Mexanik energiya turlari. Mexanik energiya Tananing umumiy mexanik energiyasi tushunchasini aniqlang

Mexanikada energiyaning ikki turi ajralib turadi: kinetik va potentsial. Kinetik energiya ular har qanday erkin harakatlanuvchi jismning mexanik energiyasini chaqiradilar va uni tananing to'liq to'xtab qolganda sekinlashishi mumkin bo'lgan ish bilan o'lchaydilar.

Tanaga ruxsat bering IN, tezlikda harakatlanib, boshqa tana bilan o'zaro ta'sir qila boshlaydi FROM va shu bilan birga u sekinlashadi. Shuning uchun tana IN tanaga ta'sir qiladi FROM qandaydir kuch bilan va yo'lning elementar qismida ds ishlaydi

Nyutonning tana haqidagi uchinchi qonuniga ko'ra IN bir vaqtning o'zida kuch ta'sir qiladi, uning tangensial komponenti tananing tezligining son qiymatining o'zgarishiga olib keladi. Nyutonning ikkinchi qonuniga ko'ra

Binobarin,

Tananing to'liq to'xtaguncha bajargan ishi quyidagilarga teng:

Demak, translyatsion harakatlanuvchi jismning kinetik energiyasi bu jismning massasi va tezligi kvadratining yarmiga teng:

(3.7) formuladan tananing kinetik energiyasi manfiy bo'lmasligi kerakligini ko'rish mumkin ().

Agar tizim dan iborat bo'lsa n asta-sekin harakatlanuvchi jismlar, keyin uni to'xtatish uchun ushbu jismlarning har birini sekinlashtirish juda muhimdir. Shu sababli, mexanik tizimning umumiy kinetik energiyasi unga kiritilgan barcha jismlarning kinetik energiyalari yig'indisiga teng:

Buni (3.8) formuladan ko'rish mumkin E k faqat unga kiritilgan jismlarning massalari va tezligining kattaligiga bog'liq. Tana massasi qanday bo'lishi muhim emas m i tezlikka erishdi. Boshqa so'z bilan, sistemaning kinetik energiyasi uning harakat holatiga bog'liq.

Tezliklar asosan mos yozuvlar tizimini tanlashga bog'liq. (3.7) va (3.8) formulalarni olishda harakat inertial sanoq sistemasida ko'rib chiqiladi deb faraz qilingan. aks holda Nyuton qonunlaridan foydalanish mumkin emas edi. Shu bilan birga, turli inertial sanoq sistemalarida bir-biriga nisbatan harakatlanuvchi tezlik i-tizimning tanasi, demak, uning va butun sistemaning kinetik energiyasi bir xil bo'lmaydi. Dᴀᴋᴎᴍ ᴏsᴩᴀᴈᴏᴍ, tizimning kinetik energiyasi mos yozuvlar tizimini tanlashga bog'liq͵ ᴛ.ᴇ. miqdori hisoblanadi qarindosh.

Potensial energiya- jismlar tizimining mexanik energiyasi, ularning o'zaro joylashishi va ular orasidagi o'zaro ta'sir kuchlarining tabiati bilan belgilanadi.

Raqamli potentsial energiya tizimning berilgan holatidagi potentsial energiya shartli ravishda nolga teng deb qabul qilingan holatga o'tganda tizimga ta'sir qiluvchi kuchlar bajaradigan ishga teng ( E p= 0). ʼʼpotentsial energiyaʼʼ tushunchasi faqat konservativ tizimlar uchun sodir boʻladi, ᴛ.ᴇ. ta'sir qiluvchi kuchlarning ishi faqat tizimning dastlabki va oxirgi holatiga bog'liq bo'lgan tizimlar. Shunday qilib, yukni tortish uchun P balandlikka ko'tarilgan h, potentsial energiya teng bo'ladi ( E p= 0 da h= 0); kamonga biriktirilgan yuk uchun, buloqning kengaytmasi (siqish) qaerda, k uning qattiqlik koeffitsienti ( E p= 0 da l= 0); massali ikkita zarra uchun m 1 Va m2, Umumjahon tortishish qonuniga ko'ra tortiladi, bu erda γ tortishish doimiysi, r zarralar orasidagi masofa ( E p= 0 da).

