Enerģētiskās īpašības kustības tiek ieviestas, pamatojoties uz mehāniskā darba jēdzienu vai darbaspēks.
strādāt A apņēmusies pastāvīgs spēks F → , sauc par fizisko lielumu, kas vienāds ar spēka un nobīdes moduļu reizinājumu, kas reizināts ar leņķa kosinusu α starp spēka vektoriem F → un nobīdi s →(1.18.1. att.): A = Fs cos α.
Darbs ir skalārs lielums. Tas var būt gan pozitīvs 0° ≤ α < 90° ) un negatīvs ( 90°< α ≤ 180° ). Plkst α = 90° spēka veiktais darbs ir nulle. SI sistēmā darbs tiek mērīts džouli (J).
Džouls ir vienāds ar darbu, ko veic spēks 1 N kustībā 1 m spēka virzienā.
Darba spēks F → : A = F s cos α = F s s
Ja spēka F → projekcija F → s uz kustības virzienu s → nepaliek nemainīga, darbs jāaprēķina nelielām nobīdēm ∆s i un apkopojiet rezultātus: A = ∑ Δ A i = ∑ F si Δ s i .
Šī ir summa limitā ( ∆s i → 0) iekļaujas integrālī.
Grafiski darbu nosaka līknes figūras laukums zem grafika F s (x)(1.18.2. att.).
Darba grafiskā definīcija. ∆A i = F si ∆s i
Spēka piemērs, kura modulis ir atkarīgs no koordinātas, ir atsperes elastīgais spēks, kas atbilst Huka likumam. Lai izstieptu atsperi, nepieciešams pielikt ārēju spēku F → , kura modulis ir proporcionāls atsperes pagarinājumam (1.18.3. att.).
Izstiepts pavasaris. Ārējā spēka F → virziens sakrīt ar pārvietošanās virzienu s → . F s = k x , k- atsperes stīvums. F → kontrole = - F → Ārējā spēka moduļa atkarība no koordinātas x ir attēlots diagrammā ar taisnu līniju (1.18.4. att.).
Ārējā spēka moduļa atkarība no koordinātas, kad atspere ir izstiepta Saskaņā ar trijstūra laukumu attēlā. 1.18.4, jūs varat noteikt darbu, ko veic ārējs spēks, kas pielikts atsperes labajā brīvajā galā: A \u003d k x 2 2.
Tā pati formula izsaka darbu, ko veic ārējs spēks, kad atspere ir saspiesta. Abos gadījumos elastīgā spēka F → kontroles darbs absolūtā vērtībā ir vienāds ar ārējā spēka F → darbu un pretējs pēc zīmes.
Ja ķermenim tiek pielikti vairāki spēki, tad vispārējs darbs no visiem spēkiem ir vienāds ar atsevišķu spēku veiktā darba algebrisko summu. Plkst kustība uz priekšuķermenis, kad visu spēku pielikšanas punkti veic vienu un to pašu kustību, visu spēku kopējais darbs ir vienāds ar darbu pielikto spēku rezultāts.
Darbu, ko veic spēks laika vienībā, sauc par jaudu. Jauda N ir fiziskais lielums, kas vienāds ar darba attiecību A laika posmam t, kura laikā tiek veikts šis darbs: N = A t .
Starptautiskajā sistēmā (SI) jaudas mērvienību sauc vats (W). Vats ir vienāds ar spēka jaudu, kas veic darbu 1 J laikā 1 s. 1 W = 1 J 1 s.
Šajā vietnē publicētajos tekstos bieži ir dažādi termini, kas ir fizisko lielumu nosaukumi. Skolas fizikas kursā mācījāmies daudz, bet zināšanas mēdz aizmirsties bez pastāvīgas lietošanas. Piezīmju sērijā, kas apvienota ar vispārīgo nosaukumu “Atcerēties fiziku” (mēs to varētu saukt par “Atpakaļ uz skolu”), mēģināsim atgādināt, ko nozīmē pamatjēdzieni, kādi fizikālie lielumi slēpjas aiz šiem terminiem, kā tie. ir savstarpēji saistīti, kādos daudzumos tie tiek mērīti. Kopumā dot pamatus, kas nepieciešami publicēto materiālu izpratnei.
