Enerji bulma formülü. Enerji: potansiyel ve kinetik enerji. Toplam mekanik enerji korunumu yasası

Hareketin türüne bağlı olarak enerji farklı biçimler alır: kinetik, potansiyel, dahili, elektromanyetik vb. Ancak, dinamik ve kinematikteki çoğu problemde kinetik ve potansiyel enerjiler dikkate alınır. Bu iki niceliğin toplamı, bu tür birçok problemde bulunması gereken toplam enerjidir.

Yukarıda belirtildiği gibi toplam enerjiyi bulmak için önce hem kinetik hem de potansiyel enerjileri ayrı ayrı hesaplamak gerekir. Kinetik enerji, sistemin mekanik hareketinin enerjisidir. Bu durumda, hareket hızı temel bir değerdir ve ne kadar büyükse, vücudun kinetik enerjisi de o kadar büyük olur. Kinetik enerjiyi hesaplamak için aşağıda belirtilmiştir: E = mv ^ 2/2, burada m bir cisimdir, kg, v hareketli bir cisimdir, m / s Bu formülden, kinetik enerjinin değerinin bağlı olduğu sonucuna varabiliriz. sadece hızda değil, aynı zamanda kütleden de. Aynı hızda daha büyük kütleye sahip bir yükün daha fazla enerjisi vardır.

Potansiyel enerjiye dinlenme enerjisi de denir. Bu, kuvvetlerinin etkileşimi ile karakterize edilen birkaç cismin mekanik enerjisidir. Potansiyel enerji miktarı vücudun kütlesine göre bulunur, ancak önceki durumdan farklı olarak hiçbir yerde hareket etmez, yani hızı sıfırdır. En yaygın durum, vücudun dinlenme sırasında Dünya yüzeyinin üzerinde asılı kalmasıdır. Bu durumda, potansiyel enerji formülü şu şekilde olacaktır: P = mgh, burada m vücudun kütlesidir, kg ve h, vücudun bulunduğu yüksekliktir, m. enerji her zaman pozitif bir değere sahip değildir. Örneğin, yeraltında bulunan bir cismin potansiyel enerjisini belirlemek gerekirse, negatif bir değer alacaktır: P = -mgh

Toplam enerji, kinetik ve potansiyel enerjinin toplamının sonucudur. Bu nedenle, hesaplama formülü şu şekilde yazılabilir: Eo = E + P = mv ^ 2/2 + mgh Özellikle, uçan bir cisim her iki enerji türüne de aynı anda sahiptir ve bunların arasındaki oran farklı fazlar sırasında değişir. uçuş. Sıfır referans noktasında kinetik enerji hakimdir, daha sonra uçuş ilerledikçe bunun bir kısmı potansiyele dönüştürülür ve uçuşun sonunda kinetik enerji tekrar hakim olmaya başlar.

İlgili videolar

Fiziksel bir cismin toplam hareket enerjisini veya mekanik bir sistemin elemanlarının etkileşimini belirlemek için kinetik ve potansiyel enerji değerlerini eklemek gerekir. Korunma yasasına göre bu miktar değişmez.

Talimatlar

Enerji, belirli bir kapalı sistemdeki cisimlerin belirli bir sistemi gerçekleştirme yeteneğini karakterize eden fiziksel bir kavramdır. Mekanik enerji herhangi bir harekete veya etkileşime eşlik eder, bir vücuttan diğerine aktarılabilir, serbest bırakılabilir veya emilebilir. Doğrudan sisteme etki eden kuvvetlere, büyüklüklerine ve yönlerine bağlıdır.

Ekin'in kinetik enerjisi, maddi bir noktaya hareketsiz halden belirli bir hızın kazanılmasına kadar ivme kazandıran itici kuvvetin işine eşittir. Bu durumda cisme, m kütlesinin çarpımının yarısına ve v² hızının karesine eşit bir pay verilir: Ekin = m v² / 2.

Mekanik bir sistemin elemanları her zaman hareket halinde değildir; ayrıca bir dinlenme durumu ile de karakterize edilirler. Bu sırada potansiyel enerji ortaya çıkar. Bu değer, hareket hızına değil, cismin pozisyonuna veya cisimlerin birbirine göre konumuna bağlıdır. Cismin yüzeyin üzerinde olduğu h yüksekliği ile doğru orantılıdır. Gerçekte, potansiyel enerji, cisimler arasında veya bir cisim arasında ortaya çıkan yerçekimi kuvveti ile sisteme verilir ve: Epot = m g h, burada g bir sabittir, yerçekimi ivmesidir.

Kinetik ve potansiyel enerjiler birbirini dengeler, dolayısıyla toplamları her zaman sabittir. Toplam enerjinin her zaman sabit kaldığı bir enerji korunumu yasası vardır. Diğerleri, boşluktan ortaya çıkamaz veya hiçbir yere kaybolamaz. Toplam enerjiyi belirlemek için aşağıdaki formüller birleştirilmelidir: Epol = m v² / 2 + m g h = m (v² / 2 + g h).

Enerji tasarrufunun klasik bir örneği matematiksel sarkaçtır. Uygulanan kuvvet, sarkacın sallanmasını sağlayan işi iletir. Yavaş yavaş, yerçekimi alanında üretilen potansiyel enerji, onu salınımların genliğini azaltmaya ve nihayetinde durmaya zorlar.

Kinetik ve potansiyel enerjiler, bedenlerin etkileşiminin ve hareketinin yanı sıra dış ortamda değişiklik yapma yeteneklerinin özellikleridir. Kinetik enerji, bir cisim için diğerine göre belirlenebilirken, potansiyel her zaman birkaç nesnenin etkileşimini tanımlar ve aralarındaki mesafeye bağlıdır.

Kinetik enerji

Bir cismin kinetik enerjisi, hızının karesiyle cismin kütlesinin çarpımının yarısına eşit olan fiziksel bir niceliktir. Bu hareket enerjisidir, hareket halindeki cisme uygulanan kuvvetin ona belirli bir hız kazandırmak için yapması gereken işe eşdeğerdir. Çarpmanın ardından kinetik enerji, örneğin ses, ışık veya ısı gibi başka bir enerji türüne dönüştürülebilir.

Kinetik enerji teoremi olarak adlandırılan ifade, değişiminin vücuda uygulanan bileşke kuvvetin işi olduğunu söylüyor. Bu teorem, vücut sürekli değişen bir kuvvetin etkisi altında hareket etse ve yönü yer değiştirme yönü ile çakışmasa bile her zaman doğrudur.

Potansiyel enerji

Potansiyel enerji hız ile değil, örneğin Dünya'ya göre cisimlerin karşılıklı konumu ile belirlenir. Bu kavram, yalnızca çalışmaları cismin yörüngesine bağlı olmayan, ancak yalnızca başlangıç ​​ve son konumları tarafından belirlenen kuvvetler için tanıtılabilir. Bu tür kuvvetlere muhafazakar denir, vücut kapalı bir yörünge boyunca hareket ederse çalışmaları sıfırdır.

Korunumlu kuvvetler ve potansiyel enerji

Yerçekimi kuvveti ve esneklik kuvveti muhafazakardır, onlar için potansiyel enerji kavramı tanıtılabilir. Fiziksel anlam, potansiyel enerjinin kendisi değil, vücut bir konumdan diğerine geçtiğinde değişmesidir.

Bir cismin yerçekimi alanındaki potansiyel enerjisindeki değişim, zıt işaretle alındığında, kuvvetin cismi hareket ettirmek için yaptığı işe eşittir. Elastik deformasyonda potansiyel enerji, vücut bölümlerinin birbirleriyle etkileşimine bağlıdır. Belirli bir potansiyel enerji rezervine sahip olan sıkıştırılmış veya gerilmiş bir yay, kendisine bağlı bir cismi harekete geçirebilir, yani ona kinetik enerji verebilir.

Elastikiyet ve yerçekimi kuvvetlerine ek olarak, diğer kuvvet türleri, örneğin, yüklü cisimlerin elektrostatik etkileşim kuvveti gibi muhafazakarlık özelliğine sahiptir. Sürtünme kuvveti için potansiyel enerji kavramı tanıtılamaz, işi kat edilen yola bağlı olacaktır.

Kaynaklar:

• Fizik, Kinetik ve Potansiyel Enerjiler

Joule (J), Uluslararası Birimler Sistemindeki (SI) en önemli birimlerden biridir. Joule iş, enerji ve ısıyı ölçer. Nihai sonucu joule cinsinden temsil etmek için SI birimlerini kullanın. Görevde başka ölçü birimleri verilmişse, bunları Uluslararası Birimler Sisteminden ölçü birimlerine dönüştürün.

adımlar

İşin hesaplanması (J)

Fizikte iş kavramı. Kutuyu hareket ettirirseniz, işi halledersiniz. Kutuyu kaldırırsanız, işi yaptınız. İşin yapılabilmesi için iki şartın sağlanması gerekir:

• Sürekli güç uyguluyorsunuz.
• Uygulanan kuvvetin etkisi altında vücut, kuvvetin etkisi yönünde hareket eder.

1. İşi hesaplayın. Bunu yapmak için, kuvveti ve mesafeyi (vücudun hareket ettiği) çarpın. SI'da kuvvet Newton, uzaklık ise metre olarak ölçülür. Bu birimleri kullanırsanız, ortaya çıkan iş joule cinsinden ölçülecektir.

   Vücut ağırlığınızı bulun. Cismi hareket ettirmek için uygulanması gereken kuvveti hesaplamak gerekir. Bir örnek düşünün: 10 kg ağırlığındaki bir halteri kaldırırken (yerden göğse) bir sporcunun yaptığı işi hesaplayın.

   • Problem standart olmayan ölçü birimleri içeriyorsa, bunları SI birimlerine dönüştürün.

2. Gücü hesaplayın. Kuvvet = kütle x ivme. Örneğimizde, 9.8 m / s 2'ye eşit olan yerçekimi ivmesini hesaba katıyoruz. Çubuğu yukarı hareket ettirmek için uygulanması gereken kuvvet 10 (kg) x 9,8 (m / s 2) = 98 kg ∙ m / s 2 = 98 N'dir.

   • Vücut yatay hareket ederse, yerçekiminden kaynaklanan ivmeyi dikkate almayın. Belki de görev, sürtünmenin üstesinden gelmek için gereken kuvveti hesaplamayı gerektirecektir. Problemde ivme verilmişse, bunu verilen vücut kütlesi ile çarpmanız yeterlidir.

3. Kat edilen mesafeyi ölçün.Örneğimizde, çubuğun 1,5 m yüksekliğe kaldırıldığını varsayalım (Problemde standart dışı ölçü birimleri verilmişse bunları SI birimlerine çevirin.)

   Kuvveti mesafeyle çarpın. 10 kg ağırlığındaki bir halteri 1,5 m yüksekliğe kaldırmak için sporcu 98 x 1.5 = 147 J'ye eşit bir iş yapacaktır.

   Kuvvet bir açıyla yönlendirildiği zaman işi hesaplayın.Önceki örnek oldukça basitti: vücudun kuvvet ve hareket yönleri çakıştı. Ancak bazı durumlarda kuvvet, hareket yönüne bir açıyla yönlendirilir. Bir örnek düşünün: Bir çocuğun bir kızağı 25 m'lik bir iple yataydan 30 derece uzakta çeken bir çocuğun yaptığı işi hesaplayın. Bu durumda iş = kuvvet x kosinüs (θ) x mesafe. θ açısı, kuvvetin yönü ile hareketin yönü arasındaki açıdır.

   Uygulanan toplam kuvveti bulun.Örneğimizde, çocuğun 10 N'ye eşit bir kuvvet uyguladığını varsayalım.

   • Sorun, kuvvetin yukarıya veya sağa / sola yönlendirildiğini veya yönünün vücudun hareket yönü ile çakıştığını söylüyorsa, işi hesaplamak için kuvveti ve mesafeyi çarpmanız yeterlidir.

4. Karşılık gelen kuvveti hesaplayın.Örneğimizde, toplam kuvvetin yalnızca bir kısmı kızağı ileri doğru çeker. Halat yukarı doğru yönlendirildiği için (yatay açıyla), toplam kuvvetin bir başka kısmı kızağı kaldırmaya çalışıyor. Bu nedenle, yönü hareket yönü ile çakışan kuvveti hesaplayın.

   • Örneğimizde θ açısı (yer ile ip arasındaki) 30º'dir.
   • cosθ = cos30º = (√3) / 2 = 0.866. Bir hesap makinesi kullanarak bu değeri bulun; hesap makinesinde açının ölçü birimi olarak dereceyi ayarlayın.
   • Toplam kuvveti cosθ ile çarpın. Örneğimizde: 10 x 0.866 = 8.66 N - bu, yönü hareket yönü ile çakışan bir kuvvettir.

5. İşi hesaplamak için karşılık gelen kuvveti mesafeyle çarpın.Örneğimizde: 8.66 (Y) x 20 (m) = 173.2 J.

   Belirli bir güç (W) için enerjinin (J) hesaplanması

   Kinetik enerjinin hesaplanması (J)

   1. Kinetik enerji, hareket enerjisidir. Joule (J) cinsinden ifade edilebilir.

      • Kinetik enerji, sabit bir cismi belirli bir hıza çıkarmak için yapılan işe eşdeğerdir. Belli bir hıza ulaşan cismin kinetik enerjisi, ısıya (sürtünmeden), yerçekimi potansiyel enerjisine (yerçekimine karşı hareket ederken) veya diğer enerji türlerine dönüşene kadar sabit kalır.

   2. Vücut ağırlığınızı bulun.Örneğin, bir bisikletin ve bir bisikletçinin kinetik enerjisini hesaplayın. Bir bisikletçi 50 kg, bir bisiklet 20 kg, yani toplam vücut ağırlığı 70 kg'dır (bisiklet ve bisikletçiyi aynı yönde ve aynı hızda hareket edeceklerinden tek vücut olarak düşünün).

      Hızı hesaplayın. Problemde hız verilmişse sonraki adıma geçilir; aksi takdirde, aşağıdaki yöntemlerden birini kullanarak hesaplayın. Burada hızın yönünün ihmal edilebilir olduğuna dikkat edin; ayrıca, bisikletçinin düz bir çizgide gittiğini varsayalım.

      • Bisikletçi sabit bir hızla sürüyorsa (hızlanma yok), kat edilen mesafeyi (m) ölçün ve bu mesafeyi kat etmek için geçen süreye (s) bölün. Bu size ortalama hızı verecektir.
      • Bisikletçi hızlanıyorsa ve hızlanma değeri ve hareket yönü değişmediyse, belirli bir t zamanındaki hız şu formülle hesaplanır: ivme x t + ilk hız. Zaman saniye cinsinden, hız m / s cinsinden, ivme m / s cinsinden ölçülür 2.

   3. Değerleri formüle takın. Kinetik enerji = (1/2) mv 2, burada m kütle, v hızdır. Örneğin, bir bisikletçinin hızı 15 m / s ise, kinetik enerjisi K = (1/2) (70 kg) (15 m / s) 2 = (1/2) (70 kg) (15 m / s) ) ( 15 m / s) = 7875 kg ∙ m 2 / s 2 = 7875 N ∙ m = 7875 J

   Isı miktarının hesaplanması (J)

   Isınan cismin kütlesini bulun. Bunu yapmak için bir terazi veya yaylı terazi kullanın. Eğer vücut sıvı ise, kütlesini bulmak için önce (sıvıyı içine dökeceğiniz) boş kabı tartın. Sıvıyı tarttıktan sonra sıvının kütlesini bulmak için boş kabın kütlesini bu değerden çıkarın. Örneğin, 500 g ağırlığındaki suyu düşünün.

   • Sonucun joule cinsinden ölçülebilmesi için kütlenin gram cinsinden ölçülmesi gerekir.

   1. Vücudun özgül ısısını bulun. Bir kimya, fizik ders kitabında veya internette bulunabilir. Suyun özgül ısı kapasitesi 4,19 J/g'dir.

      • Özgül ısı, sıcaklık ve basınçla biraz değişir. Örneğin, bazı kaynaklarda suyun özgül ısısı 4,18 J / g'dir (çünkü farklı kaynaklar "referans sıcaklık" için farklı değerler seçer).
      • Sıcaklık Kelvin veya Santigrat derece olarak ölçülebilir (çünkü iki sıcaklık arasındaki fark aynı olacaktır), ancak Fahrenhayt derece olarak ölçülemez.

   2. Başlangıç ​​vücut ısınızı bulun. Vücut sıvı ise, bir termometre kullanın.

      Vücudu ısıtın ve son sıcaklığını bulun. Bu şekilde, ısındığında vücuda aktarılan ısı miktarını bulabilirsiniz.

      • Isıya dönüştürülen toplam enerjiyi bulmak istiyorsanız, ilk vücut sıcaklığını mutlak sıfır (0 Kelvin veya -273,15 Santigrat) olarak kabul edin. Bu genellikle geçerli değildir.

   3. Vücut sıcaklığındaki değişimi bulmak için başlangıç ​​vücut sıcaklığını bitiş sıcaklığından çıkarın.Örneğin, su 15 santigrat dereceden 35 santigrat dereceye kadar ısıtılır, yani su sıcaklığındaki değişim 20 santigrat derecedir.

   4. Vücut ağırlığını, özgül ısıyı ve vücut sıcaklığındaki değişimi çarpın. Formül: H = mcΔT, burada ΔT sıcaklıktaki değişikliktir. Örneğimizde: 500 x 4.19 x 20 = 41.900 J

      • Isı bazen kalori veya kilokalori olarak ölçülür. Kalori, 1 gram suyun sıcaklığını 1 santigrat derece yükseltmek için gereken ısı miktarıdır; kilokalori, 1 kg suyun sıcaklığını 1 santigrat derece yükseltmek için gereken ısı miktarıdır. Yukarıdaki örnekte, 500 gram suyun sıcaklığını 20 santigrat derece yükseltmek için 10.000 kalori veya 10 kcal gerekir.

Mekanik iş. İş birimleri.

Günlük yaşamda "iş" kavramıyla her şeyi kastediyoruz.

Fizikte, kavram Çalışmak biraz farklı. Bu kesin bir fiziksel niceliktir, yani ölçülebilir. Fizik çalışmaları öncelikle mekanik iş .

Mekanik iş örneklerini ele alalım.

Tren, bir elektrikli lokomotifin çekiş kuvvetinin etkisi altında hareket ederken, mekanik iş yapılır. Bir silahtan ateşlendiğinde, toz gazların basıncının kuvveti işe yarar - merminin hızı artarken mermiyi namlu boyunca hareket ettirir.

Bu örnekler, vücut kuvvet etkisi altında hareket ettiğinde mekanik işin yapıldığını göstermektedir. Mekanik iş, bir cisme etki eden bir kuvvet (örneğin, bir sürtünme kuvveti) hareketinin hızını azalttığında da gerçekleştirilir.

Kabini hareket ettirmek istediğimizde üzerine kuvvetle bastırıyoruz ama aynı anda hareket etmiyorsa mekanik iş yapmıyoruz. Vücudun kuvvetlerin katılımı olmadan (ataletle) hareket ettiği bir durum hayal edilebilir, bu durumda mekanik iş de yapılmaz.

Böyle, mekanik iş sadece vücuda bir kuvvet etki ettiğinde ve hareket ettiğinde gerçekleştirilir. .

Cismin üzerine etkiyen kuvvet ne kadar büyükse ve cismin bu kuvvetin etkisi altında kat ettiği yol ne kadar uzun olursa, iş o kadar büyük olur.

Mekanik iş, uygulanan kuvvetle doğru orantılıdır ve kat edilen mesafe ile doğru orantılıdır. .

Bu nedenle, mekanik işi, bu kuvvetin bu yönünde kat edilen yolun kuvvet çarpımı ile ölçmeye karar verdik:

iş = güç × yol

nerede A- Çalışmak, F- güç ve s- kat edilen mesafe.

Bir iş birimi, 1 N'lik bir kuvvetin 1 m'ye eşit bir yol üzerinde yaptığı iştir.

iş birimi - joule (J ) adını İngiliz bilim adamı Joule'den almıştır. Böylece,

1J = 1Nm.

Ayrıca kullanılır kilojul (kj) .

1 kJ = 1000 J.

formül A = Fs kuvvet uygulandığında F sabittir ve vücudun hareket yönü ile çakışır.

Kuvvetin yönü cismin hareket yönü ile çakışıyorsa bu kuvvet pozitif iş yapar.

Cisim, örneğin kayma sürtünme kuvveti gibi uygulanan kuvvetin yönünün tersi yönde hareket ederse, bu kuvvet negatif iş yapar.

Cismin üzerine etki eden kuvvetin yönü hareket yönüne dik ise, bu kuvvet iş yapmaz, iş sıfırdır:

Aşağıda, mekanik çalışmadan bahsederken, kısaca tek kelimeyle - çalışma diyeceğiz.

Örnek... 0,5 m3 hacimli bir granit levhayı 20 m yüksekliğe kaldırırken yapılan işi hesaplayın Granitin yoğunluğu 2500 kg/m3'tür.

verilen:

ρ = 2500 kg / m3

Çözüm:

Burada F, plakayı eşit olarak yukarı kaldırmak için uygulanması gereken kuvvettir. Modüldeki bu kuvvet, plakaya etki eden Ftyazh bağının kuvvetine eşittir, yani F = Ftyazh. Ve yerçekimi kuvveti, levhanın kütlesi ile belirlenebilir: Ftyazh = gm. Granitin hacmini ve yoğunluğunu bilerek levhanın kütlesini hesaplıyoruz: m = ρV; s = h, yani yol, kaldırma yüksekliğine eşittir.

Yani m = 2500 kg / m3 0,5 m3 = 1250 kg.

F = 9,8 N / kg 1250 kg ≈ 12 250 N.

A = 12 250 N 20 m = 245 000 J = 245 kJ.

Yanıt vermek: A = 245 kJ.

Kaldıraçlar.Güç.Enerji

Farklı motorların aynı işi tamamlaması farklı zaman alır. Örneğin, bir şantiyedeki bir vinç, bir binanın en üst katına yüzlerce tuğlayı birkaç dakika içinde kaldırıyor. Bu tuğlalar bir işçi tarafından sürüklenseydi, bunu yapması birkaç saat sürerdi. Başka bir örnek. Bir hektar arazi at tarafından 10-12 saatte sürülebilirken, çok paylı pulluklu bir traktör ( saban demiri- pulluğun alttan toprak tabakasını kesen ve çöplüğe aktaran kısmı; çoklu paylaşım - çok sayıda pulluk), bu çalışma 40-50 dakika boyunca yapılacaktır.

Bir vincin bir işçiden daha hızlı yaptığı ve bir traktörün bir attan daha hızlı olduğu açıktır. İş yapma hızı, güç adı verilen özel bir miktar ile karakterize edilir.

Güç, işin tamamlandığı süreye oranına eşittir.

Gücü hesaplamak için iş, bu işin tamamlandığı süreye bölünmelidir. güç = iş / zaman.

nerede n- güç, A- Çalışmak, T- gerçekleştirilen işin zamanı.

Güç, her saniye için aynı iş yapıldığında sabit bir değerdir, diğer durumlarda oran bir / t ortalama gücü belirler:

nÇar = bir / t . Bir güç ünitesi, J'de 1 s'de işin yapıldığı bir güç olarak alındı.

Bu birime watt denir ( W) başka bir İngiliz bilim adamı Watt'ın onuruna.

1 watt = 1 joule / 1 saniye, veya 1W = 1J/sn.

Watt (saniyede joule) - W (1 J / s).

Teknolojide, daha büyük güç birimleri yaygın olarak kullanılmaktadır - kilovat (kw), megavat (MW) .

1 MW = 1.000.000 W

1 kW = 1000 W

1 mW = 0.001 W

1W = 0,00001 MW

1W = 0.001 kW

1W = 1000mW

Örnek... Şelalenin yüksekliği 25 m ve debisi dakikada 120 m3 ise barajdan akan suyun debisinin gücünü bulunuz.

verilen:

ρ = 1000 kg / m3

Çözüm:

Düşen su kütlesi: m = ρV,

m = 1000 kg / m3 120 m3 = 120 000 kg (12 104 kg).

Suya etki eden yerçekimi:

F = 9.8 m / s2 120.000 kg ≈ 1.200.000 N (12 105 N)

Dakikada yapılan iş:

A - 1.200.000 N · 25 m = 30.000.000 J (3 · 107 J).

Akış hızı: N = A / t,

N = 30.000.000 J / 60 s = 500.000 W = 0,5 MW.

Yanıt vermek: N = 0,5 MW.

Çeşitli motorların kapasiteleri bir kilovatın yüzde biri ve onda biri (elektrikli jilet motoru, dikiş makinesi) ile yüzbinlerce kilovata (su ve buhar türbinleri) kadar değişir.

Tablo 5.

Bazı motor gücü, kW.

Her motorun, gücü de dahil olmak üzere motor hakkında bazı verileri içeren bir plakası (motor pasaportu) vardır.

Normal çalışma koşullarında insan gücü ortalama 70-80 watt'tır. Zıplayarak, merdivenleri koşarak, bir kişi 730 W'a kadar ve bazı durumlarda daha da fazla güç geliştirebilir.

N = A / t formülünden şunu takip eder:

İşi hesaplamak için, gücü bu işin yapıldığı zamanla çarpmanız gerekir.

Örnek. Oda fan motoru 35 W güce sahiptir. 10 dakikada ne iş yapar?

Problemin durumunu yazalım ve çözelim.

verilen:

Çözüm:

A = 35 W * 600s = 21.000 W * s = 21.000 J = 21 kJ.

Yanıt vermek A= 21 kJ.

Basit mekanizmalar.

Çok eski zamanlardan beri insan, mekanik işleri gerçekleştirmek için çeşitli cihazlar kullanıyor.

Herkes, elle hareket ettirilemeyen ağır bir nesnenin (taş, dolap, takım tezgahı) yeterince uzun bir çubuk - bir kol kullanılarak hareket ettirilebileceğini bilir.

Şu anda, üç bin yıl önce, Eski Mısır'daki piramitlerin inşası sırasında kaldıraçların yardımıyla, ağır taş levhaların taşınıp büyük bir yüksekliğe kaldırıldığına inanılıyor.

Çoğu durumda, ağır bir yükü belirli bir yüksekliğe kaldırmak yerine, eğik bir düzlem boyunca yuvarlanabilir veya aynı yüksekliğe çekilebilir veya bloklar kullanılarak kaldırılabilir.

Gücü dönüştürmeye yarayan aygıtlara denir. mekanizmalar .

Basit mekanizmalar şunları içerir: kaldıraçlar ve çeşitleri - blok, kapı; eğik düzlem ve çeşitleri - kama, vida... Çoğu durumda, kuvvette bir kazanç elde etmek, yani vücuda etki eden kuvveti birkaç kez arttırmak için basit mekanizmalar kullanılır.

Hem evde hem de büyük çelik levhaları kesen, büken ve damgalayan veya daha sonra kumaşların yapıldığı en ince iplikleri çeken tüm karmaşık fabrika ve fabrika makinelerinde basit mekanizmalar bulunur. Aynı mekanizmalar modern karmaşık otomatik makinelerde, baskı ve hesap makinelerinde de bulunabilir.

Manivela. Koldaki kuvvetlerin dengesi.

En basit ve en yaygın mekanizmayı düşünün - bir kaldıraç.

Kol, sabit bir destek etrafında dönebilen sert bir gövdedir.

Resimler, bir işçinin yükü kaldıraç olarak kaldırmak için bir levyeyi nasıl kullandığını göstermektedir. İlk durumda, zorla çalışan bir işçi F levyenin ucuna basar B, ikinci - ucu kaldırır B.

İşçinin yükün ağırlığını aşması gerekiyor P- dikey olarak aşağı doğru yönlendirilen kuvvet. Bunun için levyeyi tek bir eksenden geçen bir eksen etrafında döndürür. hareketsiz kesme noktası - desteğinin noktası Ö... Güç F işçinin kol üzerinde hareket ettiği, daha az kuvvet P böylece işçi alır güç kazanmak... Kol yardımı ile kendi başınıza kaldıramayacağınız kadar ağır bir yükü kaldırabilirsiniz.

Şekil, dönme ekseni olan bir kolu göstermektedir. Ö(dayanak) kuvvetlerin uygulama noktaları arasında bulunur A ve V... Başka bir resim bu kolun bir diyagramını göstermektedir. Her iki kuvvet F 1 ve F 2 kola etki eden tek yöne yönlendirilir.

Kuvvetin kaldıraca etki ettiği düz çizgi ile dayanak noktası arasındaki en kısa mesafeye kuvvet omzu denir.

Bu dikin uzunluğu verilen kuvvetin omuzu olacaktır. Şekil gösteriyor ki AE- omuz gücü F 1; OG- omuz gücü F 2. Kola etki eden kuvvetler, onu eksen etrafında iki yönde döndürebilir: ileri veya saat yönünün tersine. Yani, güç F 1 kolu saat yönünde döndürür ve kuvvet F 2 saat yönünün tersine döndürür.

Kaldıracın, kendisine uygulanan kuvvetlerin etkisi altında dengede olduğu koşul deneysel olarak belirlenebilir. Kuvvetin etkisinin sonucunun sadece sayısal değerine (modülüne) değil, aynı zamanda vücuda uygulandığı noktaya veya nasıl yönlendirildiğine de bağlı olduğu unutulmamalıdır.

Koldan çeşitli ağırlıklar asılır (şekle bakın) Dayanağın her iki tarafında, kol her dengede kalsın diye. Kola etki eden kuvvetler bu ağırlıkların ağırlıklarına eşittir. Her durum için kuvvet modülleri ve omuzları ölçülür. Şekil 154'te gösterilen deneyimden, kuvvet 2'nin n gücü dengeler 4 n... Aynı zamanda, şekilden de anlaşılacağı gibi, daha az güçlü omuz, daha güçlü omuzdan 2 kat daha büyüktür.

Bu tür deneylere dayanarak, kaldıracın dengesinin koşulu (kural) oluşturulmuştur.

Kol, üzerine etki eden kuvvetler bu kuvvetlerin omuzları ile ters orantılı olduğunda dengededir.

Bu kural bir formül olarak yazılabilir:

F 1/F 2 = ben 2/ ben 1 ,

nerede F 1ve F 2 - kola etki eden kuvvetler, ben 1ve ben 2 , - bu kuvvetlerin omuzları (bkz. şek.).

Kaldıracın denge kuralı Arşimet tarafından 287-212 civarında kurulmuştur. M.Ö e. (ama son paragraf kaldıraçların Mısırlılar tarafından kullanıldığını mı söylüyor? Yoksa "yerleşik" kelimesi burada önemli bir rol oynuyor mu?)

Bu kuraldan, daha büyük bir kuvveti bir kaldıraçla dengelemek için daha düşük bir kuvvetin kullanılabileceği sonucu çıkar. Kolun bir kolu diğerinden 3 kat daha büyük olsun (bkz. şek.). Ardından, B noktasına, örneğin 400 N'lik bir kuvvet uygulayarak, 1200 N ağırlığındaki bir taşı kaldırabilirsiniz. Daha da ağır bir yükü kaldırmak için, çalışanın hareket ettiği kaldıraç kolunun uzunluğunu artırmanız gerekir.

Örnek... Bir işçi bir kaldıraç kullanarak 240 kg ağırlığındaki bir levhayı kaldırır (bkz. şekil 149). Küçük kol 0,6 m'ye eşitse, kaldıracın 2,4 m'ye eşit büyük koluna ne kadar kuvvet uygular?

Problemin durumunu yazalım ve çözelim.

verilen:

Çözüm:

Kaldıracın denge kuralına göre F1 / F2 = l2 / l1, F1 = F2 l2 / l1, burada F2 = P taşın ağırlığıdır. Taş ağırlığı asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

O halde F1 = 2400 N 0.6 / 2.4 = 600 N.

Yanıt vermek: F1 = 600 N.

Örneğimizde, işçi kaldıraca 600 N'luk bir kuvvet uygulayarak 2400 N'luk bir kuvveti yener, ancak aynı zamanda işçinin hareket ettiği omuz, taşın ağırlığının etki ettiği omuzdan 4 kat daha uzundur ( ben 1 : ben 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Kaldıraç kuralını uygulayarak, daha az kuvvet daha fazla kuvveti dengeleyebilir. Bu durumda, daha az güçlü omuz, daha güçlü omuzdan daha uzun olmalıdır.

Güç anı.

Kolun denge kuralını zaten biliyorsunuz:

F 1 / F 2 = ben 2 / ben 1 ,

Orantı özelliğini kullanarak (uç üyelerinin çarpımı, orta terimlerinin çarpımına eşittir), bunu şu biçimde yazarız:

F 1ben 1 = F 2 ben 2 .

Eşitliğin sol tarafında kuvvetin ürünüdür. F 1 onun omzunda ben 1 ve sağda - kuvvetin ürünü F 2 onun omzunda ben 2 .

Vücudu omzu üzerinde döndüren kuvvetin modülünün ürününe denir. güç anı; M harfi ile gösterilir. Yani,

Bir kaldıraç, onu saat yönünde döndüren kuvvet momenti, onu saat yönünün tersine döndüren kuvvet momentine eşitse, iki kuvvetin etkisi altında dengededir.

Bu kural denilen anın kuralı , bir formül olarak yazılabilir:

M1 = M2

Gerçekten de, dikkate aldığımız deneyde (§ 56) etki eden kuvvetler 2 N ve 4 N'ye eşitti, omuzları sırasıyla 4 ve 2 kaldıraç basıncıydı, yani bu kuvvetlerin momentleri aynı olduğunda kol dengededir.

Herhangi bir fiziksel nicelik gibi kuvvet momenti de ölçülebilir. Omuz tam olarak 1 m olan 1 N'luk bir kuvvet momenti, kuvvet momenti birimi olarak alınır.

Bu bölüm .... diye adlandırılır Newton metre (N m).

Kuvvet momenti, kuvvetin hareketini karakterize eder ve aynı anda hem kuvvet modülüne hem de omzuna bağlı olduğunu gösterir. Aslında, örneğin, bir kuvvetin bir kapı üzerindeki etkisinin, hem kuvvetin modülüne hem de kuvvetin uygulandığı yere bağlı olduğunu zaten biliyoruz. Kapıyı döndürmek daha kolaydır, dönme ekseninden uzaklaştıkça üzerine etki eden kuvvet uygulanır. Somunu, kısa bir anahtardan uzun bir anahtarla sökmek daha iyidir. Sap ne kadar uzun olursa, kepçeyi kuyudan vb. kaldırmak o kadar kolay olur.

Teknolojide, günlük yaşamda ve doğada kaldıraçlar.

Kaldıraç kuralı (veya anların kuralı), güç veya yolda bir kazanımın gerekli olduğu teknoloji ve günlük yaşamda kullanılan çeşitli araç ve cihazların eyleminin temelini oluşturur.

Makasla çalışırken bir güç kazancımız var. Makas - bu bir kaldıraç(şekil), dönme ekseni, makasın her iki yarısını birbirine bağlayan vida aracılığıyla gerçekleşir. hareket eden kuvvet F 1 makası sıkan kişinin elinin kas kuvvetidir. Karşıt kuvvet F 2 - makasla kesilen böyle bir malzemenin direnç kuvveti. Makasın amacına bağlı olarak, cihazları farklıdır. Kağıt kesmek için tasarlanmış ofis makasları uzun bıçaklara ve neredeyse aynı tutamağa sahiptir. Kağıt kesmek fazla güç gerektirmez ve uzun bir bıçakla düz bir çizgide kesmek daha uygundur. Sac kesme makasları (Şek.) Metalin direnç kuvveti büyük olduğundan ve onu dengelemek için etki eden kuvvetin omuzunun önemli ölçüde arttırılması gerektiğinden, bıçaklardan çok daha uzun tutacakları vardır. Kolların uzunluğu ile kesicinin mesafesi ve dönme ekseni arasında daha da büyük bir fark vardır. pense(şek.), tel kesmek için tasarlanmıştır.

Birçok makinede çeşitli tiplerde kollar mevcuttur. Bir dikiş makinesinin kolu, bir bisikletin pedalları veya el frenleri, bir araba ve traktörün pedalları ve piyano tuşları, bu makine ve aletlerde kullanılan kaldıraçlara örnektir.

Kaldıraç uygulamalarına örnek olarak mengene ve tezgah kolları, matkap kolu vb. verilebilir.

Kiriş dengesinin hareketi de kaldıraç ilkesine dayanmaktadır (şekil). Şekil 48'de (s. 42) gösterilen antrenman dengesi şu şekilde hareket eder: eşit kol ... V ondalık ölçekler Bardağın ağırlıklarla asıldığı omuz, yükü taşıyan omuzdan 10 kat daha uzundur. Bu, büyük yüklerin tartılmasını çok daha kolay hale getirir. Ondalık bir ölçekte bir ağırlığı tartarken, ağırlıkların ağırlığını 10 ile çarpın.

Araba yük vagonlarını tartmak için tartım cihazı da kaldıraç kuralına dayanmaktadır.

Kollar ayrıca hayvanların ve insanların vücudunun farklı yerlerinde bulunur. Bunlar örneğin kollar, bacaklar, çenelerdir. Böceklerin vücudunda (böcekler ve vücutlarının yapısı hakkında bir kitap okuduktan sonra), kuşlarda, bitkilerin yapısında birçok kaldıraç bulunabilir.

Kaldıracın denge yasasının bloğa uygulanması.

Engellemek kafese sabitlenmiş oluklu bir tekerlektir. Bloğun oluğundan bir ip, kablo veya zincir geçirilir.

Sabit blok ekseni sabit olan ve yükleri kaldırırken yükselmeyen veya düşmeyen böyle bir blok denir (Şek.

Sabit blok, kuvvetlerin kollarının tekerleğin yarıçapına eşit olduğu bir eşit kollu kaldıraç olarak düşünülebilir (Şekil): ОА = ОВ = r... Böyle bir blok kuvvet kazancı sağlamaz. ( F 1 = F 2), ancak kuvvetin hareketinin yönünü değiştirmenize izin verir. hareketli blok bir bloktur. ekseni yük ile birlikte yükselen ve alçalan eksen (şekil). Şekil ilgili kolu göstermektedir: Ö- kolun dayanak noktası, AE- omuz gücü r ve OG- omuz gücü F... omuz beri OG 2 kez omuz AE sonra güç F 2 kat daha az güç r:

F = P / 2 .

Böylece, hareketli blok 2 kat güç artışı sağlar .

Bu, bir kuvvet momenti kavramı kullanılarak kanıtlanabilir. Blok dengedeyken, kuvvetlerin momentleri F ve r birbirine eşittir. Ama bir omuz gücü F omuz kuvvetinin 2 katı r ve bu nedenle, gücün kendisi F 2 kat daha az güç r.

Genellikle pratikte, sabit bir blok ile hareketli olanın bir kombinasyonu kullanılır (Şek.). Sabit blok sadece kolaylık sağlamak içindir. Güçte bir kazanç sağlamaz, ancak kuvvetin hareketinin yönünü değiştirir. Örneğin, yerde dururken bir yükü kaldırmanıza olanak tanır. Bu, birçok insan veya işçi için kullanışlıdır. Ancak normalin iki katı güç kazanımı sağlar!

Basit mekanizmalar kullanılırken iş eşitliği. Mekaniğin "altın kuralı".

Düşündüğümüz basit mekanizmalar, bir kuvvetin hareketiyle başka bir kuvveti dengelemenin gerekli olduğu durumlarda iş yaparken kullanılır.

Doğal olarak şu soru ortaya çıkıyor: Güçte veya yolda bir kazanç vererek, işteki basit kazanç mekanizmaları vermiyor mu? Bu sorunun cevabı deneyimden elde edilebilir.

Kol üzerinde farklı modüldeki iki kuvveti dengeleme F 1 ve F 2 (şek.), Kolu harekete geçirdik. Bu durumda, aynı zamanda daha küçük bir kuvvetin uygulama noktasının ortaya çıktığı ortaya çıkıyor. F 2 uzun bir yol kat ediyor s 2 ve daha büyük kuvvetin uygulama noktası F 1 - daha küçük yol s 1. Bu yolları ve kuvvet modüllerini ölçtükten sonra, kol üzerindeki kuvvetlerin uygulama noktalarının geçtiği yolların kuvvetlerle ters orantılı olduğunu bulduk:

s 1 / s 2 = F 2 / F 1.

Böylece, kaldıracın uzun koluna etki ederek güç kazanırız, ancak aynı zamanda yol boyunca aynı miktarda kaybederiz.

kuvvet ürünü F yolda s iş var. Deneylerimiz, kaldıraca uygulanan kuvvetlerin yaptığı işin birbirine eşit olduğunu göstermektedir:

F 1 s 1 = F 2 s 2, yani A 1 = A 2.

Böyle, kolu kullanırken, işte kazanç olmayacaktır.

Kaldıraçla, hem güçte hem de mesafede kazanabiliriz. Kaldıracın kısa koluna kuvvet uygulayarak, mesafe kazanır, ancak aynı miktarda güç kaybederiz.

Kaldıraç kuralının keşfinden memnun olan Arşimet'in haykırdığı bir efsane var: "Bana bir dayanak verin, Dünya'yı döndüreyim!"

Tabii ki, Arşimet, kendisine bir dayanak noktası (Dünya'nın dışında olması gereken) ve gerekli uzunlukta bir kaldıraç verilse bile böyle bir görevle başa çıkamadı.

Yeri sadece 1 cm kaldırmak için, kaldıracın uzun kolunun muazzam bir yayı tanımlaması gerekir. Kolun uzun ucunu bu yol boyunca örneğin 1 m/s hızla hareket ettirmek milyonlarca yıl alacaktı!

Sabit bir blok işte bir kazanç sağlamaz, deneyimle doğrulanması kolaydır (bkz. şek.). Kuvvetlerin uygulama noktalarının geçtiği yollar F ve F, aynıdır ve kuvvetler aynıdır, bu da işin aynı olduğu anlamına gelir.

Hareketli ünite ile yapılan işi ölçebilir ve birbirleri ile karşılaştırabilirsiniz. Yükü hareketli bir blok kullanarak h yüksekliğine kaldırmak için, dinamometrenin bağlı olduğu halatın ucunu, deneyimlerin gösterdiği gibi (Şekil), 2 saat yüksekliğe hareket ettirmek gerekir.

Böylece, 2 kat güç artışı elde ederken, yol boyunca 2 kat kaybederler, bu nedenle hareketli blok işte kazanç sağlamaz.

Asırlık uygulama göstermiştir ki mekanizmaların hiçbiri performansta bir kazanç sağlamaz. Güç kazanmak için veya yolda çalışma koşullarına bağlı olarak çeşitli mekanizmalar kullanırlar.

Eski bilim adamları, tüm mekanizmalar için geçerli olan kuralı zaten biliyorlardı: kaç kez güçte kazandık, kaç kez mesafede kaybettik. Bu kural, mekaniğin "altın kuralı" olarak adlandırılmıştır.

Mekanizmanın verimliliği.

Kolun yapısını ve hareketini düşünürken, kolun ağırlığı kadar sürtünmeyi de hesaba katmadık. bu ideal koşullarda, uygulanan kuvvetin yaptığı iş (biz buna iş diyeceğiz) tamamlayınız) eşittir kullanışlı yükleri kaldırmak veya herhangi bir direncin üstesinden gelmek için çalışın.

Pratikte, bir mekanizma tarafından yapılan tam bir iş her zaman biraz daha faydalı bir iştir.

İşin bir kısmı mekanizmadaki sürtünme kuvvetine karşı ve tek tek parçalarının hareketine karşı yapılır. Bu nedenle, hareketli bir blok kullanarak, bloğun kendisini, ipi kaldırmak ve bloğun eksenindeki sürtünme kuvvetini belirlemek için ek iş yapmak gerekir.

Hangi mekanizmayı almış olursak olalım, onun yardımıyla yapılan faydalı işler her zaman bütün işin sadece bir parçasıdır. Bu nedenle, Ap harfiyle faydalı çalışmayı, Az harfiyle tamamlanmış (harcanan) çalışmayı ifade ederek şunları yazabiliriz:

Bir< Аз или Ап / Аз < 1.

Yararlı işin toplam işe oranına mekanizmanın etkinliği denir.

Verimlilik, verimlilik olarak kısaltılır.

Verimlilik = Ap / Az.

Verimlilik genellikle yüzde olarak ifade edilir ve Yunanca η harfiyle gösterilir, "bu" olarak okunur:

η = Ap / Az · %100.

Örnek: Kolun kısa koluna 100 kg'lık bir ağırlık asılmıştır. Kaldırmak için uzun kola 250 N'luk bir kuvvet uygulandı.Yük h1 = 0.08 m yüksekliğe kaldırılırken, itici kuvvetin uygulama noktası h2 = 0.4 m yüksekliğe düşürüldü. kaldıraç verimliliği.

Problemin durumunu yazalım ve çözelim.

verilen :

Çözüm :

η = Ap / Az · %100.

Tam (harcanan) iş Az = Fh2.

Faydalı çalışma An = Ph1

P = 9,8 100 kg ≈ 1000 N.

Ap = 1000 N 0.08 = 80 J.

Az = 250 N · 0.4 m = 100 J.

η = 80 J / 100 J %100 = %80.

Yanıt vermek : η = %80.

Ancak "altın kural" bu durumda da yerine getirilmiş olur. Yararlı çalışmanın bir kısmı - bunun% 20'si - kol eksenindeki sürtünmenin ve hava direncinin yanı sıra kolun kendisinin hareketinin üstesinden gelmek için harcanır.

Herhangi bir mekanizmanın verimliliği her zaman %100'den azdır. İnsanlar mekanizmalar kurarak verimliliklerini artırmaya çalışırlar. Bunun için mekanizmaların eksenlerindeki sürtünme ve ağırlıkları azaltılır.

Enerji.

Fabrikalarda ve fabrikalarda, takım tezgahları ve makineler, elektrik enerjisi tüketen (bu nedenle adı) elektrik motorları tarafından tahrik edilir.

Temel teorik bilgiler

Mekanik iş

Hareketin enerji özellikleri, kavram temelinde tanıtılır. mekanik iş veya kuvvet işi... Sabit kuvvetin yaptığı iş F, kuvvet vektörleri arasındaki açının kosinüsü ile çarpılan kuvvet ve yer değiştirme modülünün çarpımına eşit fiziksel bir nicelik olarak adlandırılır. F ve hareket S:

İş bir skalerdir. Her ikisi de pozitif olabilir (0 ° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180 °). saat α = 90° kuvvetin yaptığı iş sıfırdır. SI'da iş joule (J) cinsinden ölçülür. Bir joule, 1 Newton'luk bir kuvvetin, kuvvet yönünde 1 metrelik bir harekette yaptığı işe eşittir.

Kuvvet zamanla değişirse, o zaman iş bulmak için, kuvvetin yer değiştirmeye bağımlılığının bir grafiğini oluştururlar ve grafiğin altındaki şeklin alanını bulurlar - bu iştir:

Modülü koordinata (yer değiştirme) bağlı olan bir kuvvete bir örnek, Hooke yasasına uyan bir yayın elastik kuvvetidir ( F kontrol = kx).

Güç

Birim zamanda yapılan kuvvet işine denir. güç... Güç P(bazen harfle gösterilir n) İşin oranına eşit fiziksel bir miktardır A zaman aralığına göre T bu çalışmanın tamamlandığı sırada:

Bu formül hesaplamak için kullanılır ortalama güç, yani genel olarak süreci karakterize eden güç. Dolayısıyla iş, güç cinsinden de ifade edilebilir: A = nokta(tabii işin gücü ve zamanı bilinmedikçe). Güç birimine watt (W) veya saniyede 1 joule denir. Hareket düzgün ise, o zaman:

Bu formül ile hesaplayabiliriz. anlık güç(belirli bir zamandaki güç), hız yerine anlık hızın değerini formülde değiştirirsek. Hangi gücün sayılacağını nereden biliyorsun? Sorun, zamanda veya uzayda bir noktada güç için istenirse, o zaman anlık olarak kabul edilir. Belirli bir süre veya yolun bir bölümü için güç sorulursa, ortalama gücü arayın.

Verimlilik - verimlilik katsayısı, harcanan faydalı işin veya harcanan faydalı gücün oranına eşittir:

Ne tür bir işin faydalı olduğu ve ne kadar harcandığı, mantıksal akıl yürütme ile belirli bir problemin koşullarından belirlenir. Örneğin, bir vinç bir yükü belirli bir yüksekliğe kaldırma işi yapıyorsa, yükü kaldırma işi faydalı olacaktır (çünkü vinç bunun için yaratılmıştır) ve harcanan iş vincin elektrik motorunun yaptığı iştir. .

Dolayısıyla faydalı ve harcanan gücün kesin bir tanımı yoktur ve mantıksal akıl yürütme ile bulunur. Her görevde, bu görevde işi yapmanın amacının ne olduğunu (yararlı iş veya güç) ve tüm işi yapmanın mekanizması veya yolunun ne olduğunu (harcanan güç veya iş) kendimiz belirlemeliyiz.

Genel olarak verimlilik, bir mekanizmanın bir tür enerjiyi diğerine ne kadar verimli bir şekilde dönüştürdüğünü gösterir. Güç zamanla değişirse, iş, gücün zamana karşı grafiğinin altındaki şeklin alanı olarak bulunur:

Kinetik enerji

Bir cismin kütlesinin çarpımının hızının karesinin yarısına eşit olan fiziksel niceliğe denir. vücudun kinetik enerjisi (hareket enerjisi):

Yani 2000 kg kütleli bir araba 10 m/s hızla hareket ederse, o zaman kinetik enerjisine eşittir. E k = 100 kJ ve 100 kJ iş yapma yeteneğine sahiptir. Bu enerji ısıya dönüşebilir (arabaya fren yapıldığında, tekerleklerin lastikleri, yol ve fren diskleri ısınır) veya aracın çarpıştığı (kazada) aracın ve gövdenin deformasyonu için harcanabilir. Kinetik enerjiyi hesaplarken, iş gibi enerji de skaler bir büyüklük olduğundan, arabanın nereye gittiği önemli değildir.

Vücut iş yapabiliyorsa enerjiye sahiptir.Örneğin, hareket eden bir cismin kinetik enerjisi vardır, yani. hareket enerjisidir ve cisimlerin deformasyonu üzerinde çalışma yapabilir veya bir çarpışmanın meydana geldiği cisimlere ivme kazandırabilir.

Kinetik enerjinin fiziksel anlamı: bir kütle ile hareketsiz olan bir vücut için m hızla hareket etmeye başladı v elde edilen kinetik enerji değerine eşit iş yapmak gerekir. vücut kütlesi ise m hızla hareket eder v, sonra onu durdurmak için ilk kinetik enerjisine eşit iş yapmak gerekir. Yavaşlama sırasında, kinetik enerji esas olarak (enerjinin deformasyona gittiği çarpışma durumları hariç) sürtünme kuvveti tarafından "alılır".

Kinetik enerji teoremi: bileşke kuvvetin işi cismin kinetik enerjisindeki değişime eşittir:

Kinetik enerji teoremi, vücut, yönü yer değiştirme yönü ile örtüşmeyen, değişen bir kuvvetin etkisi altında hareket ettiğinde genel durumda da geçerlidir. Bu teoremi bir cismin hızlanması ve yavaşlaması problemlerinde uygulamak uygundur.

Potansiyel enerji

Fizikte kinetik enerji veya hareket enerjisi ile birlikte kavram önemli bir rol oynar. potansiyel enerji veya cisimlerin etkileşim enerjisi.

Potansiyel enerji, cisimlerin karşılıklı konumuyla belirlenir (örneğin, cismin Dünya yüzeyine göre konumu). Potansiyel enerji kavramı, yalnızca çalışmaları vücudun yörüngesine bağlı olmayan ve yalnızca ilk ve son konumlar tarafından belirlenen kuvvetler için tanıtılabilir (sözde muhafazakar kuvvetler). Bu tür kuvvetlerin kapalı bir yörünge üzerindeki işi sıfırdır. Bu özelliğe yerçekimi kuvveti ve esneklik kuvveti sahiptir. Bu kuvvetler için potansiyel enerji kavramı tanıtılabilir.

Dünyanın yerçekimi alanındaki bir cismin potansiyel enerjisi formülle hesaplanır:

Vücudun potansiyel enerjisinin fiziksel anlamı: potansiyel enerji, vücut sıfır seviyesine indirildiğinde yerçekimi kuvvetinin yaptığı işe eşittir ( H Vücudun ağırlık merkezinden sıfır seviyesine olan mesafedir). Cismin potansiyel enerjisi varsa, bu cisim yüksekten düştüğünde iş yapabilir. H sıfıra. Yerçekimi işi, zıt işaretle alındığında vücudun potansiyel enerjisindeki değişime eşittir:

Çoğu zaman, enerji görevlerinde, bedeni yükseltmek (ters çevirmek, çukurdan çıkmak) için iş bulmak gerekir. Bütün bu durumlarda, vücudun kendisinin değil, sadece ağırlık merkezinin hareketini dikkate almak gerekir.

Potansiyel enerji Ep, sıfır seviyesinin seçimine, yani OY ekseninin orijin seçimine bağlıdır. Her görevde, kolaylık nedeniyle sıfır seviyesi seçilir. Fiziksel anlam, potansiyel enerjinin kendisi değil, vücut bir konumdan diğerine geçtiğinde değişmesidir. Bu değişiklik, sıfır seviyesinin seçiminden bağımsızdır.

Gerilmiş bir yayın potansiyel enerjisi formülle hesaplanır:

nerede: k- yayın sertliği. Gerilmiş (veya sıkıştırılmış) bir yay, kendisine bağlı bir cismi harekete geçirebilir, yani bu cisme kinetik enerji verebilir. Sonuç olarak, böyle bir yay bir enerji rezervine sahiptir. Germe veya sıkma x vücudun deforme olmamış durumuna güvenilmelidir.

Elastik olarak deforme olmuş bir cismin potansiyel enerjisi, belirli bir durumdan sıfır deformasyonlu bir duruma geçiş sırasında elastik kuvvetin işine eşittir. İlk durumda yay zaten deforme olmuşsa ve uzaması şuna eşitse x 1, daha sonra uzama ile yeni bir duruma geçiş üzerine xŞekil 2'de, elastik kuvvet, zıt işaretle alınan potansiyel enerjideki değişime eşit iş yapacaktır (elastik kuvvet her zaman vücudun deformasyonuna karşı yönlendirildiği için):

Elastik deformasyon sırasındaki potansiyel enerji, vücudun ayrı ayrı bölümlerinin elastik kuvvetler tarafından birbirleriyle etkileşiminin enerjisidir.

Sürtünme kuvvetinin işi katedilen mesafeye bağlıdır (işleri yörüngeye ve katedilen mesafeye bağlı olan bu kuvvete şu ad verilir: enerji tüketen kuvvetler). Sürtünme kuvveti için potansiyel enerji kavramı tanıtılamaz.

Yeterlik

Performans katsayısı (COP)- enerjinin dönüştürülmesi veya iletilmesiyle ilgili olarak sistemin (cihaz, makine) verimliliğinin özelliği. Kullanılan faydalı enerjinin sistem tarafından alınan toplam enerji miktarına oranı ile belirlenir (formül yukarıda verilmiştir).

Verimlilik hem iş hem de güç açısından hesaplanabilir. Yararlı ve harcanan iş (güç) her zaman basit mantıksal akıl yürütme ile belirlenir.

Elektrik motorlarında verimlilik, yapılan (faydalı) mekanik işin kaynaktan alınan elektrik enerjisine oranıdır. Isı makinelerinde, faydalı mekanik işin harcanan ısı miktarına oranı. Elektrik transformatörlerinde sekonder sargıda alınan elektromanyetik enerjinin birincil sargıda tüketilen enerjiye oranı.

Verimlilik kavramı, genelliği nedeniyle nükleer reaktörler, elektrik jeneratörleri ve motorları, termik santraller, yarı iletken cihazlar, biyolojik nesneler vb. gibi farklı sistemleri tek bir bakış açısıyla karşılaştırmayı ve değerlendirmeyi mümkün kılar.

Sürtünme, çevredeki cisimlerin ısınması vb. nedeniyle kaçınılmaz enerji kaybı nedeniyle. Verimlilik her zaman birden azdır. Buna göre verim, harcanan enerjinin bir kesri olarak yani doğru bir kesir veya yüzde olarak ifade edilir ve boyutsuz bir niceliktir. Verimlilik, bir makinenin veya mekanizmanın ne kadar verimli çalıştığını karakterize eder. Termik santrallerin verimliliği% 35-40, basınçlandırma ve ön soğutmalı içten yanmalı motorlar -% 40-50, dinamolar ve yüksek güçlü jeneratörler -% 95, transformatörler -% 98'e ulaşıyor.

Verimliliği bulmanız gereken veya bilindiği sorun, mantıksal akıl yürütme ile başlamanız gerekir - hangi iş yararlıdır ve hangisi harcanır.

Mekanik enerji korunumu yasası

Tam mekanik enerji Kinetik enerjinin (yani hareket enerjisinin) ve potansiyelin (yani cisimlerin yerçekimi ve elastikiyet kuvvetleriyle etkileşiminin enerjisinin) toplamına denir:

Mekanik enerji başka biçimlere, örneğin iç (termal) enerjiye dönüşmezse, kinetik ve potansiyel enerjinin toplamı değişmeden kalır. Mekanik enerji termal enerjiye dönüşürse, mekanik enerjideki değişim, sürtünme kuvvetinin çalışmasına veya enerji kayıplarına veya açığa çıkan ısı miktarına vb. eşittir, başka bir deyişle, toplam mekanik enerjideki değişiklik, dış kuvvetlerin işine eşittir:

Kapalı bir sistemi oluşturan cisimlerin kinetik ve potansiyel enerjisinin toplamı (yani, hiçbir dış kuvvetin etki etmediği ve çalışmaları sırasıyla sıfıra eşittir) ve yerçekimi ve elastik kuvvetlerin etkileşimi. birbirini değiştirmeden kalır:

Bu ifade ifade eder mekanik süreçlerde enerji koruma yasası (EEC)... Newton yasalarının bir sonucudur. Mekanik enerjinin korunumu yasası, yalnızca kapalı bir sistemdeki cisimler birbirleriyle esneklik ve yerçekimi kuvvetleriyle etkileşime girdiğinde yerine getirilir. Enerjinin korunumu yasasıyla ilgili tüm problemlerde, her zaman bir cisim sisteminin en az iki durumu olacaktır. Kanun, birinci durumun toplam enerjisinin, ikinci durumun toplam enerjisine eşit olacağını söylüyor.

Enerjinin korunumu yasası ile ilgili problemleri çözmek için algoritma:

1. Vücudun başlangıç ​​ve bitiş konumunun noktalarını bulun.
2. Bu noktalarda vücudun hangi enerjilere sahip olduğunu yazın.
3. Vücudun ilk ve son enerjisini eşitleyin.
4. Önceki fizik konularından diğer gerekli denklemleri ekleyin.
5. Elde edilen denklemi veya denklem sistemini matematiksel yöntemler kullanarak çözün.

Mekanik enerjinin korunumu yasasının, vücudun tüm ara noktalarındaki hareket yasasını analiz etmeden yörüngenin iki farklı noktasındaki bir cismin koordinatları ve hızları arasında bir bağlantı elde etmeyi mümkün kıldığını belirtmek önemlidir. Mekanik enerjinin korunumu yasasının uygulanması, birçok sorunun çözümünü büyük ölçüde basitleştirebilir.

Gerçek koşullarda, neredeyse her zaman, yerçekimi kuvvetleri, elastik kuvvetler ve diğer kuvvetler ile birlikte, hareketli cisimlere ortamın sürtünme veya direnç kuvvetleri etki eder. Sürtünme kuvvetinin işi yolun uzunluğuna bağlıdır.