Yer tizimining potentsial energiyasini ko'rib chiqing - massasi bo'lgan jism m balandlikka ko'tarilgan h yer yuzasidan yuqorida. Bunday tizimning potentsial energiyasining pasayishi tananing Yerga erkin tushishi paytida bajariladigan tortishish kuchlarining ishi bilan o'lchanadi. Agar tana vertikal ravishda tushsa, u holda

Bu erda E no - tizimning potentsial energiyasi h= 0 (ʼʼ-ʼʼ belgisi ishning potentsial energiya yoʻqolishi hisobiga bajarilganligini koʻrsatadi).

Xuddi shu jism uzunlikdagi eğimli tekislikdan pastga tushsa l va vertikal () ga moyillik burchagi bilan, u holda tortishish kuchlarining ishi oldingi e qiymatiga teng bo'ladi:

Agar, nihoyat, tana ixtiyoriy egri chiziqli traektoriya bo'ylab harakatlansa, biz bu egri chiziqni quyidagilardan iborat bo'lishini tasavvur qilishimiz mumkin. n kichik tekis qismlar. Ushbu bo'limlarning har birida tortishish kuchining ishi teng

Butun egri chiziqli yo'lda tortishish kuchlarining ishi aniq:

Shunday qilib, tortishish kuchlarining ishi faqat yo'lning boshlang'ich va tugash nuqtalari balandliklaridagi farqga bog'liq.

Dᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, kuchlarning potentsial (konservativ) maydonidagi jism potentsial energiyaga ega. Tizim konfiguratsiyasining cheksiz o'zgarishi bilan konservativ kuchlarning ishi minus belgisi bilan olingan potentsial energiyaning o'sishiga teng bo'ladi, chunki ish potentsial energiyaning pasayishi tufayli amalga oshiriladi:

O'z navbatida, ish dA kuch va siljishning skalyar ko`paytmasi sifatida ifodalanadi, shu munosabat bilan oxirgi ifodani quyidagicha yozish mumkin: sistemaning W i uning kinetik va potensial energiyalari yig`indisiga teng:

Tizimning potentsial energiyasining ta'rifi va ko'rib chiqilgan misollardan ko'rinib turibdiki, bu energiya kinetik energiya kabi tizim holatining funktsiyasidir: u faqat tizimning konfiguratsiyasiga va uning holatiga bog'liq. tashqi jismlarga munosabat. Demak, sistemaning umumiy mexanik energiyasi ham sistemaning holatiga bog'liq, ᴛ.ᴇ. faqat tizimdagi barcha jismlarning joylashuvi va tezligiga bog'liq.

Kinetik energiya- harakatlanuvchi jismni tavsiflovchi va moddiy nuqta uchun uning tezligi kvadratiga massasining yarmiga teng bo'lgan skalyar fizik miqdor:

Kinetik energiyaning SI birligi joul (J) dir.

Yorug'lik tezligiga yaqin tezlikda kinetik energiyaning boshqa ta'rifidan foydalanish kerak.

Kengaytirilgan jismning kinetik energiyasi uning kichik qismlarining kinetik energiyalari yig'indisiga teng bo'lib, ularni moddiy nuqtalar deb hisoblash mumkin.

Nyutonning ikkinchi qonunidan foydalanib, isbotlash mumkin kinetik energiyaning o'zgarishi haqidagi teorema jismlar: inertial sanoq sistemasida jismning kinetik energiyasining oʻzgarishi shu jismga taʼsir etuvchi barcha ichki va tashqi kuchlarning ishiga teng.

Agar harakatlanuvchi jismda traektoriyaning to'g'ri qismida  x, siljishga  1 va  2 burchaklarga yo‘naltirilgan ikkita doimiy kuch mavjud bo‘lsa, u holda tananing kinetik energiyasining o‘zgarishi quyidagicha bo‘ladi:

12. Mexanik ish va quvvat. samaradorlik

mexanik ishA har bir siljish uchun doimiy kuch - kuch modulining mahsulotiga teng bo'lgan skalyar fizik miqdor F, siljish moduli s va kuch va siljish yo'nalishlari orasidagi burchakning kosinusu.

LEKIN = fs cos = F x s,

qayerda F x- kuchning harakat yo'nalishi bo'yicha proyeksiyasi (4-rasm).

Doimiy kuchning ishi, kuch va siljish vektorlari orasidagi burchakka qarab, musbat, manfiy va nolga teng bo'lishi mumkin (5-rasm).

SI ish birligi joule (J) dir.

O'zgaruvchan kuchning traektoriyaning egri uchastkasiga ta'sirining umumiy holatida ishni hisoblash ancha murakkab bo'lib chiqadi.

