Enerģētiskās īpašības kustības tiek ieviestas, pamatojoties uz koncepciju mehāniskais darbs vai spēka darbs. Paveiktais darbs pastāvīgs spēks F, ir fiziskais lielums, kas vienāds ar spēka un nobīdes moduļu reizinājumu, kas reizināts ar leņķa kosinusu starp spēka vektoriem F un pārvietošana S:
Darbs ir skalārs lielums. Tas var būt pozitīvs (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). Plkst α = 90° spēka veiktais darbs ir nulle. SI sistēmā darbu mēra džoulos (J). Džouls līdzvērtīgs darbam ko veic ar 1 ņūtona spēku uz 1 metra pārvietojumu spēka virzienā.
Ja spēks laika gaitā mainās, tad, lai atrastu darbu, viņi izveido grafiku par spēka atkarību no nobīdes un atrod figūras laukumu zem diagrammas - šis ir darbs:
Spēka piemērs, kura modulis ir atkarīgs no koordinātas (nobīdes), ir atsperes elastīgais spēks, kas atbilst Huka likumam ( F extr = kx).
Jauda
Tiek saukts darbs, ko veic spēks laika vienībā jauda. Jauda P(dažreiz saukts par N) ir fiziskais lielums, kas vienāds ar darba attiecību A laika posmam t kura laikā šis darbs tika pabeigts:
Šī formula aprēķina vidējā jauda , t.i. jaudu, kas vispārīgi raksturo procesu. Tātad darbu var izteikt arī ar jaudu: A = Pt(ja vien, protams, nav zināma darba jauda un laiks). Jaudas mērvienību sauc par vatu (W) vai 1 džoulu sekundē. Ja kustība ir vienmērīga, tad:
Izmantojot šo formulu, mēs varam aprēķināt tūlītēja jauda(jauda noteiktā laikā), ja ātruma vietā formulā aizvietojam momentānā ātruma vērtību. Kā zināt, kādu spēku skaitīt? Ja uzdevums prasa jaudu noteiktā laika punktā vai kādā telpas punktā, tas tiek uzskatīts par momentānu. Ja jautājat par jaudu noteiktā laika periodā vai ceļa posmā, meklējiet vidējo jaudu.
Efektivitāte - koeficients noderīga darbība , ir vienāds ar lietderīgā darba attiecību pret iztērēto vai lietderīgo jaudu pret iztērēto:
Kāds darbs ir lietderīgs un kas tiek iztērēts, tiek noteikts pēc stāvokļa konkrēts uzdevums caur loģisko spriešanu. Piemēram, ja celtnis veic kravas pacelšanas darbu līdz noteiktam augstumam, tad noderēs kravas pacelšanas darbs (jo celtnis tam tika izveidots), un tiks iztērēts darbs, ko veic celtņa elektromotors. .
Tātad noderīgai un iztērētajai jaudai nav stingras definīcijas, un to var atrast loģiski. Katrā uzdevumā mums pašiem jānosaka, kāds šajā uzdevumā bija darba veikšanas mērķis (noderīgs darbs vai spēks), un kāds bija visa darba veikšanas mehānisms vai veids (iztērētā jauda vai darbs).
Vispārīgā gadījumā efektivitāte parāda, cik efektīvi mehānisms pārvērš viena veida enerģiju citā. Ja jauda laika gaitā mainās, tad darbs tiek atrasts kā figūras laukums zem jaudas un laika grafika:
Kinētiskā enerģija
Tiek saukts fizisks lielums, kas vienāds ar pusi no ķermeņa masas un tā ātruma kvadrāta reizinājuma Ķermeņa kinētiskā enerģija (kustības enerģija):
Tas ir, ja automašīna ar masu 2000 kg pārvietojas ar ātrumu 10 m/s, tad tās kinētiskā enerģija ir vienāda ar E k \u003d 100 kJ un spēj veikt darbu 100 kJ. Šī enerģija var pārvērsties siltumā (automašīnai bremzējot, sakarst riteņu riepas, ceļš un bremžu diski) vai arī to var iztērēt automašīnas un virsbūves deformēšanai, ar kuru automašīna sadūrās (avārijā). Aprēķinot kinētisko enerģiju, nav nozīmes tam, kur automašīna pārvietojas, jo enerģija, tāpat kā darbs, ir skalārs lielums.
Ķermenim ir enerģija, ja tas var strādāt. Piemēram, kustīgam ķermenim ir kinētiskā enerģija, t.i. kustības enerģiju un spēj veikt darbu, lai deformētu ķermeņus vai piešķirtu paātrinājumu ķermeņiem, ar kuriem notiek sadursme.