Mūsu vietne kopumā ir veltīta metodēm un tehnoloģijām enerģijas iegūšanai (konkrēti, no atjaunojamiem avotiem). Cilvēkiem ir nepieciešama enerģija savas mājas apkurei un apgaismošanai, lai iedarbinātu dažādus mehānismus, kas veic cilvēkiem noderīgu darbu. Tas ir, mums jāpanāk viens no trim enerģijas veidiem - siltuma, mehāniskā un gaismas enerģija. Kā tiks teikts tālāk, fizikā izšķir vēl vairākus enerģijas veidus, taču šie trīs veidi mums galvenokārt ir svarīgi. Es beigšu ar priekšvārdiem un došu tās enerģijas definīcijas, kas ir pieņemtas fizikā.
Darbs un enerģija
Vairāk no skolas kurss fiziku (un skolu pabeidzu pirms 50 gadiem), atceros apgalvojumu "Enerģija ir fiziskās sistēmas darba spējas mērs." Wikipedia sniedz mazāk skaidru definīciju, norādot, ka
« Enerģija- skalārais fiziskais lielums, kas ir vienots dažādu kustības formu un matērijas mijiedarbības formu mērs, matērijas kustības pārejas mērs no vienas formas uz otru. Enerģijas jēdziena ieviešana ir ērta, jo, ja fiziskā sistēma ir slēgta, tad tās enerģija tiek uzkrāta šajā sistēmā uz laiku, kurā sistēma tiks slēgta. Šo apgalvojumu sauc par enerģijas nezūdamības likumu.
Enerģija ir skalārs lielums, ko var izmērīt, izmantojot vairākus dažādas vienības. Mūs visvairāk interesē džouls un kilovatstundas.
Džouls(krievu apzīmējums: J; starptautiskais: J) - darba, enerģijas un siltuma mērvienība Starptautiskajā vienību sistēmā (SI). Džouls ir vienāds ar darbu, kas paveikts, kad spēka pielikšanas punkts, kas vienāds ar vienu ņūtonu, tiek pārvietots par vienu metru spēka virzienā. Elektroenerģijā džouls nozīmē spēku paveikto darbu elektriskais lauks 1 sekundi pie 1 volta sprieguma, lai uzturētu strāvu 1 ampērā.
Tomēr mēs neiedziļināsimies fizikas pamatos, izdomājot, kas ir spēks un kas ir viens ņūtons, mēs vienkārši ņemsim par pamatu jēdzienu “enerģija” un atcerēsimies, ka noteikts džoulu skaits raksturo enerģiju, darbu un siltuma daudzums. Vēl viens lielums, ko izmanto enerģijas daudzuma mērīšanai, ir kilovatstunda.
Kilovatstunda(kWh) - saražotās vai patērētās enerģijas daudzuma, kā arī veiktā darba ārpussistēmas mērvienība. To galvenokārt izmanto elektroenerģijas patēriņa mērīšanai ikdienas dzīvē, tautsaimniecībā un elektroenerģijas ražošanas mērīšanai elektroenerģijas nozarē.
Jāņem vērā, ka pareizi ir rakstīt tieši “kWh” (jauda reizināta ar laiku). Pareizrakstība "kWh" (kilovats stundā), ko bieži izmanto daudzos plašsaziņas līdzekļos un pat dažreiz oficiālajos dokumentos, ir nepareiza. Šāds apzīmējums atbilst jaudas izmaiņām laika vienībā (kas parasti nevienu neinteresē), bet ne enerģijas daudzumam. Tikpat izplatīta kļūda ir izmantot "kilovats" (jaudas vienība), nevis "kilovatstundu".
Turpmākajos rakstos mēs izmantosim džoulus un kilovatstundas kā vienības, lai novērtētu enerģijas vai darba daudzumu, paturot prātā, ka viena kilovatstunda ir vienāda ar 3,6 x 10 6 džouliem.
