Tipuri de energie mecanică. Energia mecanică Definiți conceptul de energie mecanică totală a corpului

În mecanică, se disting două tipuri de energie: cinetică și potențială. Energie kinetică ei numesc energia mecanică a oricărui corp care se mișcă liber și o măsoară prin munca pe care corpul ar putea-o face atunci când încetinește până la o oprire completă.

Lasă corpul LA, mișcându-se cu o viteză , începe să interacționeze cu un alt corp DIN si in acelasi timp incetineste. Prin urmare, corpul LA actioneaza asupra organismului DIN cu ceva forță și pe o secțiune elementară a drumului ds funcționează

Conform celei de-a treia legi a lui Newton asupra corpului LAîn acelaşi timp, acţionează o forţă, a cărei componentă tangenţială determină modificarea valorii numerice a vitezei corpului. Conform celei de-a doua legi a lui Newton

Prin urmare,

Munca efectuată de organism până când se oprește complet este egală cu:

Deci, energia cinetică a unui corp în mișcare translațională este egală cu jumătate din produsul masei acestui corp și pătratul vitezei sale:

Din formula (3.7) se poate observa că energia cinetică a corpului nu trebuie să fie negativă ().

Dacă sistemul constă din n corpurile în mișcare progresivă, apoi pentru a o opri, este extrem de important să încetinești fiecare dintre aceste corpuri. Din acest motiv, energia cinetică totală a unui sistem mecanic este egală cu suma energiilor cinetice ale tuturor corpurilor incluse în acesta:

Din formula (3.8) se poate observa că E k depinde doar de mărimea maselor și vitezelor corpurilor incluse în ea. Nu contează cât de masă corporală m i a căpătat viteză. Cu alte cuvinte, energia cinetică a unui sistem este o funcție de starea mișcării acestuia.

Vitezele depind în principal de alegerea sistemului de referință. La derivarea formulelor (3.7) și (3.8), s-a presupus că mișcarea este considerată într-un cadru de referință inerțial. altfel nu s-ar putea folosi legile lui Newton. În același timp, în diferite cadre de referință inerțiale, mișcându-se unul față de celălalt, viteza i corpul sistemului și, în consecință, energia lui cinetică și energia cinetică a întregului sistem nu vor fi aceleași. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, energia cinetică a sistemului depinde de alegerea sistemului de referință͵ ᴛ.ᴇ. este cantitatea relativ.

Energie potențială- ϶ᴛᴏ energia mecanică a unui sistem de corpuri, determinată de aranjarea lor reciprocă și de natura forțelor de interacțiune dintre ele.

Numeric energie potențială a sistemului în poziția dată este egală cu munca care va fi efectuată de forțele care acționează asupra sistemului la mutarea sistemului din această poziție în cea în care se presupune convențional că energia potențială este zero ( E p= 0). Conceptul de ʼʼenergie potențialăʼʼ are loc numai pentru sistemele conservatoare, ᴛ.ᴇ. sisteme în care munca forţelor care acţionează depinde numai de poziţia iniţială şi finală a sistemului. Deci, pentru o sarcină de cântărire P ridicat la o înălțime h, energia potențială va fi egală cu ( E p= 0 la h= 0); pentru o sarcină atașată la un arc, , unde este extensia (compresia) arcului, k este coeficientul său de rigiditate ( E p= 0 la l= 0); pentru două particule cu mase m 1și m2, atras după legea gravitației universale, , unde γ este constanta gravitațională, r este distanța dintre particule ( E p= 0 la ).

Luați în considerare energia potențială a sistemului Pământ - un corp cu masă m ridicat la o înălțime h deasupra suprafeței pământului. Scăderea energiei potențiale a unui astfel de sistem este măsurată prin munca forțelor gravitaționale efectuate în timpul căderii libere a corpului pe Pământ. Dacă corpul cade vertical, atunci

unde E no este energia potențială a sistemului la h= 0 (semnul ʼʼ-ʼʼ arată că munca este realizată din cauza pierderii de energie potențială).