Kapalı bir sistemi oluşturan cisimler arasında sürtünme kuvvetleri etki ediyorsa, mekanik enerji korunmaz. Mekanik enerjinin bir kısmı cisimlerin iç enerjisine (ısıtma) dönüştürülür. Böylece, bir bütün olarak enerji (yani sadece mekanik değil) her durumda korunur.

Herhangi bir fiziksel etkileşimde, enerji ortaya çıkmaz veya kaybolmaz. Sadece bir formdan diğerine dönüşür. Bu deneysel olarak kurulmuş gerçek, doğanın temel yasasını ifade eder - enerji korunumu ve dönüşüm yasası.

Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasının sonuçlarından biri, bir "sürekli mobil" - enerji harcamadan süresiz olarak iş yapabilen bir makine yaratmanın imkansızlığı hakkındaki ifadedir.

İş için farklı görevler

Bir problemde mekanik iş bulmanız gerekiyorsa, önce onu bulmak için bir yöntem seçin:

1. İş şu formülle bulunabilir: A = FS∙ çünkü α ... Seçilen referans çerçevesinde işi yapan kuvveti ve bu kuvvetin etkisi altındaki cismin hareket miktarını bulunuz. Açının kuvvet ve yer değiştirme vektörleri arasında seçilmesi gerektiğine dikkat edin.
2. Bir dış kuvvetin işi, son ve ilk durumlarda mekanik enerjideki fark olarak bulunabilir. Mekanik enerji, vücudun kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamına eşittir.
3. Bir cismi sabit bir hızla kaldırma işi şu formülle bulunabilir: A = mgh, nerede H- yükseldiği yükseklik vücut ağırlık merkezi.
4. İş, güç ve zamanın ürünü olarak bulunabilir, yani. formüle göre: A = nokta.
5. İş, kuvvete karşı yer değiştirme veya güce karşı zaman grafiğinin altındaki şeklin alanı olarak bulunabilir.

Enerji korunumu yasası ve dönme hareketinin dinamiği

Bu konunun görevleri matematiksel olarak oldukça karmaşıktır, ancak yaklaşımı biliyorsanız, tamamen standart bir algoritmaya göre çözülür. Tüm problemlerde, vücudun dikey düzlemde dönüşünü dikkate almanız gerekecektir. Çözüm, aşağıdaki eylem dizisine kadar kaynayacaktır:

1. İlgilendiğiniz noktayı (vücudun hızını, ipliğin gerilim kuvvetini, ağırlığı vb. belirlemeniz gereken nokta) belirlemek gerekir.
2. Bu noktada, cismin döndüğünü, yani merkezcil ivmeye sahip olduğunu dikkate alarak Newton'un ikinci yasasını yazın.
3. Mekanik enerjinin korunumu yasasını, cismin bu çok ilginç noktadaki hızını ve ayrıca hakkında bir şey bilinen bazı durumlarda cismin durumunun özelliklerini içerecek şekilde yazın.
4. Koşullara bağlı olarak, hızın karesini bir denklemden ifade edin ve onu başka bir denklemle değiştirin.
5. Nihai sonucu elde etmek için gerekli matematiksel işlemlerin geri kalanını gerçekleştirin.

Problemleri çözerken şunu unutmamak gerekir:

• İplik üzerinde minimum hızda dönerken üst noktayı geçme koşulu, desteğin tepki kuvvetidir. n en üst noktada 0'dır. Ölü döngünün üst noktasından geçilirken aynı koşul yerine getirilir.
• Bir çubuk üzerinde dönerken, tüm daireyi geçme koşulu: en üst noktadaki minimum hız 0'dır.
• Gövdenin küre yüzeyinden ayrılmasının koşulu, desteğin ayrılma noktasındaki reaksiyon kuvvetinin sıfıra eşit olmasıdır.

esnek olmayan çarpışmalar

Mekanik enerjinin korunumu yasası ve momentumun korunumu yasası, etki eden kuvvetlerin bilinmediği durumlarda mekanik problemlere çözüm bulmayı mümkün kılar. Bu tür bir problemin bir örneği, cisimlerin etki etkileşimidir.

Darbe (veya çarpışma) ile vücutların kısa süreli etkileşimini çağırmak gelenekseldir, bunun sonucunda hızları önemli değişikliklere uğrar. Aralarındaki cisimlerin çarpışması sırasında, büyüklüğü kural olarak bilinmeyen kısa süreli darbe kuvvetleri hareket eder. Bu nedenle, etki etkileşimini doğrudan Newton yasalarının yardımıyla düşünmek imkansızdır. Birçok durumda enerjinin ve momentumun korunumu yasalarının uygulanması, çarpışma sürecinin kendisinin dikkate alınmamasını ve bu miktarların tüm ara değerlerini atlayarak, çarpışmadan önceki ve sonraki cisimlerin hızları arasında bir bağlantı elde etmeyi mümkün kılar. .

Günlük yaşamda, teknolojide ve fizikte (özellikle atom ve temel parçacıkların fiziğinde) bedenlerin etki etkileşimi ile sık sık uğraşmak zorundayız. Mekanikte genellikle iki darbe etkileşimi modeli kullanılır - kesinlikle elastik ve kesinlikle esnek olmayan etkiler.

Tamamen esnek olmayan bir darbe ile cisimlerin birbirine bağlandığı (birbirine yapıştığı) ve tek bir cisim olarak hareket ettiği böyle bir etki etkileşimi olarak adlandırılır.

Tamamen esnek olmayan bir etki ile mekanik enerji korunmaz. Kısmen veya tamamen vücutların iç enerjisine geçer (ısıtma). Herhangi bir şoku tanımlamak için, salınan ısıyı hesaba katarak hem momentumun korunumu yasasını hem de mekanik enerjinin korunumu yasasını yazmanız gerekir (önceden bir çizim yapmak çok arzu edilir).

Kesinlikle esnek etki

Kesinlikle esnek etki Bir cisimler sisteminin mekanik enerjisinin korunduğu bir çarpışma denir. Çoğu durumda, atomların, moleküllerin ve temel parçacıkların çarpışmaları, kesinlikle esnek etki yasalarına uyar. Momentumun korunumu yasası ile birlikte kesinlikle esnek bir etki ile mekanik enerjinin korunumu yasası yerine getirilir. Mükemmel esnek bir çarpışmanın basit bir örneği, biri çarpışmadan önce hareketsiz durumda olan iki bilardo topunun merkezi etkisidir.

Merkez darbeÇarpışmadan önceki ve sonraki hızlarının merkez çizgisi boyunca yönlendirildiği çarpışma adı verilen toplar. Böylece, mekanik enerjinin ve momentumun korunumu yasalarını kullanarak, çarpışmadan önceki hızları biliniyorsa, topların çarpışmadan sonraki hızlarını belirlemek mümkündür. Merkezi etki, özellikle atomların veya moleküllerin çarpışması söz konusu olduğunda, pratikte çok nadiren gerçekleşir. Merkez dışı elastik çarpışma durumunda, parçacıkların (topların) çarpışmadan önceki ve sonraki hızları tek bir doğru boyunca yönlendirilmez.

Merkez dışı elastik çarpmanın özel bir durumu, biri çarpışmadan önce hareketsiz olan ve aynı kütleye sahip iki bilardo topunun çarpışması olabilir ve ikincisinin hızı topların merkezlerinin çizgisi boyunca yönlendirilmemiştir. . Bu durumda, esnek çarpışmadan sonra topların hız vektörleri her zaman birbirine dik olarak yönlendirilir.

Koruma yasaları. zorlu görevler

birden fazla gövde

Enerjinin korunumu yasasıyla ilgili bazı problemlerde, yardımıyla bazı nesnelerin hareket ettirildiği kabloların kütlesi olabilir (yani, alışmış olabileceğiniz gibi ağırlıksız değildir). Bu durumda, bu tür kabloların (yani ağırlık merkezlerinin) hareket ettirilmesi işi de dikkate alınmalıdır.

Ağırlıksız bir çubukla birbirine bağlanan iki cisim dikey bir düzlemde dönüyorsa:

1. potansiyel enerjiyi hesaplamak için, örneğin dönme ekseni seviyesinde veya ağırlıklardan birinin bulunduğu en düşük nokta seviyesinde bir sıfır seviyesi seçin ve bir çizim yapın;
2. İlk durumda her iki cismin kinetik ve potansiyel enerjisinin toplamının sol tarafa kaydedildiği mekanik enerjinin korunumu yasasını ve son durumda her iki cismin kinetik ve potansiyel enerjisinin toplamını yazın. sağ tarafa kaydedilir;
3. cisimlerin açısal hızlarının aynı olduğunu dikkate alın, o zaman cisimlerin doğrusal hızları dönme yarıçaplarıyla orantılıdır;
4. Gerekirse, her cisim için Newton'un ikinci yasasını ayrı ayrı yazın.

Kabuk patlaması

Bir merminin patlaması durumunda, patlayıcı enerji açığa çıkar. Bu enerjiyi bulmak için, merminin patlamadan önceki mekanik enerjisini, patlamadan sonraki parçaların mekanik enerjilerinin toplamından çıkarmak gerekir. Ayrıca, kosinüs teoremi (vektör yöntemi) biçiminde veya seçilen eksenler üzerine izdüşümler biçiminde yazılmış momentumun korunumu yasasını da kullanacağız.

