Механічна робота. Потужність. Кінетична і потенціальна енергія. Закон збереження енергії в механіці. Коефіцієнт корисної дії простих механізмів. План

1. Механічна робота.

2. Потужність.

3. Механічна енергія. Закон збереження енергії в механіці. Коефіцієнт корисної дії простих механізмів.

1. Механічна робота. 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

На відміну від повсякденного поняття роботи як корисної діяльності людини у фізиці роботу A виконує сила, рухаючи тіло на відстань S вдовж лінії своєї дії.

Механічною роботою називають скалярну фізичну величину, яка дорівнює добутку модулів сили і переміщення на косинус кута α між векторами і (рис.2.3.8):

Оскільки величина A є скалярною, вона може набувати додатного і від'ємного значення.

У СІ її вимірюють в джоулях (Дж):

Якщо вектор сили перпендикулярний до вектора переміщення, то cosα= 0 і робота сили також дорівнює нулю. де k - жорсткість пружини; x - абсолютне видовження (стиснення).

Під час рівномірного підняття тіла масою m на висоту h виконуватиметься робота проти сили тяжіння: A_тяж = mgh.

Сила тертя буде перешкоджати виконанню роботи, тобто її вектор напрямлений протилежно переміщенню: A_тер = - F_тер S.

Корисно пам'ятати, що робота сил тяжіння і пружності:

- не залежить від форми траєкторії, а залежить від початкового і кінцевого положення тіл;

- робота по замкненому контуру дорівнює нулю.

Робота ж сили тертя залежить від форми траєкторії і по замкненому контуру не дорівнює нулю.

На практиці:

- якщо сила F = 0, а S ≠ 0, то тіло рухається по інерції і робота сили A = 0;

- якщо тіло знаходиться над поверхнею Землі на висоті h₁, а потім під дією сили тяжіння опустилось до висоти h₂, то виконана робота A = F∆h = mg( h₁ - h₂), де ∆h - зміщення тіла.

2. Потужність.

Одну й ту саму роботу різні механізми виконують за різні проміжки часу. Для характеристики працездатності механізму введено поняття потужності. Це скалярна фізична величина, яка показує кількість роботи, що виконується за одиницю часу.

Потужність вимірюють відношенням роботи до проміжку часу, протягом якого ця робота виконувалася: Потужність - величина скалярна.

В СІ її вимірюють у ватах:

Потужність можна вимірювати кінськими силами або кіловат-годинами:

1 к. с. = 735 Вт; 1кВт · год = 3,6 · 106 Дж.

Якщо рух тіла рівномірний і прямолінійний, то

Формулу (2.3.4) можна використати і для змінного руху, якщо під N розуміти миттєву потужність, а під - миттєву швидкість.

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

Якщо напрям сили збігається з напрямом переміщення, то cosα = 1 і згідно з виразом (2.3.4) N = F. Із формули (2.3.5) випливає, що

Із формул (2.3.6) і (2.3.7) видно, що за постійної потужності двигуна швидкість руху обернено пропорційна силі тяги і навпаки. На цьому засновано принцип дії коробки швидкостей (коробки зміни передач) різних транспортних засобів.