Механическая работа

Таким образом, получая выигрыш в силе в 2 раза, проигрывают в 2 раза в пути, следовательно, и подвижный блок, на дает выигрыша в работе. В электрических двигателях КПД – отношение совершаемой (полезной) механической работы к электрической энергии, получаемой от источника.

В физике понятие работа несколько иное. Это определенная физическая величина, а значит, ее можно измерить. В физике изучается прежде всего механическая работа. Поезд движется под действием силы тяги электровоза, при этом совершается механическая работа. Желая передвинуть шкаф, мы с силой на него надавливаем, но если он при этом в движение не приходит, то механической работы мы не совершаем. Можно представить себе случай, когда тело движется без участия сил (по инерции), в этом случае механическая работа также не совершается.

Нетрудно понять, что чем большая сила действует на тело и чем длиннее путь, который проходит тело под действием этой силы, тем большая совершается работа.

Механическая работа

Если же движение тела происходит в направлении, противоположном направлению приложенной силы, например, силы трения скольжения, то данная сила совершает отрицательную работу. В дальнейшем, говоря о механической работе, мы будем кратко называть ее одним словом — работа. На совершение одной и той же работы различным двигателям требуется разное время. Например, подъемный кран на стройке за несколько минут поднимает на верхний этаж здания сотни кирпичей.

Быстроту выполнения работы характеризуют особой величиной, называемой мощностью. Мощность равна отношению работы ко времени, за которое она была совершена. На каждом двигателе имеется табличка (паспорт двигателя), на которой указаны некоторые данные о двигателе, в том числе и его мощность.

Мощность: определение и формула

Чтобы вычислить работу, необходимо мощность умножить на время, в течение которого совершалась эта работа. Обе силы F1 и F2, действующие на рычаг, направлены в одну сторону. На принципе рычага основано действие и рычажных весов (рис.).

Рычаги встречаются также в разных частях тела животных и человека. Уравновесив на рычаге две какие-нибудь разные по модулю силы F1 и F2 (рис.), приводим рычаг в движение. Произведение силы F на путь s есть работа. На практике совершенная с помощью механизма полная работа всегда несколько больше полезной работы. Часть работы совершается против силы трения в механизме и по перемещению его отдельных частей.

Но «золотое правило» выполняется и в этом случае. Часть полезной работы — 20% ее-расходуется на преодоление трения в оси рычага и сопротивления воздуха, а также на движение самого рычага. На заводах и фабриках, станки и машины приводятся в движения с помощью электродвигателей, которые расходуют при этом электрическую энергию (отсюда и название).

При этом совершается работа. При совершении работы энергия тел изменяется. Совершенная работа равна изменению энергии. Огромной потенциальной энергией обладает вода в реках, удерживаемая плотинами.

Разные задачи на работу

Кинетическую энергию тел используют в технике. Все тела в природе относительно условного нулевого значения обладают либо потенциальной, либо кинетической энергией, а иногда той и другой вместе. Например, летящий самолет обладает относительно Земли и кинетической и потенциальной энергией. Иные виды энергии (электрическая, внутренняя и др.) будут рассмотрены в других разделах курса физики. Явление превращения одного вида механической энергии в другой очень удобно наблюдать на приборе, изображенном на рисунке.

Коэффициент полезного действия

Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью. При вычислении кинетической энергии не имеет значения куда движется автомобиль, так как энергия, как и работа, величина скалярная. Например, движущееся тело обладает кинетической энергией, т.е. энергией движения, и способно совершать работу по деформации тел или придания ускорения телам, с которыми произойдёт столкновение.

Теорема о кинетической энергии справедлива и в общем случае, когда тело движется под действием изменяющейся силы, направление которой не совпадает с направлением перемещения. Если тело обладает потенциальной энергией, значит оно способно совершить работу при падении этого тела с высоты h до нулевого уровня. Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией.

Кинетическая энергия

Коэффициент полезного действия (КПД) – характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Соответственно этому КПД выражается в долях затрачиваемой энергии, то есть в виде правильной дроби или в процентах, и является безразмерной величиной.

Задачу, в которой нужно найти КПД или он известен, надо начать с логического рассуждения – какая работа является полезной, а какая затраченной. Если механическая энергия не переходит в другие формы, например, во внутреннюю (тепловую) энергию, то сумма кинетической и потенциальной энергии остаётся неизменной. Это утверждение выражает закон сохранения энергии (ЗСЭ) в механических процессах.

Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой силами упругости и тяготения. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание). Работу можно найти по формуле: A = FS∙cosα. Найдите силу, совершающую работу, и величину перемещения тела под действием этой силы в выбранной системе отсчёта.

Если тело массой m движется со скоростью v, то для его остановки необходимо совершить работу равную его первоначальной кинетической энергии. Например, при падении воды с плотины ее потенциальная энергия превращается в кинетическую. Полезная и затраченная работа (мощность) всегда определяются путем простых логических рассуждений.

Сегодня популярно: