Para poder caracterizar as características de energia do movimento, o conceito de trabalho mecânico foi introduzido. E é a ela em suas diversas manifestações que o artigo é dedicado. Compreender o tema é fácil e bastante complexo. O autor tentou sinceramente torná-lo mais compreensível e compreensível, e só podemos esperar que o objetivo tenha sido alcançado.
Como isso é chamado? Se alguma força atua sobre o corpo e, como resultado da ação dessa força, o corpo se move, isso é chamado de trabalho mecânico. Quando abordado do ponto de vista da filosofia científica, vários aspectos adicionais podem ser distinguidos aqui, mas o artigo abordará o tema do ponto de vista da física. O trabalho mecânico não é difícil se você pensar cuidadosamente sobre as palavras escritas aqui. Mas a palavra "mecânica" geralmente não é escrita e tudo se reduz à palavra "trabalho". Mas nem todo trabalho é mecânico. Aqui um homem se senta e pensa. Funciona? Mentalmente sim! Mas é trabalho mecânico? Não. E se a pessoa estiver andando? Se o corpo se move sob a influência de uma força, isso é trabalho mecânico. Tudo é simples. Em outras palavras, a força que age sobre o corpo realiza trabalho (mecânico). E mais uma coisa: é o trabalho que pode caracterizar o resultado da ação de uma determinada força. Portanto, se uma pessoa caminha, certas forças (atrito, gravidade, etc.) realizam trabalho mecânico sobre uma pessoa e, como resultado de sua ação, a pessoa muda seu ponto de localização, ou seja, ela se move.
Trabalhe como quantidade físicaé igual à força que atua sobre o corpo, multiplicada pela trajetória que o corpo fez sob a influência dessa força e no sentido por ela indicado. Podemos dizer que o trabalho mecânico foi realizado se 2 condições fossem atendidas simultaneamente: a força atuava no corpo e ele se movia na direção de sua ação. Mas não foi executado ou não é realizado se a força atuou e o corpo não mudou sua localização no sistema de coordenadas. Aqui estão pequenos exemplos onde o trabalho mecânico não é feito:
Dependendo de certas condições, o trabalho mecânico pode ser negativo e positivo. Então, se as direções e forças, e os movimentos do corpo são os mesmos, então o trabalho positivo ocorre. Um exemplo de trabalho positivo é o efeito da gravidade na queda de uma gota d'água. Mas se a força e a direção do movimento forem opostas, ocorrerá trabalho mecânico negativo. Um exemplo dessa opção é o aumento balão e a força da gravidade, que faz trabalho negativo. Quando um corpo é submetido à influência de várias forças, esse trabalho é chamado de "trabalho de força resultante".
Passamos da teoria para a parte prática. Separadamente, devemos falar sobre trabalho mecânico e seu uso na física. Como muitos provavelmente se lembraram, toda a energia do corpo é dividida em cinética e potencial. Quando um objeto está em equilíbrio e não se move para lugar nenhum, sua energia potencial é igual à energia total e sua energia cinética é zero. Quando o movimento começa, a energia potencial começa a diminuir, a energia cinética a aumentar, mas no total são iguais à energia total do objeto. Para um ponto material, a energia cinética é definida como o trabalho da força que acelerou o ponto de zero até o valor H e, na forma de fórmula, a cinética do corpo é ½ * M * H, onde M é a massa. Para descobrir a energia cinética de um objeto que consiste em muitas partículas, você precisa encontrar a soma de todas as energias cinéticas das partículas, e esta será a energia cinética do corpo.
No caso em que todas as forças que atuam no corpo são conservativas e a energia potencial é igual ao total, nenhum trabalho é realizado. Este postulado é conhecido como a lei da conservação da energia mecânica. A energia mecânica em um sistema fechado é constante no intervalo de tempo. A lei de conservação é amplamente utilizada para resolver problemas da mecânica clássica.
Em termodinâmica, o trabalho realizado por um gás durante a expansão é calculado pela integral da pressão multiplicada pelo volume. Esta abordagem é aplicável não apenas nos casos em que existe uma função exata de volume, mas também para todos os processos que podem ser exibidos no plano pressão/volume. O conhecimento do trabalho mecânico também se aplica não só aos gases, mas a tudo o que pode exercer pressão.
Na mecânica teórica, todas as propriedades e fórmulas descritas acima são consideradas com mais detalhes, em particular, são projeções. Ela também dá sua própria definição para várias fórmulas de trabalho mecânico (um exemplo da definição para a integral de Rimmer): o limite para o qual a soma de todas as forças do trabalho elementar tende quando a finura da partição tende a zero é chamado de limite trabalho da força ao longo da curva. Provavelmente difícil? Mas nada, com mecânica teórica tudo. Sim, e todo o trabalho mecânico, física e outras dificuldades acabaram. Além disso, haverá apenas exemplos e uma conclusão.
O SI usa joules para medir o trabalho, enquanto o GHS usa ergs:
Para finalmente entender um conceito como trabalho mecânico, você deve estudar alguns exemplos separados que permitirão considerá-lo de muitos, mas não de todos os lados:
Finalmente, quero tocar no tema do poder. O trabalho realizado por uma força em uma unidade de tempo é chamado de potência. Na verdade, a potência é uma quantidade física que reflete a proporção de trabalho para um determinado período de tempo durante o qual esse trabalho foi realizado: M = P / B, onde M é potência, P é trabalho, B é tempo. A unidade SI de potência é 1 watt. Um watt é igual à potência que realiza o trabalho de um joule em um segundo: 1 W = 1J \ 1s.
O trabalho mecânico é uma energia característica do movimento dos corpos físicos, que tem visão escalar. É igual ao módulo da força que atua sobre o corpo, multiplicado pelo módulo de deslocamento causado por essa força e o cosseno do ângulo entre eles.
Fórmula 1 - Trabalho mecânico.
F - Força atuando sobre o corpo.
s - movimento corporal.
cosa - Cosseno do ângulo entre força e deslocamento.
Esta fórmula tem Forma geral. Se o ângulo entre a força aplicada e o deslocamento for zero, então o cosseno é 1. Assim, o trabalho será igual apenas ao produto da força pelo deslocamento. Simplificando, se o corpo se move na direção da aplicação da força, o trabalho mecânico é igual ao produto da força pelo deslocamento.
Segundo caso especial quando o ângulo entre a força que atua sobre o corpo e seu deslocamento é de 90 graus. Nesse caso, o cosseno de 90 graus é igual a zero, respectivamente, o trabalho será igual a zero. E, de fato, o que acontece é que aplicamos força em uma direção e o corpo se move perpendicularmente a ela. Ou seja, o corpo obviamente não está se movendo sob a influência de nossa força. Assim, o trabalho de nossa força para mover o corpo é zero.
Figura 1 - O trabalho das forças ao movimentar o corpo.
Se mais de uma força atua sobre o corpo, então a força total atuando sobre o corpo é calculada. E então é substituído na fórmula como a única força. Um corpo sob a ação de uma força pode se mover não apenas em linha reta, mas também ao longo de uma trajetória arbitrária. Nesse caso, o trabalho é calculado para um pequeno trecho de movimento, que pode ser considerado reto e depois somado ao longo de todo o percurso.
O trabalho pode ser positivo e negativo. Ou seja, se o deslocamento e a força coincidem na direção, o trabalho é positivo. E se a força for aplicada em uma direção e o corpo se mover na outra, o trabalho será negativo. Um exemplo de trabalho negativo é o trabalho da força de atrito. Como a força de atrito é direcionada contra o movimento. Imagine um corpo se movendo ao longo de um plano. Uma força aplicada a um corpo o empurra em uma determinada direção. Essa força realiza um trabalho positivo para mover o corpo. Mas, ao mesmo tempo, a força de atrito realiza um trabalho negativo. Ele retarda o movimento do corpo e é direcionado para o seu movimento.
Figura 2 - Força de movimento e atrito.
O trabalho em mecânica é medido em Joules. Um Joule é o trabalho realizado por uma força de um Newton quando um corpo se move um metro. Além da direção do movimento do corpo, a magnitude da força aplicada também pode mudar. Por exemplo, quando uma mola é comprimida, a força aplicada a ela aumentará proporcionalmente à distância percorrida. Nesse caso, o trabalho é calculado pela fórmula.
Fórmula 2 - Trabalho de compressão de uma mola.
k é a rigidez da mola.
x - coordenada de movimento.
Na vida cotidiana, sob o conceito de "trabalho" entendemos tudo.
Na física, o conceito Trabalhar um pouco diferente. Esta é uma certa quantidade física, o que significa que pode ser medida. Na física, o estudo é principalmente Trabalho mecanico .
Considere exemplos de trabalho mecânico.
O trem se move sob a ação da força de tração da locomotiva elétrica, enquanto realiza trabalho mecânico. Quando uma arma é disparada, a força de pressão dos gases em pó funciona - ela move a bala ao longo do cano, enquanto a velocidade da bala aumenta.
A partir desses exemplos, pode-se ver que o trabalho mecânico é realizado quando o corpo se move sob a ação de uma força. O trabalho mecânico também é realizado no caso em que a força que atua no corpo (por exemplo, a força de atrito) reduz a velocidade de seu movimento.
Querendo mover o gabinete, pressionamos com força, mas se ele não se mover ao mesmo tempo, não realizamos trabalho mecânico. Pode-se imaginar o caso em que o corpo se move sem a participação de forças (por inércia), neste caso também não é realizado trabalho mecânico.
Então, trabalho mecânico é realizado apenas quando uma força atua sobre o corpo e ele se move .
É fácil entender que quanto maior for a força que atua sobre o corpo e quanto mais longa for a trajetória que o corpo percorre sob a ação dessa força, maior será o trabalho realizado.
O trabalho mecânico é diretamente proporcional à força aplicada e diretamente proporcional à distância percorrida. .