Quvvat kuch ishining nisbatiga teng skalyar fizik miqdordir A vaqt oralig'iga t davomida ishlab chiqarilgan:

Bir kuchning kuchini vaqt bilan o'lchash mumkin N(t)

SI quvvat birligi vatt (Vt).

Tezlik bilan harakatlanuvchi jismga kuch qo'llanilganda (7-rasm), bu kuchning kuchi quyidagilarga teng bo'ladi:

N = F chunki .

Ko'pincha shartlar Ish Va kuch ishni bajaradigan kuchlarni hosil qiluvchi qurilmaga ishora qiladi. Ular chanani tortadigan arqonning kuchlanish kuchining ishi va kuchi yoki ichki kuchlarning ishi va kuchi o'rniga odamning ishi, elektr motori yoki avtomobil dvigatelining kuchi haqida gapiradilar. avtomobil harakatlanayotganda havo qarshilik kuchlarining kuchi. Eng oddiy holatlarda (kran yukni ko'taradi), bu juda maqbuldir, lekin ba'zi hollarda bu ko'proq ehtiyotkorlik bilan ko'rib chiqishni talab qiladi. Demak, avtomobil harakatlanayotganda tortish kuchi shinalarning asfaltdagi ishqalanish kuchi bo‘lib, uning ishi nolga teng. Vertolyot erdan uchib yurgan taqdirda, tortishish kuchi tortish kuchiga teng, tortish kuchining kuchi nolga teng, ammo yonayotgan yoqilg'ining energiyasi kinetik energiyani tashlangan havo oqimlariga etkazishga sarflanadi. pastga.

Eng oddiy mexanizmlardan foydalanganda, odam "yalang'och qo'llar" bilan bajarib bo'lmaydigan harakatlarni bajarishga intiladi (yukni ko'tarish, tanani harakatlantirish va hk). Bunday mexanizmlar deb ataladigan jismoniy miqdor bilan tavsiflanadi samaradorlik(samaradorlik). Mexanikada mexanizmning samaradorligi odatda foydali ish va sarflangan ish nisbati sifatida tushuniladi.

Sarflangan ish haqida gapirganda, ular inson mexanizmga ta'sir qiladigan kuchning ishini anglatadi. Agar foydali ish haqida gapiradigan bo'lsak, u holda biz uning bir tekis harakati paytida tanaga qo'llaniladigan kuchning ishini tushunamiz. Shunday qilib, agar kishi bloklar tizimi yordamida yukni ko'tarsa, arqonning uchini uzunligi bo'ylab harakatlantirsa s 1, yuk balandlikka ko'tarilayotganda (ko'tariladi). s 2 kuch ostida F 2 = mg, u holda  harfi bilan belgilangan mexanizmning samaradorligi teng bo'ladi.

Agar tana mexanik ishlarni bajarishi mumkin bo'lsa, unda u bor mexanik energiya E(J). Yoki tanaga ta'sir etuvchi tashqi kuch ishlasa, uning energiyasi o'zgaradi.

Mexanik energiyaning ikki turi mavjud: kinetik va potentsial.

Kinetik energiya - Harakatlanuvchi jismlarning energiyasi:

qayerda v(m/s) – tezlik moduli, m – tana massasi.

Potensial energiya o'zaro ta'sir qiluvchi jismlarning energiyasidir.

Mexanikadagi potentsial energiyaga misollar.

Tana erdan ko'tarilgan: E = mgh

bu erda h - nol sathidan (yoki traektoriyaning pastki nuqtasidan) aniqlangan balandlik. Yo'lning shakli muhim emas, faqat boshlang'ich va oxirgi balandliklar muhimdir.

Elastik deformatsiyalangan tana. Deformatsiyalanmagan jismning (bahor, shnur va boshqalar) holatidan aniqlanadi.

Elastik jismlarning potentsial energiyasi: , bu erda k - buloqning qattiqligi; x - uning deformatsiyasi.

Energiya bir jismdan ikkinchisiga o'tishi mumkin, shuningdek, bir turdan ikkinchisiga o'tishi mumkin.

- umumiy mexanik energiya.

Energiyani tejash qonuni: ichida yopiq tana tizimi to'liq energiya o'zgarmaydi ushbu jismlar tizimidagi har qanday o'zaro ta'sirlarda.

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

Yopiq tizimni tashkil etuvchi va bir-biri bilan tortishish va elastik kuchlar orqali o'zaro ta'sir qiluvchi jismlarning kinetik va potentsial energiyasining yig'indisi o'zgarishsiz qoladi.