Kinētiskās enerģijas fiziskā nozīme: lai ķermenis miera stāvoklī ar masu m sāka kustēties ar ātrumu v nepieciešams veikt darbu, kas vienāds ar iegūto kinētiskās enerģijas vērtību. Ja ķermeņa masa m pārvietojas ar ātrumu v, tad, lai to apturētu, ir jāveic darbs, kas vienāds ar tā sākotnējo kinētisko enerģiju. Bremzēšanas laikā kinētisko enerģiju galvenokārt (izņemot sadursmes gadījumus, kad enerģija tiek izmantota deformācijai) “atņem” berzes spēks.
Kinētiskās enerģijas teorēma: rezultējošā spēka darbs ir vienāds ar ķermeņa kinētiskās enerģijas izmaiņām:
Kinētiskās enerģijas teorēma ir spēkā arī vispārējā gadījumā, kad ķermenis pārvietojas mainīga spēka iedarbībā, kura virziens nesakrīt ar kustības virzienu. Šo teorēmu ir ērti pielietot ķermeņa paātrinājuma un palēninājuma problēmās.
Potenciālā enerģija
Līdzās kinētiskajai enerģijai jeb kustības enerģijai fizikā svarīga loma ir jēdzienam potenciālā enerģija jeb ķermeņu mijiedarbības enerģija.
Potenciālo enerģiju nosaka ķermeņu savstarpējais novietojums (piemēram, ķermeņa stāvoklis attiecībā pret Zemes virsmu). Potenciālās enerģijas jēdzienu var ieviest tikai tādiem spēkiem, kuru darbs nav atkarīgs no ķermeņa trajektorijas un tiek noteikts tikai pēc sākuma un beigu pozīcijas (t.s. konservatīvie spēki). Šādu spēku darbs slēgtā trajektorijā ir nulle. Šī īpašība piemīt gravitācijas spēkam un elastības spēkam. Šiem spēkiem mēs varam ieviest potenciālās enerģijas jēdzienu.
Ķermeņa potenciālā enerģija Zemes gravitācijas laukā aprēķina pēc formulas:
Ķermeņa potenciālās enerģijas fiziskā nozīme: potenciālā enerģija ir vienāda ar gravitācijas spēka veikto darbu, nolaižot ķermeni līdz nulles līmenim ( h ir attālums no ķermeņa smaguma centra līdz nulles līmenim). Ja ķermenim ir potenciālā enerģija, tas spēj veikt darbu, kad ķermenis krīt no augstuma h līdz nullei. Gravitācijas darbs ir vienāds ar ķermeņa potenciālās enerģijas izmaiņām, kas ņemtas ar pretēju zīmi:
Bieži uzdevumos enerģijas iegūšanai ir jāatrod darbs, lai paceltu (apgāztos, izkļūtu no bedres) ķermeni. Visos šajos gadījumos ir jāņem vērā nevis paša ķermeņa, bet tikai tā smaguma centra kustība.
Potenciālā enerģija Ep ir atkarīga no nulles līmeņa izvēles, tas ir, no OY ass izcelsmes izvēles. Katrā problēmā ērtības labad tiek izvēlēts nulles līmenis. Fiziska nozīme ir nevis pašai potenciālajai enerģijai, bet gan tās izmaiņām, ķermenim pārejot no vienas pozīcijas uz otru. Šīs izmaiņas nav atkarīgas no nulles līmeņa izvēles.
Izstieptas atsperes potenciālā enerģija aprēķina pēc formulas:
kur: k- atsperes stīvums. Izstiepta (vai saspiesta) atspere spēj iekustināt tai piestiprinātu ķermeni, tas ir, piešķirt šim ķermenim kinētisko enerģiju. Tāpēc šādam pavasarim ir enerģijas rezerve. Izstiepšana vai saspiešana X jāaprēķina no ķermeņa nedeformētā stāvokļa.
Elastīgi deformēta ķermeņa potenciālā enerģija ir vienāda ar elastīgā spēka darbu, pārejot no noteiktā stāvokļa uz stāvokli ar nulles deformāciju. Ja sākotnējā stāvoklī atspere jau bija deformēta, un tās pagarinājums bija vienāds ar x 1 , pēc tam pārejot uz jaunu stāvokli ar pagarinājumu x 2, elastīgais spēks darbosies vienāds ar potenciālās enerģijas izmaiņām, kas ņemtas ar pretēju zīmi (jo elastīgais spēks vienmēr ir vērsts pret ķermeņa deformāciju):
Potenciālā enerģija elastīgās deformācijas laikā ir atsevišķu ķermeņa daļu mijiedarbības enerģija ar elastīgiem spēkiem.
