uabooks.top » Фізика » Механічна робота. Потужність
Інформація про новину
  • Переглядів: 1032
  • Дата: 22-02-2019, 19:58
22-02-2019, 19:58

Механічна робота. Потужність

Категорія: Фізика




Робота сили. Якщо на тіло діє постійна сила F і тіло здійснює в напрямку дії сили переміщення s , то кажуть, що сила виконує роботу.

Механічною роботою, або роботою сили А, називають фізичну величину, що характеризує дію сили протягом певного переміщення і яка визначається скалярним добутком сили F і переміщення

Якщо на тіло діє постійна сила під кутом до переміщення, тоді роботу виконує тільки складова сили, напрямлена вздовж переміщення і A = Fs cos α, де α — кут між векторами сили F і переміщення s.

Робота — величина скалярна. Одиниця роботи — джоуль: 1 Дж = 1 Н · м.

Графічний метод обчислення роботи сили.

Нехай на тіло діє постійна за величиною і напрямком сила, під дією якої воно переміщується на відстань s. Тоді, відклавши у вибраному масштабі по осі ординат значення сили F, а по осі абсцис — переміщення, з’ясовуємо, що робота у вибраному масштабі дорівнює площі прямокутника, обмеженого віссю абсцис і графіком сили (мал. 102, а).

Якщо сила, що діє на тіло, змінюється, то для обчислення роботи цієї сили переміщення розбивають на елементарні ділянки, у межах яких силу можна вважати постійною величиною. Визначивши роботу на кожному елементарному переміщенні (мал. 102, б) й обчисливши алгебраїчну суму цих робіт, отримаємо значення повної роботи змінної сили, яка дорівнює площі фігури, обмеженої віссю абсцис і графіком сили (мал. 102, б).

У випадку, коли сила змінюється в будь-який момент часу на одну й ту саму величину, тобто сила пропорційна переміщенню, F = ks (наприклад, сила пружності), то значення роботи чисельно дорівнює площі трикутника,

утвореного віссю абсцис і графіком сили (мал. 102, в; с. 101), тобто

Потужність. Швидкість виконання роботи характеризується такою величиною, як потужність.

Потужність, N — скалярна фізична величина, яка характеризує швидкість перетворення енергії з одного виду в інший (іншими словами — швидкість виконання роботи). Дорівнює роботі А, виконаній за одиницю часу t:

Одиницею потужності є ват:

(Потужність раніше вимірю

вали кінськими силами, 1 к. с. = 735 Вт.)

Розглянута формула описує середню потужність. Якщо зменшувати інтервал часу, протягом якого виконується робота, можна визначити

миттєву потужність.

Миттєва потужність дорівнює відношенню роботи до інтервалу часу

протягом якого вона виконується, за умови, що

Перетворимо останній вираз. Оскільки

отже, миттєва потужність визначається добутком проекції сили, що діє на тіло, і швидкістю, напрямленою в напрямку переміщення: N = vxFx .

Ця закономірність практично виявляє себе під час руху транспортних засобів. За рівномірного руху транспорту двигун виконує роботу проти сил опору. І від того, наскільки великою є ця сила, залежить швидкість руху.

Дійсно,

тобто швидкість транспортного засобу під час рівномірного

руху пропорційна потужності й обернено пропорційна силі опору.

Для довільного змінного руху тіла можна також визначити середню потужність N через середню швидкість v :

сер сер

Коефіцієнт корисної дії. Кожний вид енергії може перетворюватися повністю в довільний інший вид енергії. Однак у всіх реальних енергетичних

машинах, крім перетворень енергії, для яких використовуються ці машини, відбуваються перетворення енергії, які називають втратами енергії. Що менше втрачається енергії, то досконалішою є машина. Ступінь досконалості машини характеризується коефіцієнтом корисної дії (ККД).

ККД η визначається відношенням корисної роботи до затраченої (або відношенням відповідних потужностей):

У СІ η визначається в частках одиниці, а поза СІ — у відсотках. Коефіцієнт корисної дії завжди менший від одиниці. Знаючи ККД певного двигуна чи машини, можна обчислити виконану корисну роботу:

ЗНАЮ, вмію, розумію

1. Яку роботу називають механічною? Яка формула виражає її зміст?У яких випадках про силу можна сказати, що вона виконує роботу?

2. Коли сила виконує додатну роботу, а коли — від’ємну? За якої умови сила, прикладена до рухомого тіла, не виконує роботу?

3. Автомобіль рухається по рівній дорозі. Чи здійснює роботу сила тяжіння, що діє на автомобіль?

4. Тіло кинуто вертикально вгору. Укажіть, додатну чи від’ємну роботу виконує сила тяжіння: а) під час підняття тіла; б) під час його падіння.

5. Від чого залежить робота сили тертя? Чи може робота сили тертя дорівнювати нулю?

6. Що називається потужністю? Як її обчислити?

7. Що показує коефіцієнт корисної дії?

Приклади розв'язування задач

Задача 1. Двоє людей пересувають рівномірно по підлозі ящик, при цьому одна людина штовхає його із силою 300 Н під кутом 30° до підлоги, а інша — тягне його з такою самою силою за мотузку, що утворює з підлогою кут 45°. Яку роботу виконали люди, рівномірно пересунувши ящик на відстань 20 м?

ВПРАВА 15

1. Сплавник, пересуваючи багром пліт, прикладає до багра силу 200 Н. Яку роботу виконує сплавник, переміщаючи пліт на відстань 10 м, якщо кут між напрямком сили і напрямком переміщення становить 45°?

2. На яку відстань було переміщено санки, якщо до мотузки санок прикладено силу 23 Н під кутом 30° до напрямку руху й виконано роботу 1,2 кДж?

3. Яку роботу треба виконати, щоб по похилій площині з кутом нахилу 30° підняти вантаж масою 400 кг на висоту 2 м з коефіцієнтом тертя 0,3? Який при цьому ККД?

4. Мотоблок під час оранки, рухаючись зі швидкістю

розвиває корисну потуж

ність 40 кВт. Яку силу опору долає мотоблок?

5. По горизонтальній дорозі починають везти санки з вантажем за мотузку, що утворює з горизонтом кут 30°, прикладаючи зусилля 450 Н. Визначте роботу за 10 с

руху, якщо відомо, що за 20 с руху санки набувають швидкості

6. Віконну штору масою 1 кг і завдовжки 2 м, відкриваючи вікно, скручують у тонкий валик біля верхньої частини вікна. Яку при цьому виконують роботу?

7. Із шахти завглибшки 200 м піднімають тягар масою 500 кг на канаті, кожен метр якого має масу 1,5 кг. Яка робота виконується за час піднімання тягаря? Який ККД установки?

8. Вантаж масою m піднімають на висоту h. Чи залежить при цьому робота, яку виконує піднімальний механізм, від швидкості піднімання?

 

Це матеріал з підручника Фізика і астрономія за 10 клас Засєкіна (профільний рівень)

 




^