Механическая работа и мощность энергия закон сохранения энергии

1.3. Законы сохранения импульса и энергии

Механическая работа

где F (Н) – модуль силы, s (м) – модуль перемещения, а – угол между направлением силы и перемещением.

Единица измерения работы – джоуль. 1 Дж= 1 Н м.

Условия совершения механической работы (отличной от нуля):

• На тело действует сила.

• Под действием этой силы тело перемещается.

• угол не равен 90°

Геометрический смысл механической работы. Работа численно равна площади фигуры под графиком в осях (F, х). Задачи с таким графиком на ЕГЭ встречаются редко.

Работа силы тяжести:

Работа силы упругости:

Механическая энергия. Ее виды

Если тело может совершить механическую работу, то оно обладает механической энергией Е (Дж). Либо, если внешняя сила совершает работу, воздействуя на тело, его энергия изменяется.

Сучествует два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная.

Кинетическая энергия – энергия движущихся тел:

где v (м/с) – модуль скорости, m – масса тела.

Потенциальная энергия – энергия взаимодействующих тел

Примеры потенциальной энергии в механике.

Тело поднято над землей: Е = mgh

где h – высота, определяемая от нулевого уровня (или от нижней точки траектории). Форма траектории не важна, имеет значения только начальна и конечная высота.

Упруго деформированное тело. Деформация, определяемая от положения недеформированного тела (пружины, шнура и т.п.).

Мощность – физическая величина, показывающая, какую работу совершает тело за единицу времени (обычно за секунду). Или какую энергию вырабатывает тело за единицу времени.

Обозначение: N (в механике) или Р (в других разделах)

Коэффициент полезного действия (КПД) равен отношению полезной работы к затраченной на ее производство энергии . Выражается в процентах.

Работа и изменение кинетической энергии (теорема о кинетической энергии). Вывод формулы из определения механической работы.

Механическая работа и мощность силы

«Физика — 10 класс»

Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы, позволяющий описывать большинство происходящих явлений.

Описание движения тел также возможно с помощью таких понятий динамики, как работа и энергия.

Вспомните, что такое работа и мощность в физике.

Совпадают ли эти понятия с бытовыми представлениями о них?

Все наши ежедневные действия сводятся к тому, что мы с помощью мышц либо приводим в движение окружающие тела и поддерживаем это движение, либо же останавливаем движущиеся тела.

Этими телами являются орудия труда (молоток, ручка, пила), в играх — мячи, шайбы, шахматные фигуры. На производстве и в сельском хозяйстве люди также приводят в движение орудия труда.

Применение машин во много раз увеличивает производительность труда благодаря использованию в них двигателей.

Назначение любого двигателя в том, чтобы приводить тела в движение и поддерживать это движение, несмотря на торможение как обычным трением, так и «рабочим» сопротивлением (резец должен не просто скользить по металлу, а, врезаясь в него, снимать стружку; плуг должен взрыхлять землю и т. д.). При этом на движущееся тело должна действовать со стороны двигателя сила.

Работа совершается в природе всегда, когда на какое-либо тело в направлении его движения или против него действует сила (или несколько сил) со стороны другого тела (других тел).

Сила тяготения совершает работу при падении капель дождя или камня с обрыва. Одновременно совершает работу и сила сопротивления, действующая на падающие капли или на камень со стороны воздуха. Совершает работу и сила упругости, когда распрямляется согнутое ветром дерево.

Второй закон Ньютона в импульсной форме Δ = Δt позволяет определить, как меняется скорость тела по модулю и направлению, если на него в течение времени Δt действует сила .

Воздействия на тела сил, приводящих к изменению модуля их скорости, характеризуются величиной, зависящей как от сил, так и от перемещений тел. Эту величину в механике и называют работой силы.

Изменение скорости по модулю возможно лишь в том случае, когда проекция силы Fr на направление перемещения тела отлична от нуля. Именно эта проекция определяет действие силы, изменяющей скорость тела по модулю. Она совершает работу. Поэтому работу можно рассматривать как произведение проекции силы Fr на модуль перемещения | (рис. 5.1):

А = Fr|. (5.1)

Если угол между силой и перемещением обозначить через α, то Fr = Fcosα.

