان ولتاژ... بنابراین، نسبت ولتاژهای 1 و 2 سیم پیچ اولیه و ثانویه برابر است با نسبت تعداد چرخش در آنها:

تغییر ولتاژ توسط ترانسفورماتور نسبت تبدیل را مشخص می کند

نسبت تبدیل - مقداری برابر با نسبت ولتاژ در سیم پیچ های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور:

بالا بردنترانسفورماتور - ترانسفورماتوری که ولتاژ را افزایش می دهد (در یک ترانسفورماتور افزایش دهنده، تعداد دورهای سیم پیچ ثانویه باید بیشتر از تعداد چرخش های سیم پیچ اولیه باشد، یعنی به<1.

رو به پایینترانسفورماتور - ترانسفورماتوری که ولتاژ را کاهش می دهد (در یک ترانسفورماتور کاهنده، تعداد دورهای سیم پیچ ثانویه باید کمتر از تعداد دور سیم پیچ اولیه باشد، یعنی k> 1.

انتقال انرژی الکتریکی از نیروگاه ها به شهرهای بزرگ یا مراکز صنعتی در فواصل هزاران کیلومتری یک مشکل پیچیده علمی و فنی است. برای کاهش تلفات حرارتی سیم ها، باید جریان در خط انتقال کاهش یابد و در نتیجه ولتاژ افزایش یابد. به طور معمول، خطوط برق برای ولتاژ 400-500 کیلو ولت ساخته می شوند، در حالی که خطوط از جریان سه فاز با فرکانس 50 هرتز استفاده می کنند.

بلیط شماره 12

قانون پاسکال قانون ارشمیدس شرایط شنا تلفن

تدوین قانون پاسکال

فشار اعمال شده به مایع یا گاز به هر نقطه ای منتقل می شود در همه جهات یکسان استاین بیانیه با تحرک ذرات مایعات و گازها در همه جهات توضیح داده می شود.

دستگاه های هیدرولیکی مختلف بر اساس قانون هیدرواستاتیک پاسکال عمل می کنند: سیستم های ترمز، پرس ها و غیره.

قانون ارشمیدس- این قانون ایستایی مایعات و گازها است که بر اساس آن یک نیروی شناور (نیروی ارشمیدس) بر روی جسم غوطه ور در مایع (یا گاز) عمل می کند که برابر با وزن مایع (یا گاز) جابجا شده است. بدن

F A = ​​ρgV،
جایی که ρ - چگالی مایع (گاز)
g - شتاب گرانش،
V - حجم یک جسم غوطه ور (یا حجم آن قسمت از بدن که در مایع (یا گاز) غوطه ور شده است).

نیروی ارشمیدسی هدایت می شود همیشه مخالف جاذبه... اگر بدن غوطه ور در مایع متراکم باشد و تمام پایه به پایین فشار داده شود برابر با صفر است.
باید به خاطر داشت که در حالت گرانش صفر، قانون ارشمیدس کار نمی کند.

نگاه کنید: توپی که در مسیر می‌غلتد، پین‌ها را می‌کوبد و آنها به طرفین پرواز می‌کنند. فن که به تازگی خاموش شده است برای مدتی به چرخش خود ادامه می دهد و جریان هوا ایجاد می کند. آیا این اجسام انرژی دارند؟

نکته: توپ و فن کار مکانیکی انجام می دهند، یعنی انرژی دارند. آنها انرژی دارند زیرا حرکت می کنند. انرژی اجسام متحرک در فیزیک نامیده می شود انرژی جنبشی (از یونانی "kinema" - جنبش).

انرژی جنبشی به جرم بدن و سرعت حرکت آن (حرکت در فضا یا چرخش) بستگی دارد.به عنوان مثال، هرچه جرم توپ بیشتر باشد، انرژی بیشتری در هنگام برخورد به پین‌ها منتقل می‌شود، آنها دورتر می‌روند. به عنوان مثال، هرچه سرعت چرخش پره ها بیشتر باشد، فن جریان هوا را بیشتر به حرکت در می آورد.

انرژی جنبشی یک جسم می تواند از دیدگاه ناظران مختلف متفاوت باشد.به عنوان مثال، از دیدگاه ما به عنوان خوانندگان این کتاب، انرژی جنبشی یک کنده درخت در جاده صفر است، زیرا کنده درخت حرکت نمی کند. با این حال، در رابطه با دوچرخه سوار، کنده دارای انرژی جنبشی است، زیرا به سرعت در حال نزدیک شدن است و در یک برخورد، کار مکانیکی بسیار ناخوشایندی را انجام می دهد - قسمت های دوچرخه را خم می کند.

انرژی ای که اجسام یا اجزای یک بدن به دلیل تعامل با اجسام دیگر (یا قسمت های بدن) دارند در فیزیک نامیده می شود. انرژی پتانسیل (از لاتین "پتانسیل" - قدرت).

به شکل مراجعه کنیم. هنگام روکش کردن، توپ می تواند کارهای مکانیکی انجام دهد، به عنوان مثال، کف دست خود را از آب بیرون بیاوریم و به سطح برسانیم. وزنه ای که در ارتفاع مشخصی قرار می گیرد می تواند این کار را انجام دهد - یک مهره را بشکند. رشته کمان کشیده کمان می تواند تیر را به بیرون هل دهد. از این رو، اجسام در نظر گرفته شده دارای انرژی پتانسیل هستند، زیرا آنها با سایر اجسام (یا قسمت هایی از بدن) در تعامل هستند.به عنوان مثال، یک توپ با آب تعامل دارد - نیروی ارشمیدسی آن را به سطح فشار می دهد. وزن با زمین تعامل دارد - نیروی گرانش وزن را به سمت پایین می کشد. بند کمان با سایر قسمت های کمان در تعامل است - توسط نیروی الاستیک محور منحنی کمان کشیده می شود.

انرژی پتانسیل یک جسم به نیروی برهمکنش بین اجسام (یا اعضای بدن) و فاصله بین آنها بستگی دارد.به عنوان مثال، هر چه نیروی ارشمیدوس بیشتر باشد و توپ در عمق بیشتری فرو رود، نیروی گرانش بیشتر و وزن از زمین دورتر باشد، نیروی کشسانی بیشتر و نخ کمان بیشتر کشیده شود، انرژی های بالقوه بدن: توپ، کتل بل، کمان (به ترتیب).

انرژی پتانسیل یک جسم واحد می تواند در رابطه با اجسام مختلف متفاوت باشد.به تصویر نگاه کنید. وقتی وزنه ای روی هر یک از مهره ها بیفتد، مشخص می شود که قطعات مهره دوم بسیار بیشتر از قطعات مهره اول پرواز می کنند. بنابراین، در رابطه با مهره 1، وزن انرژی پتانسیل کمتری نسبت به مهره 2 دارد. مهم: برخلاف انرژی جنبشی، انرژی پتانسیل به موقعیت و حرکت ناظر بستگی ندارد، بلکه به انتخاب ما از "سطح صفر" انرژی بستگی دارد.