(!LANG:חשב את העבודה שנעשתה על ידי המודולו הקבוע. עבודה מכנית. נוסחה. הצהרת ההגדרה

כדי להיות מסוגל לאפיין את מאפייני האנרגיה של התנועה, הוצג המושג עבודה מכנית. ודווקא לה בגילוייה השונים מוקדש המאמר. להבין את הנושא קל ומורכב למדי. המחבר ניסה באמת ובתמים להפוך אותו מובן ומובן יותר, וניתן רק לקוות שהמטרה הושגה.

מהי עבודה מכנית?

איך זה נקרא? אם כוח כלשהו פועל על הגוף, וכתוצאה מפעולת הכוח הזה, הגוף זז, אז זה נקרא עבודה מכנית. כשניגשים אליו מנקודת המבט פילוסופיה מדעיתכאן אנחנו יכולים להדגיש כמה היבטים נוספים, אבל המאמר יכסה את הנושא מנקודת המבט של הפיזיקה. עבודה מכנית- זה לא קשה אם חושבים היטב על המילים שנכתבו כאן. אבל המילה "מכני" לרוב לא כתובה, והכל מצטמצם למילה "עבודה". אבל לא כל עבודה היא מכנית. כאן יושב אדם וחושב. האם זה עובד? מנטלית כן! אבל האם זו עבודה מכנית? לא. מה אם האדם הולך? אם הגוף נע בהשפעת כוח, אז זו עבודה מכנית. הכל פשוט. במילים אחרות, הכוח הפועל על הגוף עושה עבודה (מכנית). ועוד משהו: העבודה היא שיכולה לאפיין את התוצאה של פעולתו של כוח מסוים. אז אם אדם הולך, אז כוחות מסוימים (חיכוך, כוח משיכה וכו') מבצעים עבודה מכנית באדם, וכתוצאה מפעולתם, אדם משנה את נקודת המיקום שלו, במילים אחרות, הוא זז.

עבודה כמו כמות פיסיתשווה לכוח הפועל על הגוף, כפול הנתיב שעשה הגוף בהשפעת כוח זה ובכיוון המצוין על ידו. אנו יכולים לומר שעבודה מכנית נעשתה אם התקיימו בו זמנית 2 תנאים: הכוח פעל על הגוף, והוא נע בכיוון פעולתו. אבל זה לא בוצע או לא מבוצע אם הכוח פעל, והגוף לא שינה את מיקומו במערכת הקואורדינטות. להלן דוגמאות קטנות שבהן לא מתבצעת עבודה מכנית:

1. אז אדם יכול ליפול על סלע ענק כדי להזיז אותו, אבל אין מספיק כוח. הכוח פועל על האבן, אך היא לא זזה, ולא מתרחשת עבודה.
2. הגוף נע במערכת הקואורדינטות, והכוח שווה לאפס או שכולם מפוצים. ניתן לראות זאת במהלך תנועה אינרציאלית.
3. כאשר הכיוון בו הגוף נע מאונך לכוח. כאשר הרכבת נעה לאורך קו אופקי, כוח הכבידה אינו עושה את עבודתו.

בהתאם לתנאים מסוימים, עבודה מכנית יכולה להיות שלילית וחיובית. אז אם הכיוונים והכוחות והתנועות של הגוף זהים, אז מתרחשת עבודה חיובית. דוגמה לעבודה חיובית היא השפעת כוח המשיכה על טיפת מים נופלת. אבל אם הכוח וכיוון התנועה מנוגדים, אז מתרחשת עבודה מכנית שלילית. דוגמה לאופציה כזו היא בלון עולה וכוח הכבידה, שעושה עבודה שלילית. כאשר גוף נתון להשפעה של מספר כוחות, עבודה כזו נקראת "עבודת כוח כתוצאה".

תכונות של יישום מעשי (אנרגיה קינטית)

אנחנו עוברים מהתיאוריה לחלק המעשי. בנפרד, עלינו לדבר על עבודה מכנית והשימוש בה בפיזיקה. כפי שרבים בוודאי זכרו, כל האנרגיה של הגוף מחולקת לקינטית ופוטנציאלית. כאשר עצם נמצא בשיווי משקל ואינו זז לשום מקום, האנרגיה הפוטנציאלית שלו שווה לסך האנרגיה, והאנרגיה הקינטית שלו היא אפס. כאשר התנועה מתחילה, האנרגיה הפוטנציאלית מתחילה לרדת, האנרגיה הקינטית לעלות, אך בסך הכל הם שווים לסך האנרגיה של העצם. עבור נקודה חומרית, אנרגיה קינטית מוגדרת כעבודת הכוח שהאיץ את הנקודה מאפס לערך H, ובצורת נוסחה, הקינטיקה של הגוף היא ½ * M * H, כאשר M היא המסה. כדי לגלות את האנרגיה הקינטית של עצם המורכב מחלקיקים רבים, צריך למצוא את סכום כל האנרגיה הקינטית של החלקיקים, וזו תהיה האנרגיה הקינטית של הגוף.