Dacă același corp cade pe un plan înclinat de lungime lși cu un unghi de înclinare față de verticală (, atunci munca forțelor gravitaționale este egală cu valoarea anterioară:

Dacă, în cele din urmă, corpul se mișcă de-a lungul unei traiectorii curbilinii arbitrare, atunci ne putem imagina această curbă constând din n mici secțiuni drepte. Lucrul forței gravitaționale pe fiecare dintre aceste secțiuni este egal cu

Pe întreaga cale curbilinie, munca forțelor gravitaționale este evident egală cu:

Deci, munca forțelor gravitaționale depinde numai de diferența de înălțime a punctelor de început și de sfârșit ale căii.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, un corp într-un câmp potențial (conservator) de forțe are energie potențială. Cu o modificare infinitezimală a configurației sistemului, munca forțelor conservatoare este egală cu creșterea energiei potențiale, luată cu semnul minus, deoarece munca se realizează datorită scăderii energiei potențiale:

La rândul său, munca dA se exprimă ca produs scalar al forței și deplasării, în legătură cu aceasta, ultima expresie poate fi scrisă astfel: W al sistemului este egal cu suma energiilor sale cinetice și potențiale:

Din definiția energiei potențiale a sistemului și din exemplele luate în considerare, reiese clar că această energie, ca și energia cinetică, este o funcție a stării sistemului: depinde doar de configurația sistemului și de poziția acestuia în raport cu corpurile externe. Prin urmare, energia mecanică totală a sistemului este, de asemenea, o funcție a stării sistemului, ᴛ.ᴇ. depinde doar de poziția și vitezele tuturor corpurilor din sistem.

Energie kinetică- o mărime fizică scalară care caracterizează un corp în mișcare și egală pentru un punct material cu jumătate din produsul masei sale cu pătratul vitezei sale:

Unitatea SI a energiei cinetice este joule (J).

La viteze apropiate de viteza luminii, ar trebui utilizată o definiție diferită a energiei cinetice.

Energia cinetică a unui corp extins este egală cu suma energiilor cinetice ale părților sale mici, care pot fi considerate puncte materiale.

Folosind a doua lege a lui Newton, se poate demonstra teorema privind modificarea energiei cinetice corpuri: într-un cadru de referință inerțial, modificarea energiei cinetice a unui corp este egală cu munca tuturor forțelor, atât interne cât și externe, care acționează asupra acestui corp.

Dacă pe o secţiune dreaptă a traiectoriei pe un corp în mişcare  X, există două forțe constante îndreptate la unghiurile  1 și  2 față de deplasare, atunci modificarea energiei cinetice a corpului este egală cu:

12. Lucru mecanic și putere. eficienţă

munca mecanicaA forța constantă pe deplasare este o mărime fizică scalară egală cu produsul modulului de forță F, modul de deplasare sși cosinusul unghiului dintre direcțiile forței și deplasării.

DAR = fs cos = F X s,

Unde F X este proiecția forței pe direcția de mișcare (Fig. 4).

Lucrul unei forțe constante, în funcție de unghiul dintre vectorii forță și deplasare, poate fi pozitiv, negativ și egal cu zero (Fig. 5).

Unitatea de lucru SI este joule (J).

În cazul general al acțiunii unei forțe variabile pe o secțiune curbă a traiectoriei, calculul muncii se dovedește a fi mai complicat.

Putere este o mărime fizică scalară egală cu raportul muncii forței  A la intervalul de timp t in timpul caruia a fost produs:

Puterea unei forțe poate fi măsurată în timp N(t)

Unitatea SI de putere este watul (W).

Când o forță este aplicată unui corp care se mișcă cu o viteză (Fig. 7), puterea acestei forțe este egală cu:

N = F cos .

Adesea termeni Muncăși putere se referă la un dispozitiv care generează forțe care funcționează. Ei vorbesc despre munca unei persoane, puterea unui motor electric sau a unui motor de mașină, în loc de munca și puterea forței de întindere a frânghiei cu care o persoană trage sania, sau de munca și puterea forțelor interne sau puterea forțelor de rezistență a aerului atunci când mașina se mișcă. În cele mai simple cazuri (o macara ridică o sarcină), acest lucru este destul de acceptabil, dar în unele cazuri necesită o analiză mai atentă. Deci, în cazul unei mașini în mișcare, forța de tracțiune este forța de frecare a anvelopelor pe asfalt, iar lucrul acesteia este zero. În cazul unui elicopter care plutește deasupra solului, forța de împingere este egală cu forța gravitației, puterea forței de împingere este zero, dar energia combustibilului care arde este cheltuită pentru a comunica energie cinetică cu fluxurile de aer aruncate în jos. .

Atunci când folosește cele mai simple mecanisme, o persoană încearcă să efectueze acțiuni care nu pot fi efectuate cu „mâinile goale” (ridicarea unei sarcini, mișcarea unui corp etc.). Astfel de mecanisme sunt caracterizate de o mărime fizică numită eficienţă(eficienţă). În mecanică, eficiența unui mecanism este de obicei înțeleasă ca raportul dintre munca utilă și munca cheltuită.