2. Transformator. Ishlash printsipi. Qurilma. Transformatsiya nisbati. Elektr uzatish.
AC konvertatsiyasi, bunda kuchlanish kam yoki yo'q bir necha marta oshiriladi yoki kamayadi quvvat yo'qotishlari transformatorlar yordamida amalga oshiriladi.

Transformator- o'zgaruvchan tokning kuchlanishini oshirish yoki kamaytirish uchun ishlatiladigan qurilma.

Transformatorlar birinchi marta 1878 yilda ishlatilgan. Rus olimi P.N.Yablochkov o'zi ixtiro qilgan "elektr shamlar" ni quvvatlantirish uchun - o'sha paytda yangi yorug'lik manbai.

Eng oddiy transformator ikkita sariqdan iborat. Umumiy po'lat yadroga o'ralgan. Bir lasan manbaga ulangan o'zgaruvchan Kuchlanishi. Ushbu bobin deyiladi asosiy o'rash) va boshqa lasandan (deb ataladi ikkinchi darajali o'rash) keyingi uzatish uchun o'zgaruvchan kuchlanishni olib tashlang.

Birlamchi o'rashdagi o'zgaruvchan tok o'zgaruvchan magnit maydon hosil qiladi. Po'lat yadro tufayli bir xil yadroga o'ralgan ikkilamchi o'rash deyarli bir xil kiradi. o'zgaruvchan maydon asosiy sifatida.

Hamma narsadan beri bobinlar singib ketgan bir xil o'zgaruvchan magnit oqim, ichida elektromagnit induksiya hodisasi tufayli har bir burilish yaratilgan bir xil kuchlanish. Shuning uchun, birlamchi va ikkilamchi o'rashlardagi 𝑈 1 va 𝑈 2 kuchlanishlarining nisbati ulardagi burilishlar sonining nisbatiga teng:

Transformator tomonidan kuchlanishning o'zgarishi transformatsiya nisbatini tavsiflaydi

Transformatsiya nisbati - transformatorning birlamchi va ikkilamchi sariqlaridagi kuchlanish nisbatiga teng qiymat:

oshirish transformator - kuchlanishni oshiradigan transformator (Ko'taruvchi transformator ikkilamchi o'rashdagi burilishlar soni birlamchi o'rashdagi burilishlar sonidan ko'p bo'lishi kerak, ya'ni.<1.

pastga tushmoq transformator - kuchlanishni pasaytiradigan transformator (pastga tushiruvchi transformator ikkilamchi o'rashdagi burilishlar soni birlamchi o'rashdagi burilishlar sonidan kam bo'lishi kerak, ya'ni k\u003e 1).

Elektr energiyasini elektr stansiyalaridan yirik shaharlar yoki sanoat markazlariga minglab kilometr masofalarga uzatish murakkab ilmiy-texnikaviy muammodir. Simlarning isitish yo'qotishlarini kamaytirish uchun elektr uzatish liniyasidagi oqimni kamaytirish va natijada kuchlanishni oshirish kerak. Odatda, elektr uzatish liniyalari 400-500 kV kuchlanish uchun quriladi, liniyalarda esa 50 Gts chastotali uch fazali oqim ishlatiladi.

Chipta raqami 12

Paskal qonuni. Arximed qonuni. Suzish shartlari tel.

Paskal qonunini shakllantirish

Suyuqlik yoki gazda hosil bo'lgan bosim istalgan nuqtaga uzatiladi barcha yo'nalishlarda bir xil. Ushbu bayonot suyuqlik va gaz zarralarining barcha yo'nalishlarda harakatchanligi bilan izohlanadi.

Paskalning gidrostatika qonuni asosida turli gidravlik qurilmalar ishlaydi: tormoz tizimlari, presslar va boshqalar.

Arximed qonuni- bu suyuqliklar va gazlarning statikasi qonuni bo'lib, unga ko'ra suyuqlik (yoki gaz)ga botgan jismga suzuvchi kuch (Arximed kuchi) ta'sir qiladi, bu jism tomonidan almashtirilgan suyuqlikning (yoki gazning) og'irligiga teng. .

F A =rgV,
qayerda ρ - suyuqlik (gaz) zichligi,
g - tortishish tezlashishi,
V - suvga cho'mgan tananing hajmi (yoki suyuqlikka (yoki gazga) botgan tananing o'sha qismining hajmi).