Portanto, concordamos em medir o trabalho mecânico pelo produto da força e o caminho percorrido nessa direção dessa força:
trabalho = força × caminho
Onde MAS- Trabalhar, F- Força e s- distância viajada.
Uma unidade de trabalho é o trabalho realizado por uma força de 1 N em uma trajetória de 1 m.
unidade de trabalho - joule (J ) recebeu o nome do cientista inglês Joule. Nesse caminho,
1 J = 1 Nm.
Também usado quilojoules (kJ) .
1 kJ = 1000 J.
Fórmula A = Fs aplicável quando o poder Fé constante e coincide com a direção do movimento do corpo.
Se a direção da força coincide com a direção do movimento do corpo, então esta força realiza um trabalho positivo.
Se o movimento do corpo ocorre na direção oposta à direção da força aplicada, por exemplo, a força de atrito deslizante, essa força realiza um trabalho negativo.
Se a direção da força que age sobre o corpo é perpendicular à direção do movimento, então esta força não realiza trabalho, o trabalho é zero:
No futuro, por falar em trabalho mecânico, vamos chamá-lo brevemente em uma palavra - trabalho.
Exemplo. Calcule o trabalho realizado ao elevar uma laje de granito com volume de 0,5 m3 a uma altura de 20 m. A densidade do granito é de 2500 kg / m 3.
Dado:
ρ \u003d 2500 kg / m 3
Solução:
onde F é a força que deve ser aplicada para levantar uniformemente a placa. Esta força é igual em módulo à força da corda Fstrand atuando na placa, ou seja, F = Fstrand. E a força da gravidade pode ser determinada pela massa da placa: Ftyazh = gm. Calculamos a massa da laje, conhecendo seu volume e densidade do granito: m = ρV; s = h, ou seja, o caminho é igual à altura da subida.
Assim, m = 2500 kg/m3 0,5 m3 = 1250 kg.
F = 9,8 N/kg 1250 kg ≈ 12250 N.
A = 12.250 N 20 m = 245.000 J = 245 kJ.
Responda: A = 245 kJ.
São necessários motores diferentes para fazer o mesmo trabalho. tempo diferente. Por exemplo, um guindaste em um canteiro de obras eleva centenas de tijolos até o último andar de um prédio em poucos minutos. Se um trabalhador movesse esses tijolos, levaria várias horas para fazer isso. Outro exemplo. Um cavalo pode arar um hectare de terra em 10-12 horas, enquanto um trator com um arado multi-partilha ( relha- parte do arado que corta a camada de terra por baixo e a transfere para o lixão; multi-share - muitos compartilhamentos), este trabalho será feito por 40 a 50 minutos.
É claro que um guindaste faz o mesmo trabalho mais rápido que um trabalhador e um trator mais rápido que um cavalo. A velocidade de trabalho é caracterizada por um valor especial chamado potência.
A potência é igual à razão entre o trabalho e o tempo em que foi concluído.
Para calcular a potência, é necessário dividir o trabalho pelo tempo durante o qual esse trabalho é realizado. potência = trabalho / tempo.
Onde N- potência, UMA- Trabalhar, t- tempo de trabalho realizado.
A potência é um valor constante, quando o mesmo trabalho é feito a cada segundo, em outros casos a relação No define potencia média:
N cf = No . A unidade de potência foi tomada como a potência na qual o trabalho em J é realizado em 1 s.
Esta unidade é chamada de watt ( ter) em homenagem a outro cientista inglês Watt.
1 watt = 1 joule/1 segundo, ou 1 W = 1 J/s.
Watt (joule por segundo) - W (1 J / s).
Unidades maiores de potência são amplamente utilizadas em engenharia - quilowatt (kW), megawatt (MW) .
1 MW = 1.000.000 W
1 kW = 1000 W
1 mW = 0,001 W
1 W = 0,000001 MW
1 W = 0,001 kW
1 W = 1000 mW
Exemplo. Encontre a potência do fluxo de água que flui através da represa, se a altura da queda d'água é de 25 m e sua vazão é de 120 m3 por minuto.
Dado:
ρ = 1000 kg/m3
Solução:
Massa de água caindo: m = ρV,
m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120.000 kg (12 104 kg).
A força da gravidade atuando na água:
F = 9,8 m/s2 120.000 kg ≈ 1.200.000 N (12 105 N)
Trabalho realizado por minuto:
A - 1.200.000 N 25 m = 30.000.000 J (3 107 J).
Potência de fluxo: N = A/t,
N = 30.000.000 J / 60 s = 500.000 W = 0,5 MW.
Responda: N = 0,5 MW.
Vários motores têm potências que variam de centésimos e décimos de quilowatt (motor de barbeador elétrico, máquina de costura) a centenas de milhares de quilowatts (água e turbinas a vapor).
Tabela 5
Potência de alguns motores, kW.
Cada motor possui uma placa (passaporte do motor), que contém alguns dados sobre o motor, inclusive sua potência.
A energia humana em condições normais de trabalho é em média de 70 a 80 watts. Fazendo saltos, subindo escadas, uma pessoa pode desenvolver potência de até 730 watts e, em alguns casos, até mais.
Da fórmula N = A/t segue que
Para calcular o trabalho, você precisa multiplicar a potência pelo tempo durante o qual esse trabalho foi realizado.
Exemplo. O motor do ventilador de ambiente tem uma potência de 35 watts. Quanto trabalho ele realiza em 10 minutos?
Vamos anotar a condição do problema e resolvê-lo.
Dado:
Solução:
A = 35 W * 600 s = 21.000 W * s = 21.000 J = 21 kJ.
Responda UMA= 21 kJ.
Desde tempos imemoriais, o homem utiliza vários dispositivos para realizar trabalhos mecânicos.
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Todo mundo sabe que um objeto pesado (pedra, armário, máquina), que não pode ser movido manualmente, pode ser movido com uma vara bastante longa - uma alavanca.
No este momento acredita-se que com a ajuda de alavancas há três mil anos, durante a construção das pirâmides em Antigo Egito eles se moveram e ergueram pesadas lajes de pedra a uma grande altura.
Em muitos casos, em vez de elevar uma carga pesada a uma determinada altura, ela pode ser rolada ou puxada para a mesma altura em um plano inclinado ou levantada com blocos.
Os dispositivos usados para transformar energia são chamados mecanismos .
Mecanismos simples incluem: alavancas e suas variedades - bloco, portão; plano inclinado e suas variedades - cunha, parafuso. Na maioria dos casos, mecanismos simples são utilizados para obter um ganho de resistência, ou seja, aumentar em várias vezes a força que atua sobre o corpo.
Mecanismos simples são encontrados em casa e em todas as fábricas complexas e máquinas de fábrica que cortam, torcem e estampam folhas grandes aço ou puxe os fios mais finos, dos quais os tecidos são feitos. Os mesmos mecanismos podem ser encontrados em modernos autômatos complexos, máquinas de impressão e contagem.
Considere o mecanismo mais simples e comum - a alavanca.
A alavanca é sólido, que pode girar em torno de um suporte fixo.
As figuras mostram como um trabalhador usa um pé de cabra para levantar uma carga como uma alavanca. No primeiro caso, um trabalhador com uma força F pressiona a ponta do pé de cabra B, no segundo - levanta o final B.
O trabalhador precisa superar o peso da carga P- força dirigida verticalmente para baixo. Para isso, ele gira o pé de cabra em torno de um eixo que passa pelo único imóvel ponto de ruptura - seu fulcro O. Força F, com que o trabalhador atua na alavanca, menos força P, então o trabalhador recebe ganho de força. Com a ajuda de uma alavanca, você pode levantar uma carga tão pesada que não consegue levantá-la sozinho.
A figura mostra uma alavanca cujo eixo de rotação é O(fulcro) está localizado entre os pontos de aplicação de forças MAS e NO. A outra figura mostra um diagrama dessa alavanca. Ambas as forças F 1 e F 2 atuando na alavanca são direcionados na mesma direção.
A distância mais curta entre o ponto de apoio e a linha reta ao longo da qual a força atua na alavanca é chamada de braço da força.
Para encontrar o ombro da força, é necessário abaixar a perpendicular do fulcro até a linha de ação da força.O comprimento desta perpendicular será o ombro desta força. A figura mostra que OA- força do ombro F 1; OV- força do ombro F 2. As forças que atuam na alavanca podem girá-la em torno do eixo em duas direções: no sentido horário ou anti-horário. sim, poder F 1 gira a alavanca no sentido horário e a força F 2 gira no sentido anti-horário.
A condição sob a qual a alavanca está em equilíbrio sob a ação de forças aplicadas a ela pode ser estabelecida experimentalmente. Ao mesmo tempo, deve-se lembrar que o resultado da ação de uma força depende não apenas de seu valor numérico (módulo), mas também do ponto em que é aplicada ao corpo, ou como é direcionada.
Vários pesos são suspensos da alavanca (ver Fig.) em ambos os lados do fulcro, de modo que a cada vez a alavanca permaneça em equilíbrio. As forças que atuam na alavanca são iguais aos pesos dessas cargas. Para cada caso, são medidos os módulos de forças e seus ombros. Pela experiência mostrada na Figura 154, pode-se ver que a força 2 H equilibra o poder 4 H. Neste caso, como pode ser visto na figura, o ombro de menor força é 2 vezes maior que o ombro de maior força.
Com base em tais experimentos, foi estabelecida a condição (regra) do equilíbrio da alavanca.
A alavanca está em equilíbrio quando as forças que atuam sobre ela são inversamente proporcionais aos ombros dessas forças.
Esta regra pode ser escrita como uma fórmula:
F 1/F 2 = eu 2/ eu 1 ,
Onde F 1e F 2 - forças que atuam na alavanca, eu 1e eu 2 , - os ombros dessas forças (ver Fig.).
A regra para o equilíbrio da alavanca foi estabelecida por Arquimedes por volta de 287-212. BC e. (Mas o último parágrafo não dizia que as alavancas eram usadas pelos egípcios? Ou a palavra "estabelecido" é importante aqui?)
Segue-se desta regra que uma força menor pode ser equilibrada com uma alavancagem de uma força maior. Deixe um braço da alavanca ser 3 vezes maior que o outro (ver Fig.). Então, aplicando uma força de, por exemplo, 400 N no ponto B, é possível levantar uma pedra de 1200 N. Para levantar uma carga ainda mais pesada, é necessário aumentar o comprimento do braço da alavanca sobre o qual atos do trabalhador.
Exemplo. Usando uma alavanca, um trabalhador levanta uma laje de 240 kg (ver Fig. 149). Que força ele aplica ao braço maior da alavanca, que mede 2,4 m, se o braço menor mede 0,6 m?
Vamos anotar a condição do problema e resolvê-lo.
Dado:
Solução:
De acordo com a regra de equilíbrio da alavanca, F1/F2 = l2/l1, onde F1 = F2 l2/l1, onde F2 = P é o peso da pedra. Peso da pedra asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N
Então, F1 = 2400 N 0,6 / 2,4 = 600 N.
Responda: F1 = 600 N.
Em nosso exemplo, o trabalhador supera uma força de 2400 N aplicando na alavanca uma força de 600 N. Mas, ao mesmo tempo, o braço sobre o qual o trabalhador atua é 4 vezes mais longo do que aquele sobre o qual atua o peso da pedra ( eu 1 : eu 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).
Aplicando a regra da alavancagem, uma força menor pode equilibrar uma força maior. Neste caso, o braço de menor força deve ser mais longo que o braço maior força.
Você já conhece a regra de equilíbrio da alavanca:
F 1 / F 2 = eu 2 / eu 1 ,
Usando a propriedade da proporção (o produto de seus termos extremos é igual ao produto de seus termos médios), escrevemos desta forma:
F 1eu 1 = F 2 eu 2 .
No lado esquerdo da equação está o produto da força F 1 no ombro eu 1, e à direita - o produto da força F 2 no ombro dela eu 2 .
O produto do módulo da força girando o corpo e seu braço é chamado momento de força; é denotado pela letra M. Portanto,
Uma alavanca está em equilíbrio sob a ação de duas forças se o momento da força que a gira no sentido horário é igual ao momento da força que a gira no sentido anti-horário.
Esta regra é chamada regra do momento , pode ser escrita como uma fórmula:
M1 = M2
De fato, no experimento que consideramos, (§ 56) as forças atuantes eram iguais a 2 N e 4 N, seus ombros, respectivamente, eram 4 e 2 pressões de alavanca, ou seja, os momentos dessas forças são os mesmos quando a alavanca está em equilíbrio.
O momento da força, como qualquer quantidade física, pode ser medido. Um momento de força de 1 N é tomado como uma unidade de momento de força, cujo ombro é exatamente 1 m.
Esta unidade é chamada newton metro (N m).
O momento da força caracteriza a ação da força e mostra que ela depende simultaneamente do módulo da força e de seu ombro. Com efeito, já sabemos, por exemplo, que o efeito de uma força numa porta depende tanto do módulo da força como do local onde a força é aplicada. A porta é mais fácil de rodar quanto mais longe do eixo de rotação for aplicada a força que actua sobre ela. Porca, é melhor desparafusar o longo chave inglesa do que curto. Quanto mais fácil for levantar um balde do poço, mais longa será a alça do portão, etc.
A regra da alavanca (ou a regra do momento) fundamenta a ação vários tipos ferramentas e dispositivos usados na tecnologia e na vida cotidiana onde é necessário ganhar força ou na estrada.
Temos um ganho de força ao trabalhar com tesoura. Tesouras - é uma alavanca(arroz), cujo eixo de rotação ocorre por meio de um parafuso que conecta as duas metades da tesoura. força atuante F 1 é a força muscular da mão da pessoa que aperta a tesoura. Força oposta F 2 - a força de resistência de tal material que é cortado com tesoura. Dependendo da finalidade da tesoura, seu dispositivo é diferente. As tesouras de escritório, projetadas para cortar papel, têm lâminas longas e cabos quase do mesmo comprimento. Não requer muita força para cortar o papel e é mais conveniente cortar em linha reta com uma lâmina longa. As tesouras para cortar chapas (Fig.) possuem cabos muito mais longos que as lâminas, pois a força de resistência do metal é grande e para equilibrá-la, o ombro da força atuante deve ser significativamente aumentado. Mais mais diferença entre o comprimento das alças e a distância da peça de corte e o eixo de rotação em cortadores de fio(Fig.), Projetado para corte de fio.
Alavancas tipo diferente muitos carros tem. Uma alça de máquina de costura, pedais de bicicleta ou freio de mão, pedais de carro e trator, teclas de piano são exemplos de alavancas usadas nessas máquinas e ferramentas.
Exemplos do uso de alavancas são os cabos de tornos e bancadas de trabalho, a alavanca de uma furadeira, etc.
A ação das balanças de alavanca também é baseada no princípio da alavanca (Fig.). A escala de treinamento mostrada na figura 48 (p. 42) atua como alavanca de braço igual . NO escalas decimais o braço no qual o copo com pesos está suspenso é 10 vezes mais longo que o braço que carrega a carga. Isso simplifica muito a pesagem de grandes cargas. Ao pesar uma carga em uma escala decimal, multiplique o peso dos pesos por 10.
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O dispositivo de balança para pesagem de vagões de carros também é baseado na regra da alavanca.
Alavancas também são encontradas em partes diferentes corpos animais e humanos. Estes são, por exemplo, braços, pernas, mandíbulas. Muitas alavancas podem ser encontradas no corpo dos insetos (depois de ler um livro sobre insetos e a estrutura de seu corpo), pássaros, na estrutura das plantas.
Quadraé uma roda com ranhura, reforçada no suporte. Uma corda, cabo ou corrente é passada ao longo da calha do bloco.
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bloco fixo tal bloco é chamado, cujo eixo é fixo e, ao levantar cargas, não sobe e não cai (Fig.
Um bloco fixo pode ser considerado como uma alavanca de braços iguais, em que os braços de forças são iguais ao raio da roda (Fig.): OA = OB = r. Tal bloqueio não dá ganho de força. ( F 1 = F 2), mas permite que você mude a direção da força. bloco móvel é um bloco. cujo eixo sobe e desce com a carga (Fig.). A figura mostra a alavanca correspondente: O- fulcro da alavanca, OA- força do ombro R e OV- força do ombro F. Desde o ombro OV 2 vezes o ombro OA, então a força F 2 vezes menos potência R:
F = P/2 .
Nesse caminho, o bloco móvel dá um ganho de força em 2 vezes .
Isso também pode ser provado usando o conceito de momento de força. Quando o bloco está em equilíbrio, os momentos das forças F e R são iguais entre si. Mas o ombro de força F 2 vezes a força do ombro R, o que significa que a própria força F 2 vezes menos potência R.
Normalmente, na prática, é usada uma combinação de um bloco fixo com um móvel (Fig.). O bloco fixo é usado apenas por conveniência. Não dá ganho de força, mas muda a direção da força. Por exemplo, permite levantar uma carga estando no chão. É útil para muitas pessoas ou trabalhadores. No entanto, dá um ganho de potência de 2 vezes mais do que o normal!
Os mecanismos simples que consideramos são usados na execução do trabalho nos casos em que é necessário equilibrar outra força pela ação de uma força.
Naturalmente, surge a pergunta: dando um ganho de força ou caminho, mecanismos simples não dão um ganho de trabalho? A resposta a esta pergunta pode ser obtida a partir da experiência.
Tendo equilibrado na alavanca duas forças de módulo diferente F 1 e F 2 (fig.), coloque a alavanca em movimento. Acontece que, ao mesmo tempo, o ponto de aplicação de uma força menor F 2 vai longe s 2, e o ponto de aplicação de maior força F 1 - caminho menor s 1. Tendo medido esses caminhos e módulos de força, verificamos que os caminhos percorridos pelos pontos de aplicação de forças na alavanca são inversamente proporcionais às forças:
s 1 / s 2 = F 2 / F 1.
Assim, agindo no longo braço da alavanca, ganhamos em força, mas ao mesmo tempo perdemos a mesma quantidade no caminho.
Produto da força F a caminho s há trabalho. Nossos experimentos mostram que o trabalho realizado pelas forças aplicadas à alavanca são iguais entre si:
F 1 s 1 = F 2 s 2, ou seja MAS 1 = MAS 2.
Então, ao usar a alavancagem, a vitória no trabalho não funcionará.
Usando a alavanca, podemos vencer em força ou em distância. Agindo pela força no braço curto da alavanca, ganhamos em distância, mas perdemos em força na mesma proporção.
Reza a lenda que Arquimedes, encantado com a descoberta da regra da alavanca, exclamou: "Dê-me um ponto de apoio e virarei a Terra!".
É claro que Arquimedes não poderia dar conta de tal tarefa, mesmo que tivesse recebido um ponto de apoio (que deveria estar fora da Terra) e uma alavanca do comprimento necessário.
Para elevar a terra em apenas 1 cm, o longo braço da alavanca teria que descrever um arco de enorme comprimento. Levaria milhões de anos para mover a extremidade longa da alavanca ao longo desse caminho, por exemplo, a uma velocidade de 1 m/s!
Não dá ganho de trabalho e bloco fixo, o que é fácil de verificar pela experiência (ver Fig.). Caminhos, pontos transitáveis aplicação de forças F e F, são as mesmas, as mesmas são as forças, o que significa que o trabalho é o mesmo.
É possível medir e comparar entre si o trabalho realizado com a ajuda de um bloco móvel. Para elevar a carga até uma altura h com a ajuda de um bloco móvel, é necessário mover a ponta da corda na qual o dinamômetro está preso, conforme mostra a experiência (Fig.), até uma altura de 2h.
Nesse caminho, obtendo um ganho de força em 2 vezes, eles perdem 2 vezes no caminho, portanto, o bloco móvel não dá ganho de trabalho.
Séculos de prática mostraram que nenhum dos mecanismos dá um ganho no trabalho. Vários mecanismos são utilizados para vencer em força ou em percurso, dependendo das condições de trabalho.
Já os cientistas antigos conheciam a regra aplicável a todos os mecanismos: quantas vezes ganhamos em força, quantas vezes perdemos em distância. Esta regra foi chamada de "regra de ouro" da mecânica.
Considerando o dispositivo e a ação da alavanca, não levamos em consideração o atrito, assim como o peso da alavanca. nessas condições ideais, o trabalho realizado pela força aplicada (chamaremos esse trabalho completo), é igual a útil levantar cargas ou vencer qualquer resistência.
Na prática, o trabalho total realizado pelo mecanismo é sempre um pouco mais trabalho útil.
Parte do trabalho é feito contra a força de atrito no mecanismo e movendo suas partes individuais. Portanto, usando um bloco móvel, você também deve realizar um trabalho de elevação do próprio bloco, da corda e determinar a força de atrito no eixo do bloco.
Qualquer que seja o mecanismo que escolhamos, o trabalho útil realizado com sua ajuda é sempre apenas uma parte do trabalho total. Assim, denotando o trabalho útil pela letra Ap, o trabalho completo (gasto) pela letra Az, podemos escrever:
Acima< Аз или Ап / Аз < 1.
A razão entre o trabalho útil e o trabalho total é chamada de coeficiente ação útil mecanismo.
Eficiência é abreviado como eficiência.
Eficiência = Ap / Az.
A eficiência é geralmente expressa como uma porcentagem e denotada pela letra grega η, é lida como "isto":
η \u003d Ap / Az 100%.
Exemplo: Uma massa de 100 kg é suspensa pelo braço curto da alavanca. Para levantá-la, uma força de 250 N foi aplicada ao braço longo. A carga foi levantada a uma altura h1 = 0,08 m, enquanto o ponto de aplicação força motriz desceu a uma altura h2 = 0,4 m. Encontre a eficiência da alavanca.
Vamos anotar a condição do problema e resolvê-lo.
Dado :
Solução :
η \u003d Ap / Az 100%.
Trabalho completo (gasto) Az = Fh2.
Trabalho útil Ап = Рh1
P \u003d 9,8 100 kg ≈ 1000 N.
Ap \u003d 1000 N 0,08 \u003d 80 J.
Az \u003d 250 N 0,4 m \u003d 100 J.
η = 80 J/100 J 100% = 80%.
Responda : η = 80%.
Mas a "regra de ouro" também é cumprida neste caso. Parte do trabalho útil - 20% dele - é gasto na superação do atrito no eixo da alavanca e na resistência do ar, bem como no movimento da própria alavanca.
A eficiência de qualquer mecanismo é sempre inferior a 100%. Ao projetar mecanismos, as pessoas tendem a aumentar sua eficiência. Para fazer isso, o atrito nos eixos dos mecanismos e seu peso são reduzidos.
Nas fábricas e fábricas, máquinas e máquinas são acionadas por motores elétricos, que consomem energia elétrica (daí o nome).
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Uma mola comprimida (arroz), endireitando-se, faz trabalho, levanta uma carga a uma altura ou faz um carrinho se mover. Uma carga imóvel levantada acima do solo não realiza trabalho, mas se essa carga cair, ela pode realizar trabalho (por exemplo, pode cravar uma estaca no solo). Todo corpo em movimento tem a capacidade de realizar trabalho. Assim, uma bola de aço A (arroz) rolada de um plano inclinado, atingindo um bloco de madeira B, move-o por uma certa distância. Ao fazer isso, o trabalho está sendo feito. Se um corpo ou vários corpos em interação (um sistema de corpos) podem realizar trabalho, diz-se que eles têm energia. Energia - uma quantidade física que mostra o trabalho que um corpo (ou vários corpos) pode fazer. A energia é expressa no sistema SI nas mesmas unidades que o trabalho, ou seja, em joules. Quanto mais trabalho um corpo pode fazer, mais energia ele tem. Quando o trabalho é realizado, a energia dos corpos muda. trabalho perfeitoé igual à variação de energia. Energia potencial e cinética.Potencial (de lat. potência - possibilidade) a energia é chamada de energia, que é determinada pela posição mútua de corpos em interação e partes do mesmo corpo. A energia potencial, por exemplo, tem um corpo elevado em relação à superfície da Terra, pois a energia depende da posição relativa dele e da Terra. e sua atração mútua. Se considerarmos que a energia potencial de um corpo deitado na Terra é igual a zero, então a energia potencial de um corpo elevado a uma certa altura será determinada pelo trabalho realizado pela gravidade quando o corpo cai na Terra. Denotar a energia potencial do corpo E n porque E = A, e o trabalho, como sabemos, é igual ao produto da força e da trajetória, então A = Fh, Onde F- gravidade. Portanto, a energia potencial En é igual a: E = Fh, ou E = gmh, Onde g- aceleração da gravidade, m- massa corporal, h- a altura a que o corpo é elevado. A água dos rios retida por represas tem um enorme potencial energético. Ao cair, a água faz trabalho, pondo em movimento as poderosas turbinas das usinas. A energia potencial de um martelo de copra (Fig.) é utilizada na construção para realizar o trabalho de cravação de estacas. Ao abrir uma porta com uma mola, é feito um trabalho para esticar (ou comprimir) a mola. Pela energia adquirida, a mola, contraindo (ou endireitando), faz o trabalho, fechando a porta. A energia das molas comprimidas e não torcidas é usada, por exemplo, em relógios de pulso, vários brinquedos mecânicos, etc. Qualquer corpo elástico deformado possui energia potencial. Energia potencial gás comprimido são utilizados na operação de motores térmicos, em britadeiras, amplamente utilizados na indústria de mineração, na construção de estradas, escavação de solo sólido, etc. A energia possuída por um corpo como resultado de seu movimento é chamada cinética (do grego. cinema - movimento) energia. A energia cinética de um corpo é representada pela letra E para. A água em movimento, acionando as turbinas das usinas hidrelétricas, gasta sua energia cinética e realiza trabalho. O ar em movimento também possui energia cinética - o vento. Do que depende a energia cinética? Voltemo-nos para a experiência (ver Fig.). Se você rolar a bola A de diferentes alturas, notará que quanto mais alto a bola rola, maior sua velocidade e mais ela avança a barra, ou seja, ela realiza mais trabalho. Isso significa que a energia cinética de um corpo depende de sua velocidade. Devido à velocidade, uma bala voadora tem uma grande energia cinética. A energia cinética de um corpo também depende de sua massa. Vamos fazer nosso experimento novamente, mas vamos rolar outra bola - uma massa maior - de um plano inclinado. O bloco B se moverá mais, ou seja, mais trabalho será feito. Isso significa que a energia cinética da segunda bola é maior que a da primeira. Quanto maior a massa do corpo e a velocidade com que ele se move, maior sua energia cinética. Para determinar a energia cinética de um corpo, aplica-se a fórmula: Ek \u003d mv ^ 2 / 2, Onde m- massa corporal, vé a velocidade do corpo. A energia cinética dos corpos é usada na tecnologia. A água retida pela barragem possui, como já mencionado, um grande potencial energético. Ao cair de uma barragem, a água se move e tem a mesma grande energia cinética. Ele aciona uma turbina conectada a um gerador de corrente elétrica. Devido à energia cinética da água, a energia elétrica é gerada. A energia da água em movimento é grande importância dentro economia nacional. Essa energia é utilizada por poderosas usinas hidrelétricas. A energia da queda de água é uma fonte de energia ecológica, ao contrário da energia do combustível. Todos os corpos na natureza, em relação ao valor zero condicional, têm energia potencial ou cinética e, às vezes, ambas. Por exemplo, um avião voando tem energia cinética e potencial em relação à Terra. Conhecemos dois tipos de energia mecânica. Outros tipos de energia (elétrica, interna, etc.) serão considerados em outras seções do curso de física. A transformação de um tipo de energia mecânica em outro. O fenômeno da transformação de um tipo de energia mecânica em outro é muito conveniente de observar no dispositivo mostrado na figura. Enrolando a linha ao redor do eixo, levante o disco do dispositivo. O disco levantado tem alguma energia potencial. Se você deixá-lo ir, ele vai girar e cair. À medida que cai, a energia potencial do disco diminui, mas ao mesmo tempo sua energia cinética aumenta. No final da queda, o disco tem tal reserva de energia cinética que pode subir novamente quase até a altura anterior. (Parte da energia é gasta trabalhando contra o atrito, de modo que o disco não atinge sua altura original.) Tendo subido, o disco cai novamente e depois sobe novamente. Nesse experimento, quando o disco desce, sua energia potencial é convertida em energia cinética e, ao subir, a energia cinética é convertida em potencial. A transformação da energia de um tipo para outro também ocorre quando dois corpos elásticos se chocam, por exemplo, com uma bola de borracha no chão ou uma bola de aço sobre uma placa de aço. Se você levantar uma bola de aço (arroz) sobre uma placa de aço e soltá-la de suas mãos, ela cairá. À medida que a bola cai, sua energia potencial diminui e sua energia cinética aumenta à medida que a velocidade da bola aumenta. Quando a bola atinge a placa, tanto a bola quanto a placa serão comprimidas. A energia cinética que a bola possuía se transformará na energia potencial da placa comprimida e da bola comprimida. Então, devido à ação das forças elásticas, a placa e a bola assumirão sua forma original. A bola vai quicar na placa e sua energia potencial se transformará novamente em energia cinética da bola: a bola vai quicar para cima com uma velocidade quase igual à velocidade que tinha no momento do impacto na placa. À medida que a bola sobe, a velocidade da bola e, portanto, sua energia cinética, diminui e a energia potencial aumenta. quicando na placa, a bola sobe quase até a mesma altura de onde começou a cair. No topo da subida, toda a sua energia cinética se transformará novamente em energia potencial. Os fenômenos naturais são geralmente acompanhados pela transformação de um tipo de energia em outro. A energia também pode ser transferida de um corpo para outro. Assim, por exemplo, ao atirar de um arco, a energia potencial de uma corda esticada é convertida na energia cinética de uma flecha voadora. |
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A lei da conservação da energia é uma lei fundamental da natureza que permite descrever a maioria dos fenômenos que ocorrem.
A descrição do movimento dos corpos também é possível com a ajuda de conceitos de dinâmica como trabalho e energia.
Lembre-se do que são trabalho e potência em física.
Esses conceitos coincidem com as ideias cotidianas sobre eles?
Todas as nossas ações diárias se resumem ao fato de que, com a ajuda dos músculos, ou colocamos os corpos ao redor em movimento e mantemos esse movimento, ou paramos os corpos em movimento.
Esses corpos são ferramentas (martelo, caneta, serrote), em jogos - bolas, discos, peças de xadrez. Em produção e agricultura as pessoas também colocam as ferramentas em movimento.
O uso de máquinas aumenta muito a produtividade do trabalho devido ao uso de motores nas mesmas.
O objetivo de qualquer motor é colocar os corpos em movimento e manter esse movimento, apesar da frenagem por atrito comum e resistência de “trabalho” (o cortador não deve apenas deslizar sobre o metal, mas, colidindo com ele, remover cavacos; o arado deve soltar terra, etc.). Nesse caso, uma força deve atuar sobre o corpo em movimento do lado do motor.
O trabalho sempre é realizado na natureza quando uma força (ou várias forças) de outro corpo (outros corpos) atua sobre um corpo na direção de seu movimento ou contra ele.
A força gravitacional funciona quando a chuva cai ou uma pedra cai de um penhasco. Ao mesmo tempo, o trabalho é feito pela força de resistência que atua nas gotas que caem ou na pedra do lado do ar. A força elástica também realiza trabalho quando uma árvore dobrada pelo vento se endireita.
Definição de trabalho.
Segunda lei de Newton na forma impulsiva ∆=∆t permite determinar como a velocidade do corpo muda em valor absoluto e direção, se uma força atua sobre ele durante o tempo Δt.
O impacto em corpos de forças, levando a uma mudança no módulo de sua velocidade, é caracterizado por um valor que depende tanto das forças quanto dos deslocamentos dos corpos. Esta quantidade em mecânica é chamada trabalho de força.
A mudança de módulo de velocidade só é possível quando a projeção da força F r na direção do movimento do corpo é diferente de zero. É esta projeção que determina a ação da força que altera a velocidade do módulo do corpo. Ela faz o trabalho. Portanto, o trabalho pode ser considerado como o produto da projeção da força F r pelo módulo de deslocamento |Δ| (Fig. 5.1):
À = F r |Δ|. (5.1)
Se o ângulo entre a força e o deslocamento é denotado por α, então F r = Fcosα.
Portanto, o trabalho é igual a:
A = |Δ|cosα. (5.2)
Nosso conceito cotidiano de trabalho difere da definição de trabalho na física. Você está segurando uma mala pesada e parece que está trabalhando. Porém, do ponto de vista da física, seu trabalho é igual a zero.
O trabalho de uma força constante é igual ao produto dos módulos de força pelo deslocamento do ponto de aplicação da força e o cosseno do ângulo entre eles.
NO caso Geral quando um corpo rígido se move, os deslocamentos de seus diferentes pontos são diferentes, mas ao determinar o trabalho de uma força, temos Δ compreender o movimento do seu ponto de aplicação. No movimento de translação de um corpo rígido, o deslocamento de todos os seus pontos coincide com o deslocamento do ponto de aplicação da força.
O trabalho, ao contrário da força e do deslocamento, não é um vetor, mas uma quantidade escalar. Pode ser positivo, negativo ou zero.
O sinal do trabalho é determinado pelo sinal do cosseno do ângulo entre a força e o deslocamento. Se α< 90°, то А >0, pois o cosseno dos ângulos agudos é positivo. Para α > 90°, o trabalho é negativo, pois o cosseno dos ângulos obtusos é negativo. Em α = 90° (a força é perpendicular ao deslocamento), nenhum trabalho é realizado.
Se várias forças atuam sobre o corpo, então a projeção da força resultante no deslocamento é igual à soma das projeções das forças individuais:
F r = F 1r + F 2r + ... .
Portanto, para o trabalho da força resultante, obtemos
A = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)
Se várias forças atuam sobre o corpo, então o trabalho total (a soma algébrica do trabalho de todas as forças) é igual ao trabalho da força resultante.
O trabalho realizado pela força pode ser representado graficamente. Vamos explicar isso retratando na figura a dependência da projeção da força na coordenada do corpo quando ele se move em linha reta.
Deixe o corpo se mover ao longo do eixo OX (Fig. 5.2), então
Fcosα = F x , |Δ| = Δ x.
Para o trabalho da força, obtemos
À = F|Δ|cosα = F x Δx.
Obviamente, a área do retângulo sombreado na Figura (5.3, a) é numericamente igual ao trabalho realizado quando o corpo se move de um ponto com coordenada x1 para um ponto com coordenada x2.
A fórmula (5.1) é válida quando a projeção da força sobre o deslocamento é constante. No caso de trajetória curva, força constante ou variável, dividimos a trajetória em pequenos segmentos, que podem ser considerados retilíneos, e a projeção da força em um pequeno deslocamento Δ - permanente.
Então, calculando o trabalho realizado em cada deslocamento Δ
e então somando esses trabalhos, determinamos o trabalho da força no deslocamento final (Fig. 5.3, b). Unidade de trabalho.
A unidade de trabalho pode ser definida usando a fórmula básica (5.2). Se, ao mover um corpo por unidade de comprimento, uma força atua sobre ele, cujo módulo é igual a um, e a direção da força coincide com a direção do movimento de seu ponto de aplicação (α = 0), então o trabalho será igual a um. No Sistema Internacional (SI), a unidade de trabalho é o joule (denotado J):
1 J = 1 N 1 m = 1 N m.
Jouleé o trabalho realizado por uma força de 1 N em um deslocamento de 1 se as direções da força e do deslocamento coincidirem.
Múltiplas unidades de trabalho são frequentemente usadas - quilojoule e mega joule:
1 kJ = 1000 J,
1 MJ = 1000000 J.
O trabalho pode ser feito em um longo período de tempo ou em um período muito pequeno. Na prática, entretanto, está longe de ser indiferente se o trabalho pode ser feito rapidamente ou lentamente. O tempo durante o qual o trabalho é realizado determina o desempenho de qualquer motor. Um pequeno motor elétrico pode fazer muito trabalho, mas levará muito tempo. Assim, juntamente com o trabalho, é introduzido um valor que caracteriza a velocidade com que é produzido - a potência.
A potência é a razão entre o trabalho A e o intervalo de tempo Δt para o qual este trabalho é realizado, ou seja, a potência é a taxa de trabalho:
Substituindo na fórmula (5.4) ao invés do trabalho A sua expressão (5.2), obtemos
Assim, se a força e a velocidade do corpo são constantes, então a potência é igual ao produto do módulo do vetor força pelo módulo do vetor velocidade e o cosseno do ângulo entre as direções desses vetores. Se essas quantidades forem variáveis, então pela fórmula (5.4) pode-se determinar a potência média de forma semelhante à definição velocidade média movimentos corporais.
O conceito de potência é introduzido para avaliar o trabalho por unidade de tempo realizado por algum mecanismo (bomba, guindaste, motor de máquina, etc.). Portanto, nas fórmulas (5.4) e (5.5), por significa sempre a força de empuxo.
No SI, o poder é expresso em termos de watts (W).
A potência é 1 W se o trabalho igual a 1 J for feito em 1 s.
Junto com o watt, unidades maiores (múltiplas) de potência são usadas:
1 kW (quilowatt) = 1000 W,
1 MW (megawatt) = 1.000.000 W.
Na vida cotidiana, sob o conceito de "trabalho" entendemos tudo.
Na física, o conceito Trabalhar um pouco diferente. Esta é uma certa quantidade física, o que significa que pode ser medida. Na física, o estudo é principalmente Trabalho mecanico .
Considere exemplos de trabalho mecânico.
O trem se move sob a ação da força de tração da locomotiva elétrica, enquanto realiza trabalho mecânico. Quando uma arma é disparada, a força de pressão dos gases em pó funciona - ela move a bala ao longo do cano, enquanto a velocidade da bala aumenta.
A partir desses exemplos, pode-se ver que o trabalho mecânico é realizado quando o corpo se move sob a ação de uma força. O trabalho mecânico também é realizado no caso em que a força que atua no corpo (por exemplo, a força de atrito) reduz a velocidade de seu movimento.
Querendo mover o gabinete, pressionamos com força, mas se ele não se mover ao mesmo tempo, não realizamos trabalho mecânico. Pode-se imaginar o caso em que o corpo se move sem a participação de forças (por inércia), neste caso também não é realizado trabalho mecânico.
Então, trabalho mecânico é realizado apenas quando uma força atua sobre o corpo e ele se move .
É fácil entender que quanto maior for a força que atua sobre o corpo e quanto mais longa for a trajetória que o corpo percorre sob a ação dessa força, maior será o trabalho realizado.
O trabalho mecânico é diretamente proporcional à força aplicada e diretamente proporcional à distância percorrida. .
Portanto, concordamos em medir o trabalho mecânico pelo produto da força e o caminho percorrido nessa direção dessa força:
trabalho = força × caminho
Onde MAS- Trabalhar, F- Força e s- distância viajada.
Uma unidade de trabalho é o trabalho realizado por uma força de 1 N em uma trajetória de 1 m.
unidade de trabalho - joule (J ) recebeu o nome do cientista inglês Joule. Nesse caminho,
1 J = 1 Nm.
Também usado quilojoules (kJ) .
1 kJ = 1000 J.
Fórmula A = Fs aplicável quando o poder Fé constante e coincide com a direção do movimento do corpo.
Se a direção da força coincide com a direção do movimento do corpo, então esta força realiza um trabalho positivo.
Se o movimento do corpo ocorre na direção oposta à direção da força aplicada, por exemplo, a força de atrito deslizante, essa força realiza um trabalho negativo.
Se a direção da força que age sobre o corpo é perpendicular à direção do movimento, então esta força não realiza trabalho, o trabalho é zero:
No futuro, por falar em trabalho mecânico, vamos chamá-lo brevemente em uma palavra - trabalho.
Exemplo. Calcule o trabalho realizado ao elevar uma laje de granito com volume de 0,5 m3 a uma altura de 20 m. A densidade do granito é de 2500 kg / m 3.
Dado:
ρ \u003d 2500 kg / m 3
Solução:
onde F é a força que deve ser aplicada para levantar uniformemente a placa. Esta força é igual em módulo à força da corda Fstrand atuando na placa, ou seja, F = Fstrand. E a força da gravidade pode ser determinada pela massa da placa: Ftyazh = gm. Calculamos a massa da laje, conhecendo seu volume e densidade do granito: m = ρV; s = h, ou seja, o caminho é igual à altura da subida.
Assim, m = 2500 kg/m3 0,5 m3 = 1250 kg.
F = 9,8 N/kg 1250 kg ≈ 12250 N.
A = 12.250 N 20 m = 245.000 J = 245 kJ.
Responda: A = 245 kJ.
Motores diferentes levam tempos diferentes para fazer o mesmo trabalho. Por exemplo, um guindaste em um canteiro de obras eleva centenas de tijolos até o último andar de um prédio em poucos minutos. Se um trabalhador movesse esses tijolos, levaria várias horas para fazer isso. Outro exemplo. Um cavalo pode arar um hectare de terra em 10-12 horas, enquanto um trator com um arado multi-partilha ( relha- parte do arado que corta a camada de terra por baixo e a transfere para o lixão; multi-share - muitos compartilhamentos), este trabalho será feito por 40 a 50 minutos.
É claro que um guindaste faz o mesmo trabalho mais rápido que um trabalhador e um trator mais rápido que um cavalo. A velocidade de trabalho é caracterizada por um valor especial chamado potência.
A potência é igual à razão entre o trabalho e o tempo em que foi concluído.
Para calcular a potência, é necessário dividir o trabalho pelo tempo durante o qual esse trabalho é realizado. potência = trabalho / tempo.
Onde N- potência, UMA- Trabalhar, t- tempo de trabalho realizado.
A potência é um valor constante, quando o mesmo trabalho é feito a cada segundo, em outros casos a relação No determina a potência média:
N cf = No . A unidade de potência foi tomada como a potência na qual o trabalho em J é realizado em 1 s.
Esta unidade é chamada de watt ( ter) em homenagem a outro cientista inglês Watt.
1 watt = 1 joule/1 segundo, ou 1 W = 1 J/s.
Watt (joule por segundo) - W (1 J / s).
Unidades maiores de potência são amplamente utilizadas em engenharia - quilowatt (kW), megawatt (MW) .
1 MW = 1.000.000 W
1 kW = 1000 W
1 mW = 0,001 W
1 W = 0,000001 MW
1 W = 0,001 kW
1 W = 1000 mW
Exemplo. Encontre a potência do fluxo de água que flui através da represa, se a altura da queda d'água é de 25 m e sua vazão é de 120 m3 por minuto.
Dado:
ρ = 1000 kg/m3
Solução:
Massa de água caindo: m = ρV,
m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120.000 kg (12 104 kg).
A força da gravidade atuando na água:
F = 9,8 m/s2 120.000 kg ≈ 1.200.000 N (12 105 N)
Trabalho realizado por minuto:
A - 1.200.000 N 25 m = 30.000.000 J (3 107 J).
Potência de fluxo: N = A/t,
N = 30.000.000 J / 60 s = 500.000 W = 0,5 MW.
Responda: N = 0,5 MW.
Vários motores têm potências que variam de centésimos e décimos de quilowatt (motor de barbeador elétrico, máquina de costura) a centenas de milhares de quilowatts (água e turbinas a vapor).
Tabela 5
Potência de alguns motores, kW.
Cada motor possui uma placa (passaporte do motor), que contém alguns dados sobre o motor, inclusive sua potência.
A energia humana em condições normais de trabalho é em média de 70 a 80 watts. Fazendo saltos, subindo escadas, uma pessoa pode desenvolver potência de até 730 watts e, em alguns casos, até mais.
Da fórmula N = A/t segue que
Para calcular o trabalho, você precisa multiplicar a potência pelo tempo durante o qual esse trabalho foi realizado.
Exemplo. O motor do ventilador de ambiente tem uma potência de 35 watts. Quanto trabalho ele realiza em 10 minutos?
Vamos anotar a condição do problema e resolvê-lo.
Dado:
Solução:
A = 35 W * 600 s = 21.000 W * s = 21.000 J = 21 kJ.
Responda UMA= 21 kJ.
Desde tempos imemoriais, o homem utiliza vários dispositivos para realizar trabalhos mecânicos.
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Todo mundo sabe que um objeto pesado (pedra, armário, máquina), que não pode ser movido manualmente, pode ser movido com uma vara bastante longa - uma alavanca.
No momento, acredita-se que com a ajuda de alavancas há três mil anos, durante a construção das pirâmides no antigo Egito, pesadas lajes de pedra foram movidas e elevadas a uma grande altura.
Em muitos casos, em vez de elevar uma carga pesada a uma determinada altura, ela pode ser rolada ou puxada para a mesma altura em um plano inclinado ou levantada com blocos.
Os dispositivos usados para transformar energia são chamados mecanismos .
Mecanismos simples incluem: alavancas e suas variedades - bloco, portão; plano inclinado e suas variedades - cunha, parafuso. Na maioria dos casos, mecanismos simples são utilizados para obter um ganho de resistência, ou seja, aumentar em várias vezes a força que atua sobre o corpo.
Mecanismos simples são encontrados tanto em casa quanto em todas as fábricas complexas e máquinas de fábrica que cortam, torcem e estampam grandes chapas de aço ou extraem os fios mais finos dos quais os tecidos são feitos. Os mesmos mecanismos podem ser encontrados em modernos autômatos complexos, máquinas de impressão e contagem.
Considere o mecanismo mais simples e comum - a alavanca.
A alavanca é um corpo rígido que pode girar em torno de um suporte fixo.
As figuras mostram como um trabalhador usa um pé de cabra para levantar uma carga como uma alavanca. No primeiro caso, um trabalhador com uma força F pressiona a ponta do pé de cabra B, no segundo - levanta o final B.
O trabalhador precisa superar o peso da carga P- força dirigida verticalmente para baixo. Para isso, ele gira o pé de cabra em torno de um eixo que passa pelo único imóvel ponto de ruptura - seu fulcro O. Força F, com que o trabalhador atua na alavanca, menos força P, então o trabalhador recebe ganho de força. Com a ajuda de uma alavanca, você pode levantar uma carga tão pesada que não consegue levantá-la sozinho.
A figura mostra uma alavanca cujo eixo de rotação é O(fulcro) está localizado entre os pontos de aplicação de forças MAS e NO. A outra figura mostra um diagrama dessa alavanca. Ambas as forças F 1 e F 2 atuando na alavanca são direcionados na mesma direção.
A distância mais curta entre o ponto de apoio e a linha reta ao longo da qual a força atua na alavanca é chamada de braço da força.
Para encontrar o ombro da força, é necessário abaixar a perpendicular do fulcro até a linha de ação da força.O comprimento desta perpendicular será o ombro desta força. A figura mostra que OA- força do ombro F 1; OV- força do ombro F 2. As forças que atuam na alavanca podem girá-la em torno do eixo em duas direções: no sentido horário ou anti-horário. sim, poder F 1 gira a alavanca no sentido horário e a força F 2 gira no sentido anti-horário.
A condição sob a qual a alavanca está em equilíbrio sob a ação de forças aplicadas a ela pode ser estabelecida experimentalmente. Ao mesmo tempo, deve-se lembrar que o resultado da ação de uma força depende não apenas de seu valor numérico (módulo), mas também do ponto em que é aplicada ao corpo, ou como é direcionada.
Vários pesos são suspensos da alavanca (ver Fig.) em ambos os lados do fulcro, de modo que a cada vez a alavanca permaneça em equilíbrio. As forças que atuam na alavanca são iguais aos pesos dessas cargas. Para cada caso, são medidos os módulos de forças e seus ombros. Pela experiência mostrada na Figura 154, pode-se ver que a força 2 H equilibra o poder 4 H. Neste caso, como pode ser visto na figura, o ombro de menor força é 2 vezes maior que o ombro de maior força.
Com base em tais experimentos, foi estabelecida a condição (regra) do equilíbrio da alavanca.
A alavanca está em equilíbrio quando as forças que atuam sobre ela são inversamente proporcionais aos ombros dessas forças.
Esta regra pode ser escrita como uma fórmula:
F 1/F 2 = eu 2/ eu 1 ,
Onde F 1e F 2 - forças que atuam na alavanca, eu 1e eu 2 , - os ombros dessas forças (ver Fig.).
A regra para o equilíbrio da alavanca foi estabelecida por Arquimedes por volta de 287-212. BC e. (Mas o último parágrafo não dizia que as alavancas eram usadas pelos egípcios? Ou a palavra "estabelecido" é importante aqui?)
Segue-se desta regra que uma força menor pode ser equilibrada com uma alavancagem de uma força maior. Deixe um braço da alavanca ser 3 vezes maior que o outro (ver Fig.). Então, aplicando uma força de, por exemplo, 400 N no ponto B, é possível levantar uma pedra de 1200 N. Para levantar uma carga ainda mais pesada, é necessário aumentar o comprimento do braço da alavanca sobre o qual atos do trabalhador.
Exemplo. Usando uma alavanca, um trabalhador levanta uma laje de 240 kg (ver Fig. 149). Que força ele aplica ao braço maior da alavanca, que mede 2,4 m, se o braço menor mede 0,6 m?
Vamos anotar a condição do problema e resolvê-lo.
Dado:
Solução:
De acordo com a regra de equilíbrio da alavanca, F1/F2 = l2/l1, onde F1 = F2 l2/l1, onde F2 = P é o peso da pedra. Peso da pedra asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N
Então, F1 = 2400 N 0,6 / 2,4 = 600 N.
Responda: F1 = 600 N.
Em nosso exemplo, o trabalhador supera uma força de 2400 N aplicando na alavanca uma força de 600 N. Mas, ao mesmo tempo, o braço sobre o qual o trabalhador atua é 4 vezes mais longo do que aquele sobre o qual atua o peso da pedra ( eu 1 : eu 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).
Aplicando a regra da alavancagem, uma força menor pode equilibrar uma força maior. Nesse caso, o ressalto da força menor deve ser mais longo que o ressalto da força maior.
Você já conhece a regra de equilíbrio da alavanca:
F 1 / F 2 = eu 2 / eu 1 ,
Usando a propriedade da proporção (o produto de seus termos extremos é igual ao produto de seus termos médios), escrevemos desta forma:
F 1eu 1 = F 2 eu 2 .
No lado esquerdo da equação está o produto da força F 1 no ombro eu 1, e à direita - o produto da força F 2 no ombro dela eu 2 .
O produto do módulo da força girando o corpo e seu braço é chamado momento de força; é denotado pela letra M. Portanto,
Uma alavanca está em equilíbrio sob a ação de duas forças se o momento da força que a gira no sentido horário é igual ao momento da força que a gira no sentido anti-horário.
Esta regra é chamada regra do momento , pode ser escrita como uma fórmula:
M1 = M2
De fato, no experimento que consideramos, (§ 56) as forças atuantes eram iguais a 2 N e 4 N, seus ombros, respectivamente, eram 4 e 2 pressões de alavanca, ou seja, os momentos dessas forças são os mesmos quando a alavanca está em equilíbrio.
O momento da força, como qualquer quantidade física, pode ser medido. Um momento de força de 1 N é tomado como uma unidade de momento de força, cujo ombro é exatamente 1 m.
Esta unidade é chamada newton metro (N m).
O momento da força caracteriza a ação da força e mostra que ela depende simultaneamente do módulo da força e de seu ombro. Com efeito, já sabemos, por exemplo, que o efeito de uma força numa porta depende tanto do módulo da força como do local onde a força é aplicada. A porta é mais fácil de rodar quanto mais longe do eixo de rotação for aplicada a força que actua sobre ela. É melhor desparafusar a porca com uma chave longa do que com uma chave curta. Quanto mais fácil for levantar um balde do poço, mais longa será a alça do portão, etc.
A regra da alavanca (ou a regra dos momentos) fundamenta a ação de vários tipos de ferramentas e dispositivos usados na tecnologia e na vida cotidiana onde é necessário um ganho de força ou na estrada.
Temos um ganho de força ao trabalhar com tesoura. Tesouras - é uma alavanca(arroz), cujo eixo de rotação ocorre por meio de um parafuso que conecta as duas metades da tesoura. força atuante F 1 é a força muscular da mão da pessoa que aperta a tesoura. Força oposta F 2 - a força de resistência de tal material que é cortado com tesoura. Dependendo da finalidade da tesoura, seu dispositivo é diferente. As tesouras de escritório, projetadas para cortar papel, têm lâminas longas e cabos quase do mesmo comprimento. Não requer muita força para cortar o papel e é mais conveniente cortar em linha reta com uma lâmina longa. As tesouras para cortar chapas (Fig.) possuem cabos muito mais longos que as lâminas, pois a força de resistência do metal é grande e para equilibrá-la, o ombro da força atuante deve ser significativamente aumentado. Ainda mais diferença entre o comprimento das alças e a distância da peça de corte e o eixo de rotação em cortadores de fio(Fig.), Projetado para corte de fio.
Alavancas de vários tipos estão disponíveis em muitas máquinas. Uma alça de máquina de costura, pedais de bicicleta ou freio de mão, pedais de carro e trator, teclas de piano são exemplos de alavancas usadas nessas máquinas e ferramentas.
Exemplos do uso de alavancas são os cabos de tornos e bancadas de trabalho, a alavanca de uma furadeira, etc.
A ação das balanças de alavanca também é baseada no princípio da alavanca (Fig.). A escala de treinamento mostrada na figura 48 (p. 42) atua como alavanca de braço igual . NO escalas decimais o braço no qual o copo com pesos está suspenso é 10 vezes mais longo que o braço que carrega a carga. Isso simplifica muito a pesagem de grandes cargas. Ao pesar uma carga em uma escala decimal, multiplique o peso dos pesos por 10.
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O dispositivo de balança para pesagem de vagões de carros também é baseado na regra da alavanca.
As alavancas também são encontradas em diferentes partes do corpo de animais e humanos. Estes são, por exemplo, braços, pernas, mandíbulas. Muitas alavancas podem ser encontradas no corpo dos insetos (depois de ler um livro sobre insetos e a estrutura de seu corpo), pássaros, na estrutura das plantas.
Quadraé uma roda com ranhura, reforçada no suporte. Uma corda, cabo ou corrente é passada ao longo da calha do bloco.
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bloco fixo tal bloco é chamado, cujo eixo é fixo e, ao levantar cargas, não sobe e não cai (Fig.
Um bloco fixo pode ser considerado como uma alavanca de braços iguais, em que os braços de forças são iguais ao raio da roda (Fig.): OA = OB = r. Tal bloqueio não dá ganho de força. ( F 1 = F 2), mas permite que você mude a direção da força. bloco móvel é um bloco. cujo eixo sobe e desce com a carga (Fig.). A figura mostra a alavanca correspondente: O- fulcro da alavanca, OA- força do ombro R e OV- força do ombro F. Desde o ombro OV 2 vezes o ombro OA, então a força F 2 vezes menos potência R:
F = P/2 .
Nesse caminho, o bloco móvel dá um ganho de força em 2 vezes .
Isso também pode ser provado usando o conceito de momento de força. Quando o bloco está em equilíbrio, os momentos das forças F e R são iguais entre si. Mas o ombro de força F 2 vezes a força do ombro R, o que significa que a própria força F 2 vezes menos potência R.
Normalmente, na prática, é usada uma combinação de um bloco fixo com um móvel (Fig.). O bloco fixo é usado apenas por conveniência. Não dá ganho de força, mas muda a direção da força. Por exemplo, permite levantar uma carga estando no chão. É útil para muitas pessoas ou trabalhadores. No entanto, dá um ganho de potência de 2 vezes mais do que o normal!
Os mecanismos simples que consideramos são usados na execução do trabalho nos casos em que é necessário equilibrar outra força pela ação de uma força.
Naturalmente, surge a pergunta: dando um ganho de força ou caminho, mecanismos simples não dão um ganho de trabalho? A resposta a esta pergunta pode ser obtida a partir da experiência.
Tendo equilibrado na alavanca duas forças de módulo diferente F 1 e F 2 (fig.), coloque a alavanca em movimento. Acontece que, ao mesmo tempo, o ponto de aplicação de uma força menor F 2 vai longe s 2, e o ponto de aplicação de maior força F 1 - caminho menor s 1. Tendo medido esses caminhos e módulos de força, verificamos que os caminhos percorridos pelos pontos de aplicação de forças na alavanca são inversamente proporcionais às forças:
s 1 / s 2 = F 2 / F 1.
Assim, agindo no longo braço da alavanca, ganhamos em força, mas ao mesmo tempo perdemos a mesma quantidade no caminho.
Produto da força F a caminho s há trabalho. Nossos experimentos mostram que o trabalho realizado pelas forças aplicadas à alavanca são iguais entre si:
F 1 s 1 = F 2 s 2, ou seja MAS 1 = MAS 2.
Então, ao usar a alavancagem, a vitória no trabalho não funcionará.
Usando a alavanca, podemos vencer em força ou em distância. Agindo pela força no braço curto da alavanca, ganhamos em distância, mas perdemos em força na mesma proporção.
Reza a lenda que Arquimedes, encantado com a descoberta da regra da alavanca, exclamou: "Dê-me um ponto de apoio e virarei a Terra!".
É claro que Arquimedes não poderia dar conta de tal tarefa, mesmo que tivesse recebido um ponto de apoio (que deveria estar fora da Terra) e uma alavanca do comprimento necessário.
Para elevar a terra em apenas 1 cm, o longo braço da alavanca teria que descrever um arco de enorme comprimento. Levaria milhões de anos para mover a extremidade longa da alavanca ao longo desse caminho, por exemplo, a uma velocidade de 1 m/s!
Não dá ganho de trabalho e bloco fixo, o que é fácil de verificar pela experiência (ver Fig.). Caminhos percorridos por pontos de aplicação de forças F e F, são as mesmas, as mesmas são as forças, o que significa que o trabalho é o mesmo.
É possível medir e comparar entre si o trabalho realizado com a ajuda de um bloco móvel. Para elevar a carga até uma altura h com a ajuda de um bloco móvel, é necessário mover a ponta da corda na qual o dinamômetro está preso, conforme mostra a experiência (Fig.), até uma altura de 2h.
Nesse caminho, obtendo um ganho de força em 2 vezes, eles perdem 2 vezes no caminho, portanto, o bloco móvel não dá ganho de trabalho.
Séculos de prática mostraram que nenhum dos mecanismos dá um ganho no trabalho. Vários mecanismos são utilizados para vencer em força ou em percurso, dependendo das condições de trabalho.
Já os cientistas antigos conheciam a regra aplicável a todos os mecanismos: quantas vezes ganhamos em força, quantas vezes perdemos em distância. Esta regra foi chamada de "regra de ouro" da mecânica.
Considerando o dispositivo e a ação da alavanca, não levamos em consideração o atrito, assim como o peso da alavanca. nessas condições ideais, o trabalho realizado pela força aplicada (chamaremos esse trabalho completo), é igual a útil levantar cargas ou vencer qualquer resistência.
Na prática, o trabalho total realizado pelo mecanismo é sempre um pouco maior que o trabalho útil.
Parte do trabalho é feito contra a força de atrito no mecanismo e movendo suas partes individuais. Portanto, usando um bloco móvel, você também deve realizar um trabalho de elevação do próprio bloco, da corda e determinar a força de atrito no eixo do bloco.
Qualquer que seja o mecanismo que escolhamos, o trabalho útil realizado com sua ajuda é sempre apenas uma parte do trabalho total. Assim, denotando o trabalho útil pela letra Ap, o trabalho completo (gasto) pela letra Az, podemos escrever:
Acima< Аз или Ап / Аз < 1.
A razão entre o trabalho útil e o trabalho total é chamada de eficiência do mecanismo.
Eficiência é abreviado como eficiência.
Eficiência = Ap / Az.
A eficiência é geralmente expressa como uma porcentagem e denotada pela letra grega η, é lida como "isto":
η \u003d Ap / Az 100%.
Exemplo: Uma massa de 100 kg é suspensa pelo braço curto da alavanca. Para levantá-lo, uma força de 250 N foi aplicada ao braço longo. A carga foi elevada a uma altura h1 = 0,08 m, enquanto o ponto de aplicação da força motriz caiu para uma altura h2 = 0,4 m. Encontre a eficiência de a alavanca.
Vamos anotar a condição do problema e resolvê-lo.
Dado :
Solução :
η \u003d Ap / Az 100%.
Trabalho completo (gasto) Az = Fh2.
Trabalho útil Ап = Рh1
P \u003d 9,8 100 kg ≈ 1000 N.
Ap \u003d 1000 N 0,08 \u003d 80 J.
Az \u003d 250 N 0,4 m \u003d 100 J.
η = 80 J/100 J 100% = 80%.
Responda : η = 80%.
Mas a "regra de ouro" também é cumprida neste caso. Parte do trabalho útil - 20% dele - é gasto na superação do atrito no eixo da alavanca e na resistência do ar, bem como no movimento da própria alavanca.
A eficiência de qualquer mecanismo é sempre inferior a 100%. Ao projetar mecanismos, as pessoas tendem a aumentar sua eficiência. Para fazer isso, o atrito nos eixos dos mecanismos e seu peso são reduzidos.
Nas fábricas e fábricas, máquinas e máquinas são acionadas por motores elétricos, que consomem energia elétrica (daí o nome).
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Uma mola comprimida (arroz), endireitando-se, faz trabalho, levanta uma carga a uma altura ou faz um carrinho se mover. Uma carga imóvel levantada acima do solo não realiza trabalho, mas se essa carga cair, ela pode realizar trabalho (por exemplo, pode cravar uma estaca no solo). Todo corpo em movimento tem a capacidade de realizar trabalho. Assim, uma bola de aço A (arroz) rolada de um plano inclinado, atingindo um bloco de madeira B, move-o por uma certa distância. Ao fazer isso, o trabalho está sendo feito. Se um corpo ou vários corpos em interação (um sistema de corpos) podem realizar trabalho, diz-se que eles têm energia. Energia - uma quantidade física que mostra o trabalho que um corpo (ou vários corpos) pode fazer. A energia é expressa no sistema SI nas mesmas unidades que o trabalho, ou seja, em joules. Quanto mais trabalho um corpo pode fazer, mais energia ele tem. Quando o trabalho é realizado, a energia dos corpos muda. O trabalho realizado é igual à variação de energia. Energia potencial e cinética.Potencial (de lat. potência - possibilidade) a energia é chamada de energia, que é determinada pela posição mútua de corpos em interação e partes do mesmo corpo. A energia potencial, por exemplo, tem um corpo elevado em relação à superfície da Terra, pois a energia depende da posição relativa dele e da Terra. e sua atração mútua. Se considerarmos que a energia potencial de um corpo deitado na Terra é igual a zero, então a energia potencial de um corpo elevado a uma certa altura será determinada pelo trabalho realizado pela gravidade quando o corpo cai na Terra. Denotar a energia potencial do corpo E n porque E = A, e o trabalho, como sabemos, é igual ao produto da força e da trajetória, então A = Fh, Onde F- gravidade. Portanto, a energia potencial En é igual a: E = Fh, ou E = gmh, Onde g- aceleração da gravidade, m- massa corporal, h- a altura a que o corpo é elevado. A água dos rios retida por represas tem um enorme potencial energético. Ao cair, a água faz trabalho, pondo em movimento as poderosas turbinas das usinas. A energia potencial de um martelo de copra (Fig.) é utilizada na construção para realizar o trabalho de cravação de estacas. Ao abrir uma porta com uma mola, é feito um trabalho para esticar (ou comprimir) a mola. Pela energia adquirida, a mola, contraindo (ou endireitando), faz o trabalho, fechando a porta. A energia das molas comprimidas e não torcidas é usada, por exemplo, em relógios de pulso, vários brinquedos mecânicos, etc. Qualquer corpo elástico deformado possui energia potencial. A energia potencial do gás comprimido é utilizada no funcionamento de motores térmicos, em britadeiras, amplamente utilizadas na indústria de mineração, na construção de estradas, escavação de solo sólido, etc. A energia possuída por um corpo como resultado de seu movimento é chamada cinética (do grego. cinema - movimento) energia. A energia cinética de um corpo é representada pela letra E para. A água em movimento, acionando as turbinas das usinas hidrelétricas, gasta sua energia cinética e realiza trabalho. O ar em movimento também possui energia cinética - o vento. Do que depende a energia cinética? Voltemo-nos para a experiência (ver Fig.). Se você rolar a bola A de diferentes alturas, notará que quanto mais alto a bola rola, maior sua velocidade e mais ela avança a barra, ou seja, ela realiza mais trabalho. Isso significa que a energia cinética de um corpo depende de sua velocidade. Devido à velocidade, uma bala voadora tem uma grande energia cinética. A energia cinética de um corpo também depende de sua massa. Vamos fazer nosso experimento novamente, mas vamos rolar outra bola - uma massa maior - de um plano inclinado. O bloco B se moverá mais, ou seja, mais trabalho será feito. Isso significa que a energia cinética da segunda bola é maior que a da primeira. Quanto maior a massa do corpo e a velocidade com que ele se move, maior sua energia cinética. Para determinar a energia cinética de um corpo, aplica-se a fórmula: Ek \u003d mv ^ 2 / 2, Onde m- massa corporal, vé a velocidade do corpo. A energia cinética dos corpos é usada na tecnologia. A água retida pela barragem possui, como já mencionado, um grande potencial energético. Ao cair de uma barragem, a água se move e tem a mesma grande energia cinética. Ele aciona uma turbina conectada a um gerador de corrente elétrica. Devido à energia cinética da água, a energia elétrica é gerada. A energia da água em movimento é de grande importância na economia nacional. Essa energia é utilizada por poderosas usinas hidrelétricas. A energia da queda de água é uma fonte de energia ecológica, ao contrário da energia do combustível. Todos os corpos na natureza, em relação ao valor zero condicional, têm energia potencial ou cinética e, às vezes, ambas. Por exemplo, um avião voando tem energia cinética e potencial em relação à Terra. Conhecemos dois tipos de energia mecânica. Outros tipos de energia (elétrica, interna, etc.) serão considerados em outras seções do curso de física. A transformação de um tipo de energia mecânica em outro. O fenômeno da transformação de um tipo de energia mecânica em outro é muito conveniente de observar no dispositivo mostrado na figura. Enrolando a linha ao redor do eixo, levante o disco do dispositivo. O disco levantado tem alguma energia potencial. Se você deixá-lo ir, ele vai girar e cair. À medida que cai, a energia potencial do disco diminui, mas ao mesmo tempo sua energia cinética aumenta. No final da queda, o disco tem tal reserva de energia cinética que pode subir novamente quase até a altura anterior. (Parte da energia é gasta trabalhando contra o atrito, de modo que o disco não atinge sua altura original.) Tendo subido, o disco cai novamente e depois sobe novamente. Nesse experimento, quando o disco desce, sua energia potencial é convertida em energia cinética e, ao subir, a energia cinética é convertida em potencial. A transformação da energia de um tipo para outro também ocorre quando dois corpos elásticos se chocam, por exemplo, com uma bola de borracha no chão ou uma bola de aço sobre uma placa de aço. Se você levantar uma bola de aço (arroz) sobre uma placa de aço e soltá-la de suas mãos, ela cairá. À medida que a bola cai, sua energia potencial diminui e sua energia cinética aumenta à medida que a velocidade da bola aumenta. Quando a bola atinge a placa, tanto a bola quanto a placa serão comprimidas. A energia cinética que a bola possuía se transformará na energia potencial da placa comprimida e da bola comprimida. Então, devido à ação das forças elásticas, a placa e a bola assumirão sua forma original. A bola vai quicar na placa e sua energia potencial se transformará novamente em energia cinética da bola: a bola vai quicar para cima com uma velocidade quase igual à velocidade que tinha no momento do impacto na placa. À medida que a bola sobe, a velocidade da bola e, portanto, sua energia cinética, diminui e a energia potencial aumenta. quicando na placa, a bola sobe quase até a mesma altura de onde começou a cair. No topo da subida, toda a sua energia cinética se transformará novamente em energia potencial. Os fenômenos naturais são geralmente acompanhados pela transformação de um tipo de energia em outro. A energia também pode ser transferida de um corpo para outro. Assim, por exemplo, ao atirar de um arco, a energia potencial de uma corda esticada é convertida na energia cinética de uma flecha voadora. |