Berzes spēka darbs ir atkarīgs no nobrauktā attāluma (šāda veida spēku, kura darbs ir atkarīgs no trajektorijas un nobrauktā attāluma, sauc: izkliedējošie spēki). Berzes spēka potenciālās enerģijas jēdzienu nevar ieviest.
Efektivitāte
Efektivitātes koeficients (COP)- sistēmas (ierīces, mašīnas) efektivitātes raksturlielums attiecībā uz enerģijas pārveidošanu vai pārnešanu. To nosaka izmantotās lietderīgās enerģijas attiecība pret kopējo sistēmas saņemto enerģijas daudzumu (formula jau ir dota iepriekš).
Efektivitāti var aprēķināt gan darba, gan jaudas ziņā. Noderīgu un iztērēto darbu (jaudu) vienmēr nosaka vienkārša loģiskā spriešana.
AT elektromotori Efektivitāte - veiktā (lietderīgā) mehāniskā darba attiecība pret elektriskā enerģija saņemts no avota. Siltumdzinējos lietderīgā mehāniskā darba attiecība pret iztērētā siltuma daudzumu. Elektrības transformatoros laikā saņemtās elektromagnētiskās enerģijas attiecība sekundārais tinums, uz primārā tinuma patērēto enerģiju.
Pateicoties tā vispārīgumam, efektivitātes jēdziens ļauj salīdzināt un no vienota viedokļa novērtēt tādas dažādas sistēmas kā kodolreaktori, elektriskie ģeneratori un dzinēji, termoelektrostacijas, pusvadītāju ierīces, bioloģiskie objekti utt.
Sakarā ar neizbēgamajiem enerģijas zudumiem berzes, apkārtējo ķermeņu sasilšanas utt. Efektivitāte vienmēr ir mazāka par vienotību. Attiecīgi efektivitāti izsaka kā daļu no iztērētās enerģijas, tas ir, kā pareizu daļu vai procentos, un tas ir bezdimensijas lielums. Efektivitāte raksturo to, cik efektīvi darbojas mašīna vai mehānisms. Termoelektrostaciju efektivitāte sasniedz 35-40%, dzinēji iekšējā degšana ar spiedienu un priekšdzesēšanu - 40-50%, dinamo un lieljaudas ģeneratoriem - 95%, transformatoriem - 98%.
Uzdevumu, kurā jāatrod efektivitāte vai tā ir zināma, jāsāk ar loģisku pamatojumu – kāds darbs ir lietderīgs un kas tiek iztērēts.
Mehāniskās enerģijas nezūdamības likums
pilna mehāniskā enerģija kinētiskās enerģijas (t.i., kustības enerģijas) un potenciāla (t.i., ķermeņu gravitācijas spēku un elastības spēku mijiedarbības enerģijas) summu sauc:
Ja mehāniskā enerģija nepāriet citās formās, piemēram, iekšējā (siltuma) enerģijā, tad kinētiskās un potenciālās enerģijas summa paliek nemainīga. Ja mehānisko enerģiju pārvērš siltumenerģijā, tad mehāniskās enerģijas izmaiņas ir vienādas ar berzes spēka darbu vai enerģijas zudumiem, vai izdalītā siltuma daudzumu un tā tālāk, citiem vārdiem sakot, kopējās mehāniskās enerģijas izmaiņas ir vienāds ar ārējo spēku darbu:
Ķermeņu kinētiskās un potenciālās enerģijas summa, kas veido slēgtu sistēmu (t.i., tādu, kurā nedarbojas ārēji spēki un kuru darbs ir attiecīgi vienāds ar nulli) un mijiedarbojas viens ar otru ar gravitācijas spēkiem un elastības spēkiem, paliek nemainīgs:
Šis paziņojums pauž Enerģijas nezūdamības likums (LSE) mehāniskos procesos. Tās ir Ņūtona likumu sekas. Mehāniskās enerģijas nezūdamības likums tiek izpildīts tikai tad, ja slēgtā sistēmā esošie ķermeņi mijiedarbojas viens ar otru ar elastības un gravitācijas spēkiem. Visās enerģijas nezūdamības likuma problēmās vienmēr būs vismaz divi ķermeņu sistēmas stāvokļi. Likums saka, ka pirmā stāvokļa kopējā enerģija būs vienāda ar otrā stāvokļa kopējo enerģiju.