No mūs interesējošo tēmu viedokļa fundamentāla ir enerģijas īpašība veikt darbu. Mēs neuzzināsim, kā fizika interpretē jēdzienu "darbs", mēs pieņemsim, ka šis jēdziens ir oriģināls un nav definēts. Mēs tikai vēlreiz uzsveram, ka kvantitatīvi enerģija un darbs ir izteikti vienās un tajās pašās mērvienībās.
Atkarībā no enerģijas vai darba veida enerģijas daudzumu aprēķina dažādos veidos:
Enerģijas formas un veidi
Tā kā enerģija, kā minēts iepriekš, ir tikai matērijas dažādu kustību un mijiedarbības formu mērs, matērijas kustības pārejas mērs no vienas formas uz citu, atkarībā no dažādām formām izšķir dažādas enerģijas formas. par matērijas kustību. Tādējādi atkarībā no izpausmes līmeņa var izšķirt šādus enerģijas veidus:
- makropasaules enerģija - ķermeņu gravitācijas vai pievilkšanās enerģija,
- ķermeņu mijiedarbības enerģija - mehāniskā,
- molekulārās mijiedarbības enerģija ir termiska,
- atomu mijiedarbības enerģija ir ķīmiska,
- starojuma enerģija - elektromagnētiskā,
- atomu kodolos esošā enerģija ir kodolenerģija.
Gravitācijas enerģija- ķermeņu (daļiņu) sistēmas enerģija to savstarpējās gravitācijas pievilkšanās dēļ. Sauszemes apstākļos tā, piemēram, ir enerģija, ko "uzglabā" ķermenis, kas pacelts noteiktā augstumā virs Zemes virsmas - gravitācijas enerģija. Tādējādi hidroelektrostaciju rezervuāros uzkrāto enerģiju var attiecināt uz gravitācijas enerģiju.
mehāniskā enerģija- izpaužas atsevišķu ķermeņu vai daļiņu mijiedarbībā, kustībā. Tas ietver ķermeņa kustības vai rotācijas enerģiju, deformācijas enerģiju lieces, stiepšanās, pagriešanas, saspiešanas laikā elastīgi ķermeņi(atsperes). Šo enerģiju visplašāk izmanto dažādās mašīnās – transporta un tehnoloģiskajās.
Siltumenerģija - nesakārtotas (haotiskas) kustības enerģija un vielu molekulu mijiedarbība. Siltumenerģija, ko visbiežāk iegūst, sadedzinot dažāda veida kurināmo, tiek plaši izmantota apkurei, veicot daudzus tehnoloģiskus procesus (karsēšanu, kausēšanu, žāvēšanu, iztvaicēšanu, destilāciju u.c.).
ķīmiskā enerģija- tā ir vielu atomos "uzkrātā" enerģija, kas izdalās vai uzsūcas ķīmisko reakciju laikā starp vielām. Ķīmiskā enerģija tiek izdalīta siltuma veidā eksotermiskas reakcijas(piemēram, kurināmā sadegšana) vai tiek pārveidots elektroenerģijā galvaniskajos elementos un akumulatoros. Šiem enerģijas avotiem raksturīga augsta efektivitāte (līdz 98%), bet zema jauda.
elektromagnētiskā enerģija ir enerģija, kas rodas elektrisko un magnētisko lauku mijiedarbības rezultātā. To iedala elektriskajā un magnētiskajā enerģijā. Elektriskā enerģija ir elektronu enerģija, kas pārvietojas pa elektrisko ķēdi (elektriskā strāva).
Elektromagnētiskā enerģija izpaužas arī elektromagnētisko viļņu veidā, tas ir, starojuma veidā, ieskaitot redzamo gaismu, infrasarkano staru, ultravioleto staru, rentgena un radio viļņus. Tādējādi viens no elektromagnētiskās enerģijas veidiem ir starojuma enerģija. Radiācija nes enerģiju elektromagnētisko viļņu enerģijas veidā. Kad starojums tiek absorbēts, tā enerģija tiek pārvērsta citos veidos, visbiežāk siltumā.
