Билет №18.

1. ) П усть на тело действует сила F . Тело под действием этой силы совершит перемещение S. Тогда можно сказать, что сила совершила механическую работу:

Круглые скобки обозначают скалярное произведение векторов. В скалярном виде эта формула выглядит:

где угол б – есть угол между силой и перемещением тела. Угол этот может быть любым, но для некоторых сил он практически всегда фиксирован. Так для силы трения (сопротивления) этот угол всегда 180⁰, и как следствие, работа этих сил всегда отрицательна. Для силы нормальной реакции опоры этот угол – 90⁰, и работа этой силы 0.

[A] = 1 Дж.

В реальной жизни очень важным является то, как быстро мы можем совершить работу. Поэтому для выкапывания большой ямы задействуют экскаватор, а для перевозки грузов – большие машины или железнодорожные поезда. Скорость совершения работы в физике – это мощность.

[P] = 1 Вт.

Из вышеприведённой формулы следует возможность введения ещё одной единицы работы:

[A] = 1 Вт∙с

Дело в том, что в технике работу гораздо проще измерить, зная мощность механизма и время его работы. Только, поскольку в жизни все механизмы гораздо большей мощности, чем 1 Вт и работают они не секунды, а часы, то применяют кратную единицу - кВт∙час.

При производстве работ, к сожалению, часть энергии расходуется зря (на преодоление сопротивления среды). Поэтому, любой механизм характеризуется КПД – коэффициентом полезного действия – отношение полезной работы к полной (совершённой):

Р ассмотрим понятие КПД на примере простейшего механизма – наклонной плоскости (рис.2). Пусть мы поднимаем по наклонной плоскости тело. Понятно, что полезная работа – это работа по поднятию груза наверх:

где h – высота наклонной плоскости. Полная работа:

Если поднимать тело медленно (без разгона), то:

где µ - коэффициент трения тела о плоскость. Таким образом:

2) Изменение скорости хаотического движения молекул связано с изменением температуры тела. Тела бывают горячие и холодные. Опыты и наблюдения показывают, что при контакте двух тел, из которых одно мы воспринимаем как горячее и холодное, происходят изменения физических параметров как первого, так и второго тела. Процесс передачи энергии, сопровождающийся изменениями ряда физических параметров, называется теплопередачей. Через некоторое время после установления контакта между любыми телами изменения макроскопических параметров тел прекращаются. Такое состояние называется тепловым равновесием. Для измерения температуры используются физические приборы – термометры, в которых о величине температуры судят по изменению какого-либо физического параметра. Жидкостный термометр. Наиболее распространен в повседневной жизни. Здесь для измерения температуры используется свойство жидкостей расширяться при нагревании. В качестве рабочего тела обычно используют ртуть, спирт. Для измерения температуры тела термометр приводят с ним в контакт, между телом и термометром осуществляется процесс теплопередачи до установления теплового равновесия. По температурной шкале Цельсия точке плавления льда приписывается температура 0 °С, а точке кипения воды – 100 °С. Изменение длины столба жидкости в капиллярах термометра на одну сотую длины между отметками 0 °С и 100 °С принимается равным 1 °С. Особое место в физике занимают газовые термометры, в которых термометрическим веществом является разреженный газ (гелий, воздух) в сосуде неизменного объема, а термометрической величиной – давление газа p. Опыт показывает, что давление газа растет с ростом температуры, измеренной по шкале Цельсия. Чтобы проградуировать газовый термометр постоянного объема, можно измерить давление при двух значениях температуры (например, 0 °C и 100 °C), нанести точки p₀ и p₁₀₀ на график, а затем провести между ними прямую линию Английский физик У. Кельвин в 1848 г. предложил использовать точку нулевого давления газа для построения новой температурной шкалы (шкала Кельвина). В этой шкале единица измерения температуры такая же, как и в шкале Цельсия, но нулевая точка сдвинута:

TК = TС + 273,15.

В системе СИ принято единицу измерения температуры по шкале Кельвина называть кельвином и обозначать буквой K.