Algoritms enerģijas nezūdamības likuma problēmu risināšanai:
- Atrodiet ķermeņa sākotnējās un beigu pozīcijas punktus.
- Pierakstiet, kādas vai kādas enerģijas ķermenim ir šajos punktos.
- Pielīdziniet ķermeņa sākotnējo un galīgo enerģiju.
- Pievienojiet citus nepieciešamos vienādojumus no iepriekšējām fizikas tēmām.
- Atrisiniet iegūto vienādojumu vai vienādojumu sistēmu, izmantojot matemātiskās metodes.
Ir svarīgi atzīmēt, ka mehāniskās enerģijas nezūdamības likums ļāva iegūt savienojumu starp ķermeņa koordinātām un ātrumiem divos dažādos trajektorijas punktos, neanalizējot ķermeņa kustības likumu visos starppunktos. Mehāniskās enerģijas nezūdamības likuma piemērošana var ievērojami vienkāršot daudzu problēmu risinājumu.
Reālos apstākļos gandrīz vienmēr kustīgos ķermeņus kopā ar gravitācijas spēkiem, elastības spēkiem un citiem spēkiem iedarbojas vides berzes spēki vai pretestības spēki. Berzes spēka darbs ir atkarīgs no ceļa garuma.
Ja starp ķermeņiem, kas veido slēgtu sistēmu, darbojas berzes spēki, tad mehāniskā enerģija netiek saglabāta. Daļa mehāniskās enerģijas tiek pārvērsta ķermeņu iekšējā enerģijā (sildīšana). Tādējādi enerģija kopumā (t.i., ne tikai mehāniskā enerģija) tiek saglabāta jebkurā gadījumā.
Jebkurā fiziskā mijiedarbībā enerģija nerodas un nepazūd. Tas mainās tikai no vienas formas uz otru. Šis eksperimentāli noteiktais fakts izsaka dabas pamatlikumu - enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likums.
Viena no enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma sekām ir apgalvojums, ka nav iespējams izveidot "perpetuum motion machine" (perpetuum mobile) - mašīnu, kas varētu strādāt bezgalīgi, nepatērējot enerģiju.
Dažādi darba uzdevumi
Ja uzdevums ir atrast mehāniskais darbs, tad vispirms izvēlieties veidu, kā to atrast:
- Darbus var atrast, izmantojot formulu: A = FS cos α . Atrodiet spēku, kas veic darbu, un ķermeņa pārvietošanās apjomu šī spēka iedarbībā izvēlētajā atskaites sistēmā. Ņemiet vērā, ka ir jāizvēlas leņķis starp spēka un nobīdes vektoriem.
- Ārējā spēka darbu var atrast kā starpību starp mehānisko enerģiju beigu un sākuma situācijās. Mehāniskā enerģija ir vienāda ar ķermeņa kinētiskās un potenciālās enerģijas summu.
- Ķermeņa pacelšanas darbi nemainīgs ātrums var atrast, izmantojot formulu: A = mgh, kur h- augstums, līdz kuram tas paceļas ķermeņa smaguma centrs.
- Darbu var atrast kā spēka un laika produktu, t.i. pēc formulas: A = Pt.
- Darbu var atrast kā figūras laukumu zem spēka un nobīdes grafika vai jaudas pret laiku.
Enerģijas nezūdamības likums un rotācijas kustības dinamika
Šīs tēmas uzdevumi ir diezgan sarežģīti matemātiski, taču, zinot pieeju, tie tiek risināti pēc pilnīgi standarta algoritma. Visās problēmās jums būs jāņem vērā ķermeņa rotācija vertikālā plaknē. Risinājums tiks samazināts līdz šādai darbību secībai:
- Ir nepieciešams noteikt jūs interesējošo punktu (punktu, kurā nepieciešams noteikt ķermeņa ātrumu, vītnes spriegojuma spēku, svaru utt.).
- Šajā brīdī pierakstiet Ņūtona otro likumu, ņemot vērā, ka ķermenis griežas, tas ir, tam ir centripetālais paātrinājums.
- Pierakstiet mehāniskās enerģijas nezūdamības likumu, lai tas saturētu ķermeņa ātrumu tajā ļoti interesantajā punktā, kā arī ķermeņa stāvokļa īpašības kādā stāvoklī, par kuru kaut kas ir zināms.