Kodolenerģija- enerģija, kas lokalizēta tā saukto radioaktīvo vielu atomu kodolos. Tas izdalās smago kodolu dalīšanās (kodolreakcija) vai vieglo kodolu sintēzes (termonukleārā reakcija) laikā.
Šī klasifikācija nedaudz neatbilst potenciālās un kinētiskās enerģijas jēdzieniem, kas mums zināmi no skolas laikiem. Mūsdienu fizika uzskata, ka kinētiskās un potenciālās enerģijas (kā arī izkliedes enerģijas) jēdzieni nav formas, bet enerģijas veidi:
Kinētiskā enerģija ir enerģija, kas ķermeņiem pieder to kustības rezultātā. Stingrāk sakot, kinētiskā enerģija ir atšķirība starp sistēmas kopējo enerģiju un tās miera enerģiju; tādējādi kinētiskā enerģija ir kustības radītās kopējās enerģijas daļa. Kad ķermenis nekustas, kinētiskā enerģija ir nulle.
Potenciālā enerģija- enerģija, kas rodas dažādu ķermeņu vai viena ķermeņa daļu mijiedarbības rezultātā. Potenciālo enerģiju vienmēr nosaka ķermeņa stāvoklis attiecībā pret kādu spēka avotu (spēka lauku).
Izkliedes enerģija(tas ir, izkliede) - sakārtotu procesu enerģijas daļas pāreja nesakārtotu procesu enerģijā un galu galā siltumā.
Fakts ir tāds, ka katrs no iepriekšminētajiem enerģijas veidiem var izpausties potenciālās un kinētiskās enerģijas veidā. Tas ir, enerģijas veidi ir jāinterpretē vispārinātā nozīmē, jo tie attiecas uz jebkuru kustības veidu un līdz ar to uz jebkuru enerģijas veidu. Piemēram, ir kinētiskā elektriskā enerģija, un tā nav tas pats, kas kinētiskā mehāniskā enerģija. Tā ir elektronu kustības kinētiskā enerģija, nevis ķermeņa mehāniskās kustības kinētiskā enerģija. Tāpat potenciālā elektriskā enerģija nav tas pats, kas potenciālā mehāniskā enerģija. BET ķīmiskā enerģija sastāv no elektronu kustības kinētiskās enerģijas un elektriskā enerģija to mijiedarbība savā starpā un ar atomu kodoliem.
Vispār, cik sapratu, gatavojot šo materiālu, vēl nav vispārpieņemtas enerģijas formu un veidu klasifikācijas. Tomēr, iespējams, mums tie nav pilnībā jāsaprot fiziski jēdzieni. Ir tikai svarīgi atcerēties, ka enerģija nav kāda reāla materiāla viela, bet tikai mērs, kas paredzēts, lai novērtētu noteiktu matērijas formu kustību vai vienas vielas formas pārveidošanu citā.
Spēka jēdziens ir nesaraujami saistīts ar enerģijas un darba jēdzienu.
Jauda- fizikāls lielums, kas vispārīgā gadījumā ir vienāds ar sistēmas enerģijas izmaiņu, pārveidošanas, pārneses vai patēriņa ātrumu. Šaurākā nozīmē jauda ir vienāda ar noteiktā laika periodā veiktā darba attiecību pret šo laika periodu.
Starptautiskajā vienību sistēmā (SI) jaudas mērvienība ir vats, kas vienāds ar vienu džoulu, kas dalīts ar sekundi.
Jauda raksturo ierīces spēju veikt darbu vai ražot enerģiju noteiktā laika periodā. Attiecības starp spēku, enerģiju un laiku izsaka ar šādu attiecību:
Kilovatstunda (atcerieties, ka tā ir enerģijas vienība) vienāds ar enerģijas daudzumu, ko patērē (saražo) ierīce ar viena kilovata jaudu (barošanas bloks) vienas stundas laikā (laika vienība).