Ağır levha çarpışmaları

Hızla hareket eden ağır bir plakaya doğru izin verin v kütlesi olan hafif bir top m hız ile sen n. Topun momentumu plakanın momentumundan çok daha az olduğundan, çarpmadan sonra plakanın hızı değişmeyecek ve aynı hızda ve aynı yönde hareket etmeye devam edecektir. Elastik darbenin bir sonucu olarak, top plakadan uçacaktır. Burada şunu anlamak önemlidir topun plakaya göre hızı değişmez... Bu durumda, topun son hızı için şunu elde ederiz:

Böylece çarpmadan sonra topun hızı duvarın hızının iki katı kadar artar. Top ve plakanın çarpmadan önce aynı yönde hareket ettiği durum için benzer bir akıl yürütme, topun hızının duvarın hızının iki katı kadar azaldığı sonucuna yol açar:

Fizik ve matematikte diğer şeylerin yanı sıra üç önemli koşulun karşılanması gerekir:

1. Bu sitedeki eğitim materyallerinde verilen tüm konuları keşfedin ve tüm testleri ve görevleri tamamlayın. Bunu yapmak için hiçbir şeye ihtiyacınız yok, yani: her gün üç ila dört saatinizi fizik ve matematikte CT'ye hazırlanmak, teori çalışmak ve problem çözmek için ayırmak. Gerçek şu ki, CT sadece fizik veya matematik bilmenin yeterli olmadığı bir sınavdır, yine de farklı konularda ve değişen karmaşıklıktaki çok sayıda problemi hızlı ve sorunsuz bir şekilde çözebilmeniz gerekir. İkincisi ancak binlerce problem çözülerek öğrenilebilir.
2. Fizikteki tüm formülleri ve yasaları, matematikteki formülleri ve yöntemleri öğrenin. Aslında bunu yapmak da çok basit, fizikte sadece 200 kadar gerekli formül var, hatta matematikte biraz daha az. Bu konuların her birinde, temel karmaşıklık düzeyindeki sorunları çözmek için yaklaşık bir düzine standart yöntem vardır, bunlar da öğrenmesi oldukça mümkündür ve bu nedenle, tamamen otomatik ve zorluk çekmeden, doğru zamanda, CG'nin çoğunu çözer. Bundan sonra, sadece en zor görevleri düşünmeniz gerekecek.
3. Üç fizik ve matematik prova testinin tümüne katılın. Her iki seçeneği de çözmek için her RT iki kez ziyaret edilebilir. Yine CT'de, problemleri hızlı ve verimli bir şekilde çözme yeteneğine ve formül ve yöntem bilgisine ek olarak, zamanı doğru planlayabilmek, kuvvetleri dağıtabilmek ve en önemlisi cevap formunu doldurabilmek de gereklidir. doğru, cevapların ve görevlerin sayısını veya kendi soyadınızı karıştırmadan. Ayrıca, RT sırasında, BT'de hazırlıksız bir kişi için çok sıra dışı görünebilecek görevlerde soru sorma tarzına alışmak önemlidir.

Bu üç noktanın başarılı, özenli ve sorumlu bir şekilde uygulanması, CT'de yapabileceklerinizin maksimumu olan mükemmel sonuçlar göstermenize izin verecektir.

Bir hata mı buldunuz?

Size göründüğü gibi, eğitim materyallerinde bir hata bulduysanız, lütfen posta ile yazın. Ayrıca sosyal ağdaki () hata hakkında da yazabilirsiniz. Mektupta konuyu (fizik veya matematik), konunun veya testin başlığını veya numarasını, problemin numarasını veya metinde (sayfa) sizce bir hatanın olduğu yeri belirtin. Ayrıca iddia edilen hatanın ne olduğunu da açıklayın. Mektubunuz gözden kaçmayacak, ya hata düzeltilecek ya da neden hata olmadığı size anlatılacaktır.

Çevremizdeki dünya sürekli hareket halindedir. Herhangi bir cisim (nesne), dinlenme halinde olsa bile belirli bir işi yerine getirebilir. Ama herhangi bir işlem gerektirir biraz çaba sarf et, bazen önemli.

Yunancadan çevrilen bu terim "aktivite", "güç", "güç" anlamına gelir. Dünyadaki ve gezegenimizin dışındaki tüm süreçler, çevreleyen nesnelerin, cisimlerin, nesnelerin sahip olduğu bu kuvvet nedeniyle gerçekleşir.

Temas halinde

Geniş çeşitlilik arasında, bu kuvvetin, esas olarak kaynaklarında farklılık gösteren birkaç ana türü vardır:

• mekanik - bu tip dikey, yatay veya başka bir düzlemde hareket eden cisimler için tipiktir;
• ısı - sonuç olarak salınır düzensiz moleküller maddelerde;
• - bu türün kaynağı, iletkenlerde ve yarı iletkenlerde yüklü parçacıkların hareketidir;
• ışık - hafif parçacıklar tarafından taşınır - fotonlar;
• nükleer - ağır elementlerin atomlarının çekirdeklerinin kendiliğinden zincir fisyonunun bir sonucu olarak ortaya çıkar.

Bu makale, nesnelerin mekanik kuvvetinin ne olduğunu, nelerden oluştuğunu, neye bağlı olduğunu ve çeşitli işlemler sırasında nasıl dönüştürüldüğünü tartışacaktır.

Bu tür cisimler sayesinde cisimler hareket halinde veya hareketsiz olabilir. Bu tür faaliyetlerin olasılığı varlığı nedeniyle iki ana bileşen:

• kinetik (Ek);
• potansiyel (En).

Tüm sistemin genel sayısal göstergesini belirleyen kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamıdır. Şimdi her birini hesaplamak için hangi formüllerin kullanıldığı ve enerjinin nasıl ölçüldüğü hakkında.

Enerji nasıl hesaplanır

Kinetik enerji, herhangi bir sistemin bir özelliğidir. hareket halinde... Fakat kinetik enerjiyi nasıl buluyorsunuz?

Kinetik enerjinin hesaplama formülü çok basit olduğu için bunu yapmak kolaydır:

Spesifik değer iki ana parametre tarafından belirlenir: vücudun hareket hızı (V) ve kütlesi (m). Bu özellikler ne kadar fazlaysa, tanımlanan olgunun değeri sistem tarafından o kadar büyük olur.

Ancak nesne hareket etmiyorsa (yani v = 0), kinetik enerji sıfıra eşittir.

Potansiyel enerji – bu, bağlı olarak bir özelliktir cisimlerin konumları ve koordinatları.

Herhangi bir cisim yerçekimine ve elastik kuvvetlere tabidir. Nesnelerin birbirleriyle bu tür etkileşimi her yerde gözlenir, bu nedenle cisimler sürekli hareket halindedir, koordinatlarını değiştirir.

Cismin dünya yüzeyinden ne kadar yüksekte olursa, kütlesi ne kadar büyükse, bunun göstergesinin de o kadar büyük olduğu tespit edilmiştir. sahip olduğu büyüklük.

Böylece potansiyel enerji kütleye (m), yüksekliğe (h) bağlıdır. g değeri, 9.81 m / s2'ye eşit yerçekimi ivmesidir. Kantitatif değerini hesaplama işlevi şöyle görünür:

SI sisteminde bu fiziksel miktarın ölçü birimi jul (1 J)... Bu, 1 Newton'luk bir efor uygularken, vücudu 1 metre hareket ettirmek için tam olarak ne kadar çaba gerektirdiğidir.

Önemli! Bir ölçü birimi olarak joule, 1889'da düzenlenen Uluslararası Elektrikçiler Kongresi'nde onaylandı. O zamana kadar, İngiliz Termal Birimi BTU, şu anda termal tesisatların gücünü belirlemek için kullanılan ölçüm standardıydı.

Koruma ve dönüştürmenin temelleri

Herhangi bir cismin bulunduğu yer ve zamandan bağımsız olarak toplam kuvvetinin her zaman sabit kaldığı, sadece sabit bileşenlerinin (En) ve (Ek) dönüştürüldüğü fiziğin temellerinden bilinmektedir.

Potansiyel enerjinin kinetik enerjiye geçişi ve bunun tersi de belirli koşullar altında gerçekleşir.

Örneğin, bir nesne hareket etmiyorsa, kinetik enerjisi sıfırdır ve bu durumda yalnızca potansiyel bileşen mevcut olacaktır.

Tersine, örneğin yüzeydeyken (h = 0) bir nesnenin potansiyel enerjisi nedir? Elbette sıfırdır ve cismin E'si yalnızca Ek bileşeninden oluşacaktır.

Ama potansiyel enerji sürüş gücü... Sistemin belirli bir yüksekliğe çıkarılması yeterlidir. ne En hemen artmaya başlayacak ve buna göre Ek böyle bir miktarda azalacaktır. Bu model yukarıdaki (1) ve (2) formüllerinde görülebilir.

Netlik için, atılan bir taş veya top ile bir örnek vereceğiz. Uçuş sırasında, her biri hem potansiyel hem de kinetik bileşenlere sahiptir. Biri artarsa ​​diğeri de aynı oranda azalır.

Nesnelerin yukarı doğru uçuşu, Ek hareketinin bileşeninde yeterli rezerv ve kuvvet olduğu sürece devam eder. Bittiği anda düşüş başlar.

Ancak nesnelerin potansiyel enerjisinin en yüksek noktada neye eşit olduğunu tahmin etmek zor değil, bu maksimum.

Düştüklerinde ise tam tersi oluyor. Yere değdiğinde kinetik enerji seviyesi maksimumdadır.

Bu yasanın işleyişi sadece sıradan yaşamda değil, aynı zamanda bilimsel teorilerde de gözlemlenir. Bunlardan biri hakkında kısaca.

İdeal bir gazın sayısız partikülü arasında etkileşim olmadığından, açıklanan molekül olgusunun potansiyel bileşeni kalıcı olarak sıfır... Bu, ideal bir gazın parçacıklarının tüm iç kuvvetinin ortalama kinetik kuvvet olarak belirlendiği ve yukarıdaki formül (1) kullanılarak hesaplandığı anlamına gelir.

Dikkat! Günümüzde masalarda "sarkaç" adı verilen bir hatıra görebilirsiniz. Bu cihaz, dönüştürme sürecini mükemmel bir şekilde gösterir. En dıştaki top yana çekilir ve serbest bırakılırsa, çarpışmadan sonra enerji yükünü bir sonraki topa ve bunu da komşusuna aktarır.

Fizikte enerji türleri

Kinetik ve potansiyel enerjiler, formüller

Çözüm

Örneğin, kinetik enerjinin nasıl bulunacağı sorusuna bilim adamları uzun zamandır bir cevap verdiler. Zaten XIX yüzyılın ortasında. İngiliz tamirci William Thomson, deneylerinde "kinetik" tanımını kullandı. Ancak modern yaşam, bir türün diğerine dönüşmesi konusunda derin araştırmalar yapmaya zorladı.