- Atkarībā no nosacījuma izsakiet ātrumu kvadrātā no viena vienādojuma un aizstājiet to ar citu.
- Lai iegūtu gala rezultātu, veiciet pārējās nepieciešamās matemātiskās darbības.
Risinot problēmas, atcerieties, ka:
- Nosacījums augšējā punkta šķērsošanai griešanās laikā uz vītnēm ar minimālu ātrumu ir atbalsta reakcijas spēks N iekšā augšējais punkts ir vienāds ar 0. Tas pats nosacījums ir izpildīts, šķērsojot mirušās cilpas augšējo punktu.
- Rotējot uz stieņa, nosacījums visa apļa izbraukšanai ir: minimālais ātrums augšējā punktā ir 0.
- Nosacījums ķermeņa atdalīšanai no sfēras virsmas ir tāds, ka atbalsta reakcijas spēks atdalīšanas punktā ir nulle.
Neelastīgas sadursmes
Mehāniskās enerģijas nezūdamības likums un impulsa nezūdamības likums ļauj rast risinājumus mehāniskām problēmām gadījumos, kad iedarbīgie spēki nav zināmi. Šādu problēmu piemērs ir ķermeņu ietekmes mijiedarbība.
Trieciens (vai sadursme) Par ķermeņu īslaicīgu mijiedarbību pieņemts saukt, kā rezultātā to ātrumi piedzīvo būtiskas izmaiņas. Ķermeņu sadursmes laikā starp tiem iedarbojas īslaicīgi trieciena spēki, kuru lielums, kā likums, nav zināms. Tāpēc ietekmes mijiedarbību nav iespējams aplūkot tieši ar Ņūtona likumu palīdzību. Enerģijas un impulsa nezūdamības likumu piemērošana daudzos gadījumos ļauj izslēgt sadursmes procesu no izskatīšanas un iegūt saikni starp ķermeņu ātrumiem pirms un pēc sadursmes, apejot visas šo lielumu starpvērtības.
Ikdienā, tehnoloģijā un fizikā (īpaši atomu un atomu fizikā) bieži nākas saskarties ar ķermeņu ietekmi elementārdaļiņas). Mehānikā bieži tiek izmantoti divi trieciena mijiedarbības modeļi - absolūti elastīgi un absolūti neelastīgi triecieni.
Absolūti neelastīga ietekme Tiek saukta tāda trieciena mijiedarbība, kurā ķermeņi ir savienoti (salīp kopā) viens ar otru un virzās tālāk kā viens ķermenis.
Pilnīgi neelastīgā triecienā mehāniskā enerģija netiek saglabāta. Tas daļēji vai pilnībā pāriet ķermeņu iekšējā enerģijā (karsē). Lai aprakstītu jebkādas ietekmes, ir jāpieraksta gan impulsa nezūdamības likums, gan mehāniskās enerģijas nezūdamības likums, ņemot vērā izdalīto siltumu (vispirms ļoti vēlams uzzīmēt zīmējumu).
Absolūti elastīgs trieciens
Absolūti elastīgs trieciens sauc par sadursmi, kurā saglabājas ķermeņu sistēmas mehāniskā enerģija. Daudzos gadījumos atomu, molekulu un elementārdaļiņu sadursmes pakļaujas absolūti elastīgās ietekmes likumiem. Ar absolūti elastīgu triecienu kopā ar impulsa nezūdamības likumu tiek izpildīts mehāniskās enerģijas nezūdamības likums. Vienkāršs ideāli elastīgas sadursmes piemērs būtu divu biljarda bumbiņu centrālais trieciens, no kuriem viena pirms sadursmes atradās miera stāvoklī.
centra perforators bumbiņas sauc par sadursmi, kurā lodīšu ātrumi pirms un pēc trieciena tiek virzīti pa centru līniju. Tādējādi, izmantojot mehāniskās enerģijas un impulsa nezūdamības likumus, ir iespējams noteikt lodīšu ātrumus pēc sadursmes, ja ir zināmi to ātrumi pirms sadursmes. Centrālā ietekme praksē tiek realizēta ļoti reti, it īpaši, ja runa ir par atomu vai molekulu sadursmēm. Necentrālā elastīgā sadursmē daļiņu (bumbiņu) ātrumi pirms un pēc sadursmes nav vērsti pa vienu un to pašu taisni.