Līdz ar to jau iepriekš minētā vienādība 1 kWh = 1000 W ⋅ 3600 s = 3,6 10 6 J = 3,6 MJ.
No trim šajā lapā aplūkotajām vienībām tieši jauda mūs interesē visvairāk, jo ar šo vērtību nāksies saskarties, apsverot un salīdzinot dažādus vēja vai hidroģeneratorus un saules paneļus. Šajos gadījumos jauda raksturo šo ierīču spēju ražot enerģiju. Un otrādi, norāde par spēku daudziem sadzīves elektroierīces raksturo šo ierīču enerģijas patēriņu. Ja vēlamies sniegt kādu komplektu mājsaimniecības ierīces enerģijas, mums ir jāsalīdzina šo ierīču kopējā patērētā jauda ar kopējo jaudu, ko varam saņemt no enerģijas ražotājiem.
Bet vairāk par jaudu runāsim nākamajos rakstos par konkrētiem enerģijas veidiem. Un sāksim ar elektrisko enerģiju, apsveriet, ar kādiem daudzumiem elektroenerģiju raksturo un kādās vienībās tā tiek mērīta.
« Fizika — 10. klase
Enerģijas nezūdamības likums ir dabas pamatlikums, kas ļauj aprakstīt lielāko daļu parādību, kas notiek.
Ķermeņu kustības apraksts iespējams arī ar tādu dinamikas jēdzienu palīdzību kā darbs un enerģija.
Atcerieties, kas fizikā ir darbs un spēks.
Vai šie jēdzieni sakrīt ar ikdienas priekšstatiem par tiem?
Visas mūsu ikdienas darbības ir saistītas ar to, ka ar muskuļu palīdzību mēs vai nu iedarbinām apkārtējos ķermeņus un uzturam šo kustību, vai arī apturam kustīgos ķermeņus.
Šie korpusi ir instrumenti (āmurs, pildspalva, zāģis), spēlēs - bumbiņas, ripas, šaha figūras. Ražošanā un lauksaimniecībā cilvēki iedarbina arī instrumentus.
Mašīnu izmantošana ievērojami palielina darba ražīgumu, jo tajās tiek izmantoti dzinēji.
Jebkura dzinēja mērķis ir iedarbināt ķermeņus un uzturēt šo kustību, neskatoties uz bremzēšanu gan ar parasto berzi, gan “darba” pretestību (griezējam ne tikai jāslīd pāri metālam, bet, ietriecoties tajā, jānoņem skaidas; arkls jāatbrīvo zeme utt.). Šajā gadījumā uz kustīgo ķermeni ir jāiedarbojas spēkam no dzinēja sāniem.
Darbs dabā vienmēr tiek veikts, kad spēks (vai vairāki spēki) no cita ķermeņa (citiem ķermeņiem) iedarbojas uz ķermeni tā kustības virzienā vai pret to.
Gravitācijas spēks darbojas, kad nokrīt lietus vai no klints nokrīt akmens. Tajā pašā laikā darbu veic pretestības spēks, kas iedarbojas uz krītošajiem pilieniem vai akmeni no gaisa puses. Elastīgais spēks darbojas arī tad, kad vēja saliekts koks iztaisnojas.
Darba definīcija.
Ņūtona otrais likums impulsīvā formā ∆=∆tļauj noteikt, kā mainās ķermeņa ātrums absolūtā vērtībā un virzienā, ja uz to iedarbojas spēks laikā Δt.
Ietekmi uz spēku ķermeņiem, kas izraisa to ātruma moduļa izmaiņas, raksturo vērtība, kas ir atkarīga gan no spēkiem, gan no ķermeņu pārvietojumiem. Šo daudzumu mehānikā sauc spēka darbs.
Modulo ātruma maiņa iespējama tikai tad, ja spēka F r projekcija uz ķermeņa kustības virzienu nav nulle. Tieši šī projekcija nosaka tā spēka darbību, kas maina ķermeņa ātrumu modulo. Viņa dara darbu. Tāpēc darbu var uzskatīt par spēka F r projekcijas reizinājumu ar pārvietojuma moduli |Δ| (5.1. att.):
А = F r |Δ|. (5.1)
Ja leņķi starp spēku un pārvietojumu apzīmē ar α, tad F r = Fcosα.