Следовательно, работа равна:

А = |Δ|cosα. (5.2)

Наше бытовое представление о работе отличается от определения работы в физике. Вы держите тяжёлый чемодан, и вам кажется, что вы совершаете работу. Однако с точки зрения изики ваша работа равна нулю.

Работа постоянной силы равна произведению модулей силы и перемещения точки приложения силы и косинуса угла между ними.

В общем случае при движении твёрдого тела перемещения его разных точек различны, но при определении работы силы мы под Δ понимаем перемещение её точки приложения. При поступательном движении твёрдого тела перемещение всех его точек совпадает с перемещением точки приложения силы.

Работа, в отличие от силы и перемещения, является не векторной, а скалярной величиной. Она может быть положительной, отрицательной или равной нулю.

Знак работы определяется знаком косинуса угла между силой и перемещением. Если α 0, так как косинус острых углов положителен. При α > 90° работа отрицательна, так как косинус тупых углов отрицателен. При α = 90° (сила перпендикулярна перемещению) работа не совершается.

Если на тело действует несколько сил, то проекция равнодействующей силы на перемещение равна сумме проекций отдельных сил:

Поэтому для работы равнодействующей силы получаем

А = F1r| + F2r| + . = А1 + А2 + . . (5.3)

Если на тело действует несколько сил, то полная работа (алгебраическая сумма работ всех сил) равна работе равнодействующей силы.

Совершённую силой работу можно представить графически. Поясним это, изобразив на рисунке зависимость проекции силы от координаты тела при его движении по прямой.

Пусть тело движется вдоль оси ОХ (рис. 5.2), тогда

Fcosα = Fx, |Δ| = Δх.

Для работы силы получаем

А = F|Δ|cosα = FxΔx.

Очевидно, что площадь прямоугольника, заштрихованного на рисунке (5.3, а), численно равна работе при перемещении тела из точки с координатой х1 в точку с координатой х2.

Формула (5.1) справедлива в том случае, когда проекция силы на перемещение постоянна. В случае криволинейной траектории, постоянной или переменной силы мы разделяем траекторию на малые отрезки, которые можно считать прямолинейными, а проекцию силы на малом перемещении Δ — постоянной.

Тогда, вычисляя работу на каждом перемещении Δ а затем суммируя эти работы, мы определяем работу силы на конечном перемещении (рис. 5.3, б).

Единицу работы можно установить с помощью основной формулы (5.2). Если при перемещении тела на единицу длины на него действует сила, модуль которой равен единице, и направление силы совпадает с направлением перемещения её точки приложения (α = 0), то и работа будет равна единице. В Международной системе (СИ) единицей работы является джоуль (обозначается Дж):

1 Дж = 1 Н • 1 м = 1 Н • м.

Джоуль — это работа, совершаемая силой 1 Н на перемещении 1 если направления силы и перемещения совпадают.

Часто используют кратные единицы работы — килоджоуль и мега джоуль:

1 кДж = 1000 Дж,
1 МДж = 1000000 Дж.

Мощность.

Работа может быть совершена как за большой промежуток времени, так и за очень малый. На практике, однако, далеко не безразлично, быстро или медленно может быть совершена работа. Временем, в течение которого совершается работа, определяют производительность любого двигателя. Очень большую работу может совершить и крошечный электромоторчик, но для этого понадобится много времени. Потому наряду с работой вводят величину, характеризующую быстроту, с которой она производится, — мощность.

Мощность — это отношение работы А к интервалу времени Δt, за который эта работа совершена, т. е. мощность — это скорость совершения работы:

Подставляя в формулу (5.4) вместо работы А её выражение (5.2), получаем

Таким образом, если сила и скорость тела постоянны, то мощность равна произведению модуля вектора силы на модуль вектора скорости и на косинус угла между направлениями этих векторов. Если же эти величины переменные, то по формуле (5.4) можно определить среднюю мощность подобно определению средней скорости движения тела.

Понятие мощности вводится для оценки работы за единицу времени, совершаемой каким-либо механизмом (насосом, подъёмным краном, мотором машины и т. д.). Поэтому в формулах (5.4) и (5.5) под всегда подразумевается сила тяги.

В СИ мощность выражается в ваттах (Вт).

Мощность равна 1 Вт, если работа, равная 1 Дж, совершается за 1 с.

Наряду с ваттом используются более крупные (кратные) единицы мощности:

1 кВт (киловатт) = 1000 Вт,
1 МВт (мегаватт) = 1 000 000 Вт.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Законы сохранения в механике — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Законы сохранения в механике. Механическая работа, мощность, энергия, закон сохранения импульса, закон сохранения энергии, равновесие твердых тел

Законы сохранения в механике. Механическая работа, мощность, энергия, закон
сохранения импульса, закон сохранения энергии, равновесие твердых тел

  • Второй закон Ньютона в импульсной форме: изменение импульса тела равно импульсу силы:
    • Механическая работа, мощность:

    • Механическая работа постоянной силы F на перемещении s:
      • Работа силы тяжести:
        • Работа силы упругости:
          • Мощность — это работа, совершаемая в единицу времени:
            • Энергия — это физическая величина, характеризующая способность тела совершать работу:
              • Кинетическая энергия — это энергия движущегося тела:
                • Теорема об изменении кинетической энергии: Изменение кинетической энергии тела за некоторый промежуток времени равно работе, совершенной за это же время силой, действующей на тело:
                  • A=ΔEK
                  • Потенциальная энергия: это энергия взаимодействия тел или частей одного и того же тела:
                    • Потенциальная энергия тела на высоте h над землей:
                      • Потенциальная энергия упруго деформированного тела:

                        Закон сохранения импульса:

                      • Закон сохранения импульса: Независимо от природы сил взаимодействия полный импульс тел, составляющих замкнутую систему, является постоянным:
                      • Закон сохранения энергии:

                      • Закон сохранения энергии: в замкнутой системе, в которой действуют только консервативные силы, механическая энергия сохраняется:
                      • Равновесие твердых тел:

                      • Плечо силы d — это кратчайшее расстояние от оси вращения до прямой, на которой лежит вектор силы F
                      • Момент силы F относительно оси вращения:
                          • Первое условие равновесия: Если твердое тело находится в равновесии, то геометрическая сумма внешних сил, приложенных к нему, равна нулю:
                            • Второе условие равновесия: При равновесии твердого тела сумма моментов всех внешних сил, приложенных к нему, равна нулю:
                              • Консультации и техническая
                                поддержка сайта: Zavarka Team

                                Механическая работа и мощность энергия закон сохранения энергии

                                ЗАДАЧИ на механическую работу с решениями

                                Механическая работа, мощность и КПД механизма

                                1. Механическая работа (или работа силы над телом) – физическая величина, равная по модулю произведению силы на путь, пройденный телом вдоль направления этой силы. Если вектор силы перпендикулярен направлению движения тела, то совершаемая этой силой работа равна нулю; если вектор силы сонаправлен с направлением движения тела, то работу силы считают положительной; если вектор силы противоположен направлению движения тела, то работу силы считают отрицательной.

                                • В случае, когда точка приложения силы перемещается в направлении действия силы, механическая работа А равна произведению модуля F силы на путь s, пройденный точкой приложения силы: А = Fs .
                                • Единица работы в СИ 1 Джоуль (Дж) = 1 Нм.
                                • «Золотое правило» механики с использованием понятия работы: никакой простой механизм не дает выигрыша в работе .
                                • Таблица «Механическая работа, мощность и КПД»

                                  2. Коэффициент полезного действия (КПД) – физическая величина, равная отношению полезной работы к полной совершённой работе. КПД показывает долю полезной работы от полной и, как и все доли, всегда имеет положительный знак и не имеет «своей» единицы для измерения. Значение КПД обычно выражают в процентах, которое нужно переводить в десятичную дробь для дальнейших вычислений.

                                • Коэффициентом полезного действия (КПД) механизма называют отношение полезной работы Аполк совершенной Асов, выраженное в процентах: η = Аполсов · 100% .
                                • КПД любого реального механизма меньше 100 % (из-за трения и из-за того, что сами механизмы и их части имеют некоторую массу).
                                • 3. Мощность действия – физическая величина, равная отношению механической работы ко времени, за которое она была совершена. Мощность характеризует быстроту (скорость) совершения работы. Мощность принято вычислять только для тех действий, в которых механическая работа положительна.

                                • Мощностью N называют отношение совершенной работы А к промежутку времени t, за который эта работа совершена: N = A/t
                                • Единица мощности в СИ 1 ватт (Вт) = 1 Дж/с.
                                • Мощность можно выразить через силу и скорость с помощью формулы N = Fv .
                                • Схема «Механическая работа. Мощность»

                                  Конспект урока «Механическая работа и энергия».