Īpašs necentrālas elastīgas trieciena gadījums ir divu vienādas masas biljarda bumbiņu sadursme, no kurām viena pirms sadursmes bija nekustīga, bet otrās ātrums nebija vērsts pa bumbiņu centru līniju. Šajā gadījumā bumbiņu ātruma vektori pēc elastīgās sadursmes vienmēr ir vērsti perpendikulāri viens otram.
Saglabāšanas likumi. Grūti uzdevumi
Vairāki ķermeņi
Dažos uzdevumos par enerģijas nezūdamības likumu kabeļiem, ar kuriem pārvietojas daži objekti, var būt masa (tas ir, tie nedrīkst būt bezsvara, kā jūs jau esat pieraduši). Šajā gadījumā jāņem vērā arī šādu kabeļu pārvietošanas darbs (proti, to smaguma centri).
Ja divi ķermeņi, kas savienoti ar bezsvara stieni, griežas vertikālā plaknē, tad:
- izvēlieties nulles līmeni potenciālās enerģijas aprēķināšanai, piemēram, griešanās ass līmenī vai zemākā punkta līmenī, kurā atrodas viena no slodzēm, un izveidojiet zīmējumu;
- ir uzrakstīts mehāniskās enerģijas nezūdamības likums, kurā kreisajā pusē ir ierakstīta abu ķermeņu kinētiskās un potenciālās enerģijas summa sākotnējā situācijā, bet abu ķermeņu kinētiskās un potenciālās enerģijas summa gala situācijā. ir rakstīts labajā pusē;
- ņem vērā, ka ķermeņu leņķiskie ātrumi ir vienādi, tad lineārie ātrumiķermeņi ir proporcionāli rotācijas rādiusiem;
- ja nepieciešams, pierakstiet Ņūtona otro likumu katram ķermenim atsevišķi.
Šāviņa sprādziens
Šāviņa sprādziena gadījumā izdalās sprādzienbīstama enerģija. Lai atrastu šo enerģiju, no fragmentu mehānisko enerģiju summas pēc sprādziena ir jāatņem šāviņa mehāniskā enerģija pirms sprādziena. Izmantosim arī impulsa nezūdamības likumu, kas uzrakstīts kosinusa teorēmas veidā (vektormetode) vai projekciju veidā uz izvēlētām asīm.
Sadursmes ar smagu plāksni
Ļaujiet uz smagu plāksni, kas pārvietojas ar ātrumu v, kustas viegla masas bumba m ar ātrumu u n. Tā kā bumbiņas impulss ir daudz mazāks par plāksnes impulsu, plāksnes ātrums pēc trieciena nemainīsies, un tā turpinās kustēties ar tādu pašu ātrumu un tajā pašā virzienā. Elastīgā trieciena rezultātā bumbiņa nolidos no plāksnes. Šeit ir svarīgi to saprast bumbiņas ātrums attiecībā pret plāksni nemainīsies. Tādā gadījumā par gala ātrums bumbu mēs iegūstam:
Tādējādi bumbiņas ātrums pēc trieciena tiek palielināts par divreiz lielāku sienas ātrumu. Līdzīgs arguments gadījumam, kad bumba un plāksne pirms trieciena kustējās vienā virzienā, noved pie tā, ka bumbiņas ātrums tiek samazināts par divreiz lielāku sienas ātrumu:
Problēmas ar sadursmes bumbiņu enerģijas maksimālajām un minimālajām vērtībām
Šāda veida problēmās galvenais ir saprast, ka lodīšu elastīgās deformācijas potenciālā enerģija ir maksimāla, ja to kustības kinētiskā enerģija ir minimāla - tas izriet no mehāniskās enerģijas nezūdamības likuma. Bumbiņu kinētisko enerģiju summa ir minimāla brīdī, kad lodīšu ātrumi ir vienādi un vērsti vienā virzienā. Šajā brīdī bumbiņu relatīvais ātrums ir vienāds ar nulli, un deformācija un ar to saistītā potenciālā enerģija ir maksimālā.
Veiksmīga, rūpīga un atbildīga šo trīs punktu īstenošana ļaus jums uzrādīt izcilu DT rezultātu, maksimumu, uz ko esat spējīgs.
Vai atradāt kļūdu?
Ja domājat, ka esat atradis kļūdu mācību materiāli, tad rakstiet, lūdzu, par to pa pastu. Varat arī ziņot par kļūdu sociālais tīkls(). Vēstulē norādiet priekšmetu (fizika vai matemātika), tēmas vai kontroldarba nosaukumu vai numuru, uzdevuma numuru vai vietu tekstā (lappusē), kur, jūsuprāt, ir kļūda. Aprakstiet arī iespējamo kļūdu. Jūsu vēstule nepaliks nepamanīta, kļūda vai nu tiks izlabota, vai arī jums tiks paskaidrots, kāpēc tā nav kļūda.