Tāpēc darbs ir vienāds ar:
A = |Δ|cosα. (5.2)
Mūsu ikdienas darba jēdziens atšķiras no darba definīcijas fizikā. Jūs turat smagu čemodānu, un jums šķiet, ka jūs darāt darbu. Tomēr no fizikas viedokļa jūsu darbs ir vienāds ar nulli.
Darbs pastāvīgs spēks ir vienāds ar spēka moduļu un spēka pielikšanas punkta nobīdes un starp tiem esošā leņķa kosinusa reizinājumu.
Vispār, pārvietojoties ciets ķermenis tās dažādo punktu pārvietojumi ir dažādi, bet, nosakot spēka darbu, mēs Δ izprast tā pielietojuma punkta kustību. Stingra ķermeņa translācijas kustībā visu tā punktu nobīde sakrīt ar spēka pielikšanas punkta nobīdi.
Darbs, atšķirībā no spēka un nobīdes, nav vektors, bet gan skalārs lielums. Tas var būt pozitīvs, negatīvs vai nulle.
Darba zīmi nosaka leņķa starp spēku un pārvietojumu kosinusa zīme. Ja α< 90°, то А >0 kopš kosinusa asi stūri pozitīvs. Ja α > 90°, darbs ir negatīvs, jo neaso leņķu kosinuss ir negatīvs. Pie α = 90° (spēks ir perpendikulārs pārvietojumam) darbs netiek veikts.
Ja uz ķermeni iedarbojas vairāki spēki, tad rezultējošā spēka projekcija uz pārvietojumu ir vienāda ar atsevišķo spēku projekciju summu:
F r = F 1r + F 2r + ... .
Tāpēc rezultējošā spēka darbam mēs iegūstam
A = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)
Ja uz ķermeni iedarbojas vairāki spēki, tad pilns darbs(visu spēku darba algebriskā summa) ir vienāda ar rezultējošā spēka darbu.
Ar spēku paveikto darbu var attēlot grafiski. Izskaidrosim to, attēlojot attēlā spēka projekcijas atkarību no ķermeņa koordinātas, kad tas pārvietojas pa taisnu līniju.
Ļaujiet ķermenim kustēties pa OX asi (5.2. att.), tad
Fcosα = F x , |Δ| = Δ x.
Par spēku darbu mēs saņemam
А = F|Δ|cosα = F x Δx.
Acīmredzot attēlā (5.3, a) iekrāsotā taisnstūra laukums ir skaitliski vienāds ar darbu, kas veikts, pārvietojot ķermeni no punkta ar koordinātu x1 uz punktu ar koordinātu x2.
Formula (5.1) ir derīga, ja spēka projekcija uz pārvietojumu ir nemainīga. Izliektas trajektorijas, nemainīga vai mainīga spēka gadījumā mēs sadalām trajektoriju mazos segmentos, kurus var uzskatīt par taisniem, un spēka projekciju pie neliela nobīdes Δ - pastāvīgs.
Pēc tam aprēķinot darbu, kas paveikts katrā pārvietojumā Δ
un tad, summējot šos darbus, nosakām spēka darbu uz galīgo nobīdi (5.3. att., b). Darba vienība.
Darba mērvienību var iestatīt, izmantojot pamatformulu (5.2). Ja, pārvietojot ķermeni uz garuma vienību, uz to iedarbojas spēks, kura modulis ir vienāds ar vienu un spēka virziens sakrīt ar tā pielikšanas punkta kustības virzienu (α = 0), tad darbs būs vienāds ar vienu. Starptautiskajā sistēmā (SI) darba vienība ir džouls (apzīmēts ar J):
1 J = 1 N 1 m = 1 N m.
Džouls ir darbs, ko veic ar 1 N spēku pie pārvietojuma 1, ja spēka un nobīdes virzieni sakrīt.
Bieži tiek izmantotas vairākas darba vienības - kilodžouls un megadžouls:
1 kJ = 1000 J,
1 MJ = 1 000 000 J.
Darbu var veikt gan ilgā laika periodā, gan ļoti mazā. Taču praksē nebūt nav vienalga, vai darbu var paveikt ātri vai lēni. Laiks, kurā tiek veikts darbs, nosaka jebkura dzinēja veiktspēju. Augsti lielisks darbs var izgatavot niecīgu elektromotoru, taču tas prasīs daudz laika. Tāpēc kopā ar darbu tiek ieviesta vērtība, kas raksturo ātrumu, ar kādu tas tiek ražots - jauda.
Jauda ir darba A attiecība pret laika intervālu Δt, kurā tiek veikts šis darbs, t.i., jauda ir darba ātrums:
Formulā (5.4) darba A vietā aizstājot tās izteiksmi (5.2), iegūstam
Tātad, ja ķermeņa spēks un ātrums ir nemainīgi, tad jauda ir vienāda ar spēka vektora moduļa reizinājumu ar ātruma vektora moduli un leņķa kosinusu starp šo vektoru virzieniem. Ja šie lielumi ir mainīgie, tad pēc formulas (5.4) varam noteikt vidējā jauda līdzīgi kā ķermeņa vidējā ātruma noteikšanai.
Jaudas jēdziens tiek ieviests, lai novērtētu darbu laika vienībā, ko veic kāds mehānisms (sūknis, celtnis, mašīnas motors utt.). Tāpēc formulās (5.4) un (5.5) vienmēr nozīmē vilces spēku.
SI jauda tiek izteikta kā vati (W).
Jauda ir 1 W, ja darbs, kas vienāds ar 1 J, tiek veikts 1 s.
Kopā ar vatu tiek izmantotas lielākas (vairākas) jaudas vienības:
1 kW (kilovats) = 1000 W,
1 MW (megavats) = 1 000 000 W.
Fizikā termins "darbs" ir saistīts ar spēka darbību un šīs darbības procesā iegūto ķermeņa pārvietošanos. Piemēram, iekrāvējs paceļ kravu līdz noteiktam augstumam. Iekrāvējs iedarbojas uz slodzi ar muskuļu piepūles palīdzību, un slodze kustas. Bumba gravitācijas ietekmē nokrīt zemē. Smaguma spēks iedarbojas uz bumbu un bumba kustas. Visos šajos gadījumos tiek veikts mehānisks darbs.
Mehāniskais darbs ir fizisks lielums, kas ir tieši proporcionāls ķermenim pieliktajam spēkam un ķermeņa noietajam ceļam. Stingrāka darba definīcija ir šāda.
Spēka darbs ir fizisks lielums, kas vienāds ar spēka moduļa un ķermeņa nobīdes spēka virzienā lieluma reizinājumu.
Atcerieties, ka spēku mēra ņūtonos un attālumu mēra metros. Tāpēc darba vienība ir ņūtons reizes metrs. Tomēr darbs fizikā ir tik svarīgs lielums, ka tam ir sava mērvienība. Tas ir nosaukts angļu fiziķa Džeimsa Džoula vārdā un tiek saukts par džoulu (J).
Tātad, ja 1 ņūtona spēka iedarbībā ķermenis pārvietojās 1 metru, tad šī spēka veiktais darbs ir 1 džouls.
Darba veikšanai nepieciešamie nosacījumi
Darba veikšanai nepieciešams ne tikai, lai uz ķermeni iedarbotos spēks, bet arī lai ķermenis kustas (1. att.).
Rīsi. 1. Darbs tiek veikts tikai tad, kad kustas ķermenis, uz kuru iedarbojas spēks
Spēks, kas iedarbojas uz ķermeni, var darboties vai nedarboties. Ja, piemēram, mēģināt pārvietot smagu skapi, tad spēks, ar kādu iedarbojas uz skapi, nedarbojas, jo skapja pārvietojums ir nulle (2. att.).
Rīsi. 2. Spēks iedarbojas, bet ķermenis nekustas. Šajā gadījumā darbs ir nulle.
Ja astronauts, piemēram, kosmosā atgrūž objektu no sevis un objekts attālinās no viņa, tad, lai gan objekts kustas, astronauts pēc grūdiena darbu neveic, jo spēks, ar kādu viņš iedarbojas uz objektu ir nulle. Objekts kustas pēc inerces (3. att.).
Rīsi. 3. Ķermenis kustas pēc grūdiena, bet darbs netiek veikts, jo astronauts neiedarbojas uz ķermeni ar spēku
Pa šo ceļu, Lai darbs tiktu veikts, uz ķermeni jāiedarbojas spēkam un ķermenim jākustas.
Kādi darbi tiek veikti, ja granīta plāksne ar tilpumu 2 m 3 tiek pacelta 12 m augstumā?
Vispirms pierakstīsim problēmas stāvokli. Tā kā darbs tiks veikts pret smaguma spēku, ko nosaka ķermeņa masa, un plātnes tilpums ir dots stāvoklī, tad risinājumam ir jāzina granīta blīvums (4. att. ).
Rīsi. četri. Īss stāvoklis uzdevumus
Lai atrastu darbu, ir jāreizina spēks, kas tiek pielikts ķermenim, lai to paceltu pa ķermeņa noieto ceļu. Ķermeņa noietais ceļš ir augstums, līdz kuram tas tika pacelts.
Kad ķermenis tiek pacelts vienmērīgi, tam pieliktais spēks ir vienāds ar gravitācijas spēku.
Lai noteiktu ķermeņa masu, reiziniet tā tilpumu ar granīta blīvumu.
Pēc divām aizstāšanām mēs iegūstam darba formulu darba aprēķināšanai.
Analizēsim rezultāta dimensiju.
Tagad jūs varat aizstāt skaitliskos datus galīgajā formulā.
Galīgo atbildi ir ērti uzrādīt kilodžoulos.
Atbilde: Plātnes pacelšanas darbs ir 624 kJ.
Rīsi. 5. Pilnīgs problēmas risinājums
Pievērsīsim uzmanību tam, ka darba kā fiziska lieluma definīcijā ir vārdi " spēka moduļa un ķermeņa pārvietojuma lieluma reizinājums spēka virzienā. Bet galu galā uz ķermeni var iedarboties spēks, kas vērsts virzienā, kas ir pretējs ķermeņa kustības virzienam. Piemēram, berzes spēks. Šajā gadījumā spēka veiktais darbs būs negatīvs. Turklāt spēks var būt perpendikulārs ķermeņa kustības virzienam. Piemēram, ja bumba ripo pa horizontālu virsmu, gravitācija ir perpendikulāra bumbiņas kustības virzienam. Šajā gadījumā lode nepārvietojas spēka virzienā un darbs ir nulle (6. att.).
Rīsi. 6. Darbs var būt pozitīvs, negatīvs un nulle
Tātad mehāniskais darbs ir fizisks lielums, kas raksturo spēka darbību. To mēra džoulos. Jāatceras, ka, lai mehāniskais darbs tiktu veikts spēka iedarbībā, ķermenim ir jāiet kāds ceļš.
Bibliogrāfija
1. Peryshkin A.V. Fizika. 7 šūnas - 14. izd., stereotips. - M.: Bustards, 2010.
2. Peryshkin A.V. Fizikas uzdevumu krājums, 7.-9.klase: 5.izd., stereotips. - M: Eksāmenu izdevniecība, 2010. gads.
3. Lukašiks V.I., Ivanova E.V. Uzdevumu krājums fizikā izglītības iestāžu 7.-9.klasei. - 17. izd. - M.: Izglītība, 2004.
1. Vietne "Vienota digitālo izglītības resursu kolekcija" ()
2. Vietne "Vienota digitālo izglītības resursu kolekcija" ()
Mājasdarbs
1. Lukašiks V.I., Ivanova E.V. Fizikas uzdevumu krājums 7.-9.klasei. Nr.666-669, 678, 686.