Arximed kuchi yo'naltirilgan har doim tortishish kuchiga qarama-qarshi. Suyuqlikka botirilgan tana zich bo'lsa, butun taglik pastga bosilgan bo'lsa, u nolga teng.
Shuni esda tutish kerak vaznsizlik holatida Arximed qonuni ishlamaydi.

Qarang: yo'lak bo'ylab dumalab kelayotgan to'p skittlelarni uradi va ular atrofga tarqaladi. Hozirgina o'chirilgan fan bir muncha vaqt aylanishda davom etadi va havo oqimi hosil qiladi. Bu jismlarda energiya bormi?

Eslatma: to'p va fan mexanik ishlarni bajaradi, ya'ni ular energiyaga ega. Ular harakatga kelgani uchun energiyaga ega. Fizikada harakatlanuvchi jismlarning energiyasi deyiladi kinetik energiya (yunoncha "kinema" - harakatdan).

Kinetik energiya tananing massasiga va uning harakat tezligiga (fazoda harakat yoki aylanish) bog'liq. Misol uchun, to'pning massasi qanchalik katta bo'lsa, zarba paytida u pinlarga qanchalik ko'p energiya o'tkazsa, ular shunchalik tarqaladi. Misol uchun, pichoqlar qanchalik tez aylansa, fan havo oqimini qanchalik uzoqroqqa siljitadi.

Xuddi shu jismning kinetik energiyasi turli kuzatuvchilar nuqtai nazaridan farq qilishi mumkin. Misol uchun, ushbu kitobni o'qiydigan bizning nuqtai nazarimizdan, yo'lda dumning kinetik energiyasi nolga teng, chunki dum harakat qilmaydi. Biroq, velosipedchiga nisbatan, dumg'aza kinetik energiyaga ega, chunki u tez yaqinlashadi va to'qnashuvda u juda yoqimsiz mexanik ishlarni bajaradi - u velosiped qismlarini egadi.

Jismlar yoki tananing qismlari boshqa jismlar (yoki tananing qismlari) bilan o'zaro ta'sir qilganligi sababli ega bo'lgan energiya fizikada deyiladi. potentsial energiya (lotincha "potentsial" - kuch).

Keling, rasmga murojaat qilaylik. To'p suzayotganda, u mexanik ishlarni bajarishi mumkin, masalan, kaftimizni suvdan sirtga surish. Muayyan balandlikda joylashgan og'irlik ishni bajarishi mumkin - yong'oqni sindirish. Cho'zilgan kamon o'qni tashqariga chiqarishi mumkin. Binobarin, ko'rib chiqilgan jismlar potentsial energiyaga ega, chunki ular boshqa jismlar (yoki tananing qismlari) bilan o'zaro ta'sir qiladi. Misol uchun, to'p suv bilan o'zaro ta'sir qiladi - Arximed kuchi uni yuzaga suradi. Og'irlik Yer bilan o'zaro ta'sir qiladi - tortishish og'irlikni pastga tortadi. Kamon kamonning boshqa qismlari bilan o'zaro ta'sir qiladi - u kamonning egri o'qining elastik kuchi bilan tortiladi.

Jismning potentsial energiyasi jismlarning (yoki tananing qismlari) o'zaro ta'sir kuchiga va ular orasidagi masofaga bog'liq. Masalan, Arximed kuchi qanchalik katta bo'lsa va shar suvga qanchalik chuqur botirilsa, tortishish kuchi qanchalik katta bo'lsa va og'irlik Yerdan qanchalik uzoqda bo'lsa, elastik kuch va kamon ipi qanchalik uzoqqa tortilsa, potentsial energiyalar shunchalik katta bo'ladi. jismlarning: to'p, vazn, kamon (mos ravishda).

Bir jismning potentsial energiyasi turli jismlarga nisbatan har xil bo'lishi mumkin. Chizilgan rasmga qarang. Yong'oqlarning har biriga og'irlik tushganda, ikkinchi yong'oqning bo'laklari birinchisining bo'laklariga qaraganda ancha uzoqroqqa uchib ketishi aniqlanadi. Shuning uchun, gayka 1ga nisbatan og'irlik gayka 2ga nisbatan kamroq potentsial energiyaga ega. Muhim: kinetik energiyadan farqli o'laroq, potentsial energiya kuzatuvchining pozitsiyasi va harakatiga bog'liq emas, balki energiyaning "nol darajasi" ni tanlashimizga bog'liq.