Jauda- fiziskais lielums, kas vienāds ar veiktā darba attiecību pret noteiktu laika periodu.
Pastāv jēdziens par vidējo jaudu noteiktā laika periodā Δt. Vidējo jaudu aprēķina, izmantojot šo formulu: N = ∆A / ∆t, momentānā jauda saskaņā ar šādu formulu: N = dA / dt. Šīm formulām ir diezgan vispārināta forma, jo jaudas jēdziens ir sastopams vairākās fizikas nozarēs - mehānikā un elektrofizikā. Lai gan jaudas aprēķināšanas pamatprincipi paliek aptuveni tādi paši kā vispārējā formulā.
Jauda tiek mērīta vatos. Vats ir jaudas vienība, kas vienāda ar džoulu, kas dalīts ar sekundi. Papildus vatiem ir arī citas jaudas vienības: Zirgspēki, erg sekundē, masas spēka metrs sekundē.
- Viens metriskais zirgspēks vienāds ar 735 vatiem, angļu - 745 vati.
- Erg- ļoti maza mērvienība, viens ergs ir vienāds ar desmit līdz mīnus septītajai vata jaudai.
- Viens masas spēka metrs sekundē vienāds ar 9,81 vatiem.
Mērinstrumenti
Pamatā jaudas mērīšanas mērinstrumenti tiek izmantoti elektrofizikā, jo mehānikā, zinot noteiktu parametru kopu (ātrumu un spēku), jūs varat patstāvīgi aprēķināt jaudu. Bet tāpat elektrofizikā var aprēķināt jaudu no parametriem, bet patiesībā iekšā Ikdiena mēs vienkārši neizmantojam mērinstrumentus, lai reģistrētu mehānisko jaudu. Tā kā visbiežāk šie parametri noteiktiem mehānismiem tiek apzīmēti kā tādi. Attiecībā uz elektroniku galvenais instruments ir vatmetrs, ko ikdienā izmanto parastā elektriskā skaitītāja ierīcē.
Vatmetrus pēc frekvences var iedalīt vairākos veidos:
- Zema frekvence
- RF
- Optiskais
Vatmetri var būt analogie vai digitālie. Zemfrekvences (LF) ietver divus indukcijas, tie ir gan digitālie, gan analogie, tos izmanto rūpniecībā un ikdienas dzīvē kā daļu no parastajiem elektriskajiem skaitītājiem. RF vatmetri ir sadalīti divās grupās: absorbētā jauda un pārraidīta. Atšķirība ir vatmetra savienojuma veidā ar tīklu, garāmejošie tīkli tiek savienoti paralēli, tīkla galā absorbējot kā papildu slodzi. Gaismas plūsmu un lāzera staru jaudas noteikšanai izmanto optiskos vatmetrus. Tos galvenokārt izmanto jebkurā ražošanā un laboratorijās.
Jauda mehānikā
Jauda mehānikā ir tieši atkarīga no spēka un darba, ko šis spēks veic. Darbs ir lielums, kas raksturo ķermenim pielikto spēku, kura ietekmē ķermenis veic noteiktu attālumu. Jaudu aprēķina no ātruma vektora un spēka vektora skalārās reizinājuma: P=F*v=F*v* cos a
(spēks reizināts ar ātruma vektoru un leņķi starp spēka un ātruma vektoriem (kosinuss alfa)).
Varat arī aprēķināt ķermeņa rotācijas kustības jaudu. P=M* w= π * M * n / 30. Jauda ir vienāda ar (M) spēka momenta reizinājumu (w) leņķiskā ātruma vai pi (p) spēka momenta (M) un (n) griešanās ātruma reizinājumu ar 30.
Jauda elektrofizikā
Elektrofizikā jauda raksturo elektroenerģijas pārvades vai pārveidošanas ātrumu. Ir šādi jaudas veidi:
- Tūlītēja elektriskā jauda. Tā kā jauda ir noteiktā laikā paveiktais darbs un lādiņš pārvietojas pa noteiktu vadītāja posmu, mums ir formula: P(a-b) = A / Δt. A-B raksturo apgabalu, caur kuru lādiņš iet. A ir lādiņa vai lādiņu darbs, Δt ir laiks, kas nepieciešams, lai lādiņš vai lādiņi izietu cauri sekcijai (A-B). To pašu formulu izmanto, lai aprēķinātu citas jaudas vērtības dažādām situācijām, kad ir jāmēra momentānā jauda vadītāja segmentā.