                                  Работа, мощность, энергия

                                  СОДЕРЖАНИЕ

                                  Работа, мощность, энергия

                                  Работой (A) в физике называется величина, равная произведению силы на перемещение по направлению действия силы. Если сила не совпадает по направлению с перемещением, то работа равна

                                  Работа при повороте на угол φ во вращательном движении при постоянном моменте силы M равна

                                  Мощностью (N) называется величина, равная работе, совершаемой в единицу времени:

                                  Мощность вращающегося тела равна

                                  Физическая величина, определяющая способность тел совершать работу, называется энергией. Различают два вида механической энергии: энергию движения, или, иначе, кинетическую энергия (Eк), зависящую от относительной скорости тел, и энергию положения, или, иначе, потенциальную энергию (Eп), зависящую от расположения тел. Полной механической энергией системы называется сумма кинетических и потенциальных энергий всех тел, входящих в эту систему. Силы, работа которых не зависит от формы пути, называются консервативными (например, силы тяжести); силы трения не являются консервативными.

                                  Если на тела системы, кроме внутренних консервативных сил, действуют внешние силы, то полная энергия системы изменяется.

                                  Обозначая начальную и конечную энергию системы через E1 и E2 получаем

                                  Изменение полной энергии тел, между которыми действуют консервативные силы, равно работе внешних сил, которые действуют на тела системы. В замкнутой системе тел (т.е. когда внешние силы отсутствуют и их работа A=0) полная энергия системы остается постоянной. Это один из основных законов механики – закон сохранения энергии. Наличие в замкнутой системе неконсервативных сил (например, сил трения) приводит к уменьшению механической энергии. В этом случае механическая энергия переходит в другие виды энергии.

                                  Кинетическая энергия тела равна

                                  Кинетическая энергия вращающегося тела равна

                                  Потенциальная энергия тела в поле тяготения Земли равна

                                  Смотрите еще:

                                  • Субсидия на оплату квартиру Как получить субсидии на оплату коммунальных услуг (квартплату)? Субсидии на оплату коммунальных услуг предоставляются определенным категориям граждан в соответствии с жилищным законодательством РФ. Чтобы узнать подробности о процедуре […]
                                  • Как красиво оформить детский альбом В гостях у Мэри Поппинс Онлайн-журнал для родителей об обучении, воспитании и развитии детей. Как оформить первый альбом малыша: идеи и советы С появлением малыша в доме появляется множество детских фотографий, ведь родителям хочется […]
                                  • Разрешение на застройку участка это Зачем нужно разрешение на строительство? Анна Мазухина, Эксперт Службы Правового консалтинга компании "Гарант" Любой владелец участка – и не важно, каким образом тот ему достался и какое имеет назначение – рано или поздно планирует […]
                                  • Поможем выселить квартирантов Группа компаний "Профи Сервис" Комментарии, разъяснения и рекомендации от экспертов ГК "Профи Сервис" Общее собрание собственников. Что оно может? Представитель собственников: оценка по достоинству Другая полезная информация По […]
                                  • Как установить разрешение 1024х768 Как изменить разрешение экрана в Windows Здравствуйте, Друзья! Сегодня разберемся как изменить разрешение экрана в Windows. Делается это просто. На пустом месте рабочего стола нажимаем правой кнопкой мышки и выбираем «Разрешение […]
                                  • Заявление на выплаты декретных Пособия по беременности и родам в 2018 году (декретные выплаты) Право на пособие имеют следующие категории женщин: работающие, застрахованные по обязательному социальному страхованию на случай временной нетрудоспособности и в связи с […]
                                  • Дополнительные региональные пособия при рождении ребенка московская область Федеральные выплаты на ребенка в Московской области Полезно помнить, что статья описывает наиболее частые ситуации и не учитывает многие тонкости и нюансы. Для решения именно вашей проблемы получите юридическую консультацию через форму […]
                                  • Правило синусов косинусов тангенсов Синус, косинус, тангенс, котангенс острого угла. Тригонометрические функции. Синус острого угла α прямоугольного треугольника – это отношение противолежащего катета к гипотенузе. Обозначается так: sin α. Косинус острого угла α […]