Când vorbesc despre munca cheltuită, se referă la munca forței cu care o persoană acționează asupra mecanismului. Dacă vorbim de muncă utilă, atunci ne referim la munca forței aplicate corpului în timpul mișcării sale uniforme. Deci, dacă o persoană ridică o sarcină folosind un sistem de blocuri, mișcând capătul frânghiei cu o lungime s 1, în timp ce sarcina se mișcă (se ridică) la o înălțime s 2 sub forță F 2 = mg, atunci randamentul mecanismului, notat cu litera , va fi egal.

Dacă un corp poate efectua lucrări mecanice, atunci are energie mecanică E(J). Sau, dacă o forță externă funcționează, acționând asupra corpului, energia sa se schimbă.

Există două tipuri energie mecanică: cinetic și potențial.

Energie kinetică - energia corpurilor în mișcare:

Unde v(m/s) – modulul de viteză, m – masa corporală.

Energie potențială este energia corpurilor care interacționează.

Exemple de energie potențială în mecanică.

Corpul este ridicat deasupra solului: E = mgh

unde h este înălțimea determinată de la nivelul zero (sau din punctul inferior al traiectoriei). Forma căii nu este importantă, contează doar înălțimile de început și de sfârșit.

Corp deformat elastic. Deformare determinată din poziția unui corp neformat (arc, cordon, etc.).

Energia potențială a corpurilor elastice: , unde k este rigiditatea arcului; x este deformarea sa.

Energia poate fi transferată de la un corp la altul și, de asemenea, poate fi transformată de la un tip la altul.

- Energie mecanică totală.

Legea conservării energiei: în închis sistem corporal complet energia nu se schimbă la orice interacţiuni în cadrul acestui sistem de corpuri.

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

Suma energiei cinetice și potențiale a corpurilor care alcătuiesc un sistem închis și interacționează între ele prin forțele gravitaționale și forțele elastice rămâne neschimbată.

2. Transformator. Principiul de funcționare. Dispozitiv. Raportul de transformare. Transmisia energiei electrice.
Conversie AC, în care tensiunea este crescută sau scăzută de mai multe ori cu puțin sau deloc pierderile de putere se realizează cu ajutorul transformatoarelor.

Transformator- un dispozitiv folosit pentru creșterea sau scăderea tensiunii curentului alternativ.

Transformatoarele au fost folosite pentru prima dată în 1878. Omul de știință rus P.N. Yablochkov pentru a alimenta „lumânările electrice” pe care le-a inventat - o nouă sursă de lumină la acea vreme.

Cel mai simplu transformator este format din două bobine. Înfăşurat pe un miez comun de oţel. O bobină este conectată la sursă variabil Voltaj. Această bobină se numește primarînfășurare), și din cealaltă bobină (numită secundarînfășurare) eliminați tensiunea alternativă pentru transmiterea ulterioară a acesteia.

Curentul alternativ în înfășurarea primară creează un câmp magnetic alternativ. Datorită miezului de oțel, înfășurarea secundară, înfășurată pe același miez, pătrunde aproape la fel variabil câmp ca fiind cel primar.

Din moment ce totul bobine pătruns același flux magnetic variabil, datorită fenomenului de inducție electromagnetică în la fiecare tură generate aceeasi tensiune. Prin urmare, raportul tensiunilor 𝑈 1 și 𝑈 2 în înfășurările primare și secundare este egal cu raportul dintre numărul de spire din ele:

Modificarea tensiunii de către transformator caracterizează raportul de transformare

Raportul de transformare - o valoare egală cu raportul tensiunilor din înfășurările primare și secundare ale transformatorului:

ridicarea transformator - un transformator care crește tensiunea (Un transformator step-up are numărul de spire în înfășurarea secundară trebuie să fie mai mare decât numărul de spire în înfășurarea primară, adică să<1.

demisionează transformator - un transformator care reduce tensiunea (Un transformator descendente are numărul de spire în înfășurarea secundară trebuie să fie mai mic decât numărul de spire în înfășurarea primară, adică k\u003e 1.

Transmiterea energiei electrice de la centrale electrice către marile orașe sau centre industriale pe distanțe de mii de kilometri este o problemă științifică și tehnică complexă. Pentru a reduce pierderile de încălzire ale firelor, este necesar să se reducă curentul în linia de transport și, în consecință, să se mărească tensiunea. De obicei, liniile de transmisie sunt construite pentru o tensiune de 400-500 kV, în timp ce liniile folosesc un curent trifazat cu o frecvență de 50 Hz.

Biletul numărul 12

legea lui Pascal. Legea lui Arhimede. Conditii de navigatie tel.

Formularea legii lui Pascal

Presiunea produsă pe un lichid sau gaz este transmisă în orice punct la fel in toate directiile. Această afirmație se explică prin mobilitatea particulelor de lichide și gaze în toate direcțiile.

Pe baza legii lui Pascal a hidrostaticii funcționează diverse dispozitive hidraulice: sisteme de frânare, prese etc.

Legea lui Arhimede- aceasta este legea staticii lichidelor si gazelor, conform careia asupra unui corp scufundat intr-un lichid (sau gaz) actioneaza o forta de plutire (forta lui Arhimede), egala cu greutatea lichidului (sau gazului) deplasat de acest corp. .

F A = ​​​​ρgV,
Unde ρ - densitatea lichidului (gazului),
g - accelerarea gravitației,
V - volumul corpului scufundat (sau volumul acelei părți a corpului care este scufundată într-un lichid (sau gaz)).

Forța arhimediană este îndreptată întotdeauna opus gravitaţiei. Este egal cu zero dacă corpul scufundat în lichid este dens, cu toată baza apăsată spre fund.
Trebuie amintit că în stare de imponderabilitate, legea lui Arhimede nu funcționează.

Aruncă o privire: o minge care se rostogolește de-a lungul benzii dă jos skittles și se împrăștie în jur. Ventilatorul care tocmai a fost oprit continuă să se rotească pentru o perioadă de timp, creând un curent de aer. Au aceste corpuri energie?

Notă: mingea și ventilatorul efectuează lucrări mecanice, ceea ce înseamnă că au energie. Au energie pentru că se mișcă. Energia corpurilor în mișcare în fizică se numește energie kinetică (din grecescul „kinema” – mișcare).

Energia cinetică depinde de masa corpului și de viteza de mișcare a acestuia (mișcare în spațiu sau rotație). De exemplu, cu cât masa mingii este mai mare, cu atât aceasta va transfera mai multă energie la știfturi la impact, cu atât acestea se vor împrăștia mai mult. De exemplu, cu cât paletele se rotesc mai repede, cu atât ventilatorul va deplasa mai mult fluxul de aer.

Energia cinetică a aceluiași corp poate fi diferită din punctul de vedere al diferiților observatori. De exemplu, din perspectiva noastră ca cititori ai acestei cărți, energia cinetică a unui ciot de pe un drum este zero, deoarece ciotul nu se mișcă. Cu toate acestea, în raport cu ciclistul, ciotul are energie cinetică, deoarece se apropie rapid, iar în cazul unei coliziuni va efectua o muncă mecanică foarte neplăcută - va îndoi părțile bicicletei.

Energia pe care corpurile sau părțile unui corp o posedă deoarece interacționează cu alte corpuri (sau părți ale corpului) este numită în fizică energie potențială (din latinescul „putere” – putere).

Să trecem la desen. Pe măsură ce mingea plutește, poate efectua lucrări mecanice, cum ar fi împingerea palmei noastre din apă la suprafață. O greutate situată la o anumită înălțime poate face lucru - sparge o nucă. Un arc întins poate împinge o săgeată afară. Prin urmare, corpurile considerate au energie potențială, deoarece interacționează cu alte corpuri (sau părți ale corpului). De exemplu, o minge interacționează cu apa - forța arhimediană o împinge la suprafață. Greutatea interacționează cu Pământul - gravitația trage greutatea în jos. Coarda arcului interacționează cu alte părți ale arcului - este trasă de forța elastică a arborelui curbat al arcului.

Energia potențială a unui corp depinde de forța de interacțiune a corpurilor (sau părți ale corpului) și de distanța dintre ele. De exemplu, cu cât forța arhimediană este mai mare și cu cât mingea este scufundată mai adânc în apă, cu atât gravitația este mai mare și greutatea este mai îndepărtată de Pământ, cu atât forța elastică este mai mare și cu cât coarda arcului este trasă mai departe, cu atât energiile potențiale sunt mai mari. a corpurilor: minge, greutate, arc (respectiv).

Energia potențială a aceluiași corp poate fi diferită în raport cu corpuri diferite. Aruncă o privire la poză. Când o greutate cade pe fiecare dintre nuci, se va constata că fragmentele celei de-a doua nuci vor zbura mult mai departe decât fragmentele primei. Prin urmare, în raport cu nuca 1, greutatea are mai puțină energie potențială decât în ​​raport cu nuca 2. Important: spre deosebire de energia cinetică, energia potențială nu depinde de poziția și mișcarea observatorului, ci depinde de alegerea noastră a „nivelului zero” de energie.