תכונות של יישום מעשי (אנרגיה פוטנציאלית)

במקרה שבו כל הכוחות הפועלים על הגוף הם שמרניים, והאנרגיה הפוטנציאלית שווה לסך הכל, אז לא מתבצעת עבודה. הנחה זו ידועה כחוק שימור האנרגיה המכנית. אנרגיה מכנית במערכת סגורה קבועה במרווח הזמן. חוק השימור נמצא בשימוש נרחב לפתרון בעיות ממכניקה קלאסית.

תכונות של יישום מעשי (תרמודינמיקה)

בתרמודינמיקה, העבודה שעשה גז במהלך התפשטות מחושבת על ידי אינטגרל הלחץ כפול נפח. גישה זו ישימה לא רק במקרים בהם ישנה פונקציה מדויקת של נפח, אלא גם לכל התהליכים שניתן להציג במישור הלחץ/נפח. הידע של עבודה מכנית מיושם גם לא רק על גזים, אלא על כל מה שיכול להפעיל לחץ.

תכונות של יישום מעשי בפועל (מכניקה תיאורטית)

במכניקה תיאורטית, כל המאפיינים והנוסחאות שתוארו לעיל נחשבות ביתר פירוט, בפרט, אלו הן תחזיות. היא גם נותנת הגדרה משלה לנוסחאות שונות של עבודה מכנית (דוגמה להגדרה לאינטגרל רימר): הגבול אליו נוטה סכום כל הכוחות של העבודה היסודית כאשר עדינות המחיצה שואפת לאפס נקרא עבודת הכוח לאורך העקומה. כנראה קשה? אבל כלום, עם מכניקה תיאורטית הכל. כן, וכל העבודה המכנית, הפיזיקה ושאר הקשיים הסתיימו. בהמשך יהיו רק דוגמאות ומסקנות.

יחידות עבודה מכניות

ה-SI משתמש בג'אול למדידת עבודה, בעוד שה-GHS משתמש ב-ergs:

1. 1 J = 1 kg m²/s² = 1 Nm
2. 1 erg = 1 גרם cm²/s² = 1 dyn cm
3. 1 ארג = 10 −7 J

דוגמאות לעבודות מכניות

כדי להבין סוף סוף מושג כזה כמו עבודה מכנית, עליך ללמוד כמה דוגמאות נפרדות שיאפשרו לך לשקול אותו מהרבה, אך לא מכל הצדדים:

1. כאשר אדם מרים אבן בידיו, אז מתרחשת עבודה מכנית בעזרת כוח השרירים של הידיים;
2. כאשר רכבת נוסעת לאורך המסילה, היא נמשכת בכוח המתיחה של הטרקטור (קטר חשמלי, קטר דיזל וכו');
3. אם אתה לוקח אקדח ויורה ממנו, אז הודות לכוח הלחץ שייצרו גזי האבקה, תתבצע עבודה: הכדור מועבר לאורך קנה האקדח במקביל לעלייה של מהירות הכדור עצמו ;
4. ישנה גם עבודה מכנית כאשר כוח החיכוך פועל על הגוף, מאלץ אותו להפחית את מהירות תנועתו;
5. הדוגמה לעיל עם כדורים, כאשר הם עולים בכיוון ההפוך ביחס לכיוון הכבידה, היא גם דוגמה לעבודה מכנית, אך בנוסף לכוח הכבידה, כוח ארכימדס פועל גם כאשר כל דבר קל יותר מאוויר עולה.

מה זה כוח?

לבסוף, אני רוצה לגעת בנושא הכוח. העבודה שעשה כוח ביחידת זמן אחת נקראת כוח. למעשה, כוח הוא כמות פיזית כזו שמהווה שיקוף של היחס בין העבודה לפרק זמן מסוים שבמהלכו נעשתה עבודה זו: M = P/B, כאשר M הוא כוח, P הוא עבודה, B הוא זמן. יחידת הספק SI היא 1 וואט. וואט שווה להספק שעושה את העבודה של ג'אול אחד בשנייה אחת: 1 W = 1J \ 1s.

ניתן לתאר כל גוף שזז כעבודה. במילים אחרות, הוא מאפיין את פעולת הכוחות.

העבודה מוגדרת כ:
מכפלת מודול הכוח והנתיב שעובר הגוף, כפול קוסינוס הזווית בין כיוון הכוח לתנועה.

העבודה נמדדת בג'ול:
1 [J] = = [ק"ג* m2/s2]

לדוגמה, גוף A, בהשפעת כוח של 5 N, עבר 10 מ'. קבע את העבודה שעשה הגוף.

מכיוון שכיוון התנועה ופעולת הכוח זהים, הזווית בין וקטור הכוח לווקטור התזוזה תהיה 0°. הנוסחה מפושטת מכיוון שהקוסינוס של זווית ב-0° הוא 1.

החלפת הפרמטרים הראשוניים בנוסחה, אנו מוצאים:
A= 15 J.

שקול דוגמה נוספת, גוף עם מסה של 2 ק"ג, שנע בתאוצה של 6 מ' / s2, עבר 10 מ'. קבע את העבודה שעשה הגוף אם הוא נע כלפי מעלה לאורך מישור משופע בזווית של 60 מעלות.

מלכתחילה, אנו מחשבים איזה כוח יש להפעיל כדי להודיע ​​לגוף על תאוצה של 6 m/s2.

F = 2 ק"ג * 6 m/s2 = 12 H.
תחת פעולת כוח של 12H, הגוף נסע 10 מ'. ניתן לחשב את העבודה באמצעות הנוסחה הידועה כבר:

כאשר, a שווה ל-30 מעלות. החלפת הנתונים הראשוניים בנוסחה, נקבל:
A= 103.2 J.

כּוֹחַ

מכונות רבות של מנגנונים מבצעות את אותה עבודה במשך פרק זמן שונה. כדי להשוות ביניהם, המושג כוח מוצג.
כוח הוא ערך המראה את כמות העבודה שנעשתה ליחידת זמן.

הספק נמדד בוואטים, על פי המהנדס הסקוטי ג'יימס וואט.
1 [וואט] = 1 [J/s].

לדוגמה, מנוף גדול הרים תוך דקה מטען במשקל 10 טון לגובה של 30 מ'. מנוף קטן הרים 2 טונות של לבנים לאותו גובה בדקה אחת. השווה בין יכולות מנוף.
הגדירו את העבודה המבוצעת על ידי מנופים. העומס עולה ב-30 מ', תוך התגברות על כוח הכבידה, כך שהכוח המושקע בהרמת המטען יהיה שווה לכוח האינטראקציה בין כדור הארץ לעומס (F = m * g). והעבודה היא תוצר של כוחות ושל המרחק שעוברת הסחורה, כלומר הגובה.

למנוף גדול A1 = 10,000 ק"ג * 30 מ' * 10 מ' / s2 = 3,000,000 J, ולמנוף קטן A2 = 2,000 ק"ג * 30 מ' * 10 מ' / s2 = 600,000 J.
ניתן לחשב כוח על ידי חלוקת עבודה לפי זמן. שני העגורנים הרימו את העומס תוך דקה אחת (60 שניות).

מכאן:
N1 = 3,000,000 J/60 s = 50,000 W = 50 קילוואט.
N2 = 600,000 J / 60 s = 10,000 W = 10 קילוואט.
מהנתונים לעיל, ניתן לראות בבירור שהעגורן הראשון חזק פי 5 מהשני.

« פיזיקה - כיתה י'

חוק שימור האנרגיה הוא חוק טבע יסודי המאפשר לתאר את רוב התופעות המתרחשות.

תיאור תנועת הגופים אפשרי גם בעזרת מושגי דינמיקה כמו עבודה ואנרגיה.

זכרו מה זה עבודה וכוח בפיזיקה.

האם מושגים אלו עולים בקנה אחד עם רעיונות יומיומיים לגביהם?

כל הפעולות היומיומיות שלנו מסתכמות בעובדה שבעזרת השרירים אנחנו או מניעים את הגופים שמסביב ומשמרים את התנועה הזו, או שאנחנו עוצרים את הגופים הנעים.

גופים אלו הם כלי עבודה (פטיש, עט, מסור), במשחקים - כדורים, פאקים, כלי שח. בייצור ו חַקלָאוּתאנשים גם מניעים כלים.

השימוש במכונות מעלה מאוד את פריון העבודה עקב השימוש במנועים בהן.

מטרתו של כל מנוע היא להניע את הגופים ולשמור על תנועה זו, למרות בלימה על ידי חיכוך רגיל והתנגדות "עובדת" (החותך חייב לא רק להחליק על המתכת, אלא, להתנגש בה, להסיר שבבים; המחרשה חייב לשחרר אדמה וכו'). במקרה זה, חייב לפעול כוח על הגוף הנע מצד המנוע.