- Varat arī aprēķināt pastāvīgas straumes jaudu: P = I * U = I^2 * R = U^2 / R.
- Jauda maiņstrāva nav aprēķināms pēc formulas līdzstrāva. Maiņstrāvai ir trīs jaudas veidi:
- Aktīvā jauda(P), kas ir vienāds ar P=U*I* cos f . Kur U un I ir pašreizējie strāvas parametri, un f (phi) ir nobīdes leņķis starp fāzēm. Šī formula parādīts kā piemērs vienfāzes sinusoidālajai strāvai.
- Reaktīvā jauda (Q) raksturo slodzes, ko ierīcēs rada elektriskās vienfāzes sinusoidālās maiņstrāvas svārstības. Q=U*I* grēks f . Mērvienība ir reaktīvais volts-ampērs (var).
- Šķietamā jauda (S) ir vienāda ar aktīvās un reaktīvās jaudas kvadrātu sakni. To mēra volt-ampēros.
- Neaktīvā jauda - pasīvās jaudas raksturlielums, kas atrodas ķēdēs ar maiņstrāvu sinusoidālo strāvu. Vienāds ar kvadrātsakni no reaktīvās jaudas un harmoniskās jaudas kvadrātu summas. Ja nav augstāku harmoniku jaudas, tas ir vienāds ar reaktīvās jaudas moduli.
- Jauda maiņstrāva nav aprēķināms pēc formulas līdzstrāva. Maiņstrāvai ir trīs jaudas veidi:
Spēks ir fiziskais daudzums parasti ir vienāds ar visas sistēmas enerģijas izmaiņu ātrumu. Konkrētāk runājot par to, ar ko jauda ir vienāda, mēs varam teikt, ka tas ir tieši atkarīgs no noteiktā laika periodā veiktā darba attiecības un šī laika perioda lieluma. Pastāv vidējās un momentānās jaudas jēdziens. Tas ir, ja mēs runājam par sistēmas jaudu noteiktā laika periodā, tad tā ir vidējā jauda. Ja šobrīd ņem vērā jaudu, tad tā ir momentānā jauda. No šejienes mēs iegūstam šādu formulu:
N (jauda) = E (enerģija) / t (laiks)
Tāpēc integrālis, kas iegūts no momentānās jaudas rādītājiem atsevišķam laika periodam, ir vienāds ar kopējo šajā laika periodā patērētās enerģijas daudzumu.
Šī daudzuma mērvienība ir vats. Ņemot vērā iepriekšējo formulu, mēs varam teikt, ka 1 vats = 1 J / 1 s. Vēl viena populāra jaudas mērīšanas vienība ir zirgspēki.
Kas ir spēks mehānikā?
Spēks, kas iedarbojas uz kustībā esošu ķermeni, darbojas. Šajā gadījumā jaudu nosaka spēka vektora skalārais reizinājums un ātruma vektors, ar kādu sistēma pārvietojas telpā. Tas ir:
N = F*v = F*v*cos a
Šajā formulā F ir spēks, v ir ātrums, a ir leņķis, kas savieno ātruma vektoru un spēka vektoru.
Ja runa ir par rotācijas kustībaķermeņa, tad ir piemērota šāda formula:
N \u003d M * w \u003d (2P * M * n) / 60
Šajā formulā M ir spēka moments, w ir leņķiskais ātrums, P ir Pi, un n ir apgriezienu skaits noteiktā laika vienībā (minūtē).
Kas nosaka elektriskās enerģijas jaudu?
Jēdziens elektriskā jauda raksturo elektriskās enerģijas izmaiņu vai pārvades ātrumu. Pētot maiņstrāvas tīklu, papildus jēdzienam "momentānā jauda", kas atbilst tradicionālajai fiziskajai definīcijai, ir ierasts izmantot aktīvo jaudu. Aktīvā jauda ir vienāda ar vidējo momentāno jaudu laika periodā, indikatoru, kas nosaka reaktīvo jaudu, kas atbilst enerģijai, kas bez izkliedes pārvietojas starp avotu un patērētāju, un kopējo jaudas vērtību, ko nosaka aktīvās jaudas reizinājums. strāvas un sprieguma vērtība, neņemot vērā fāzes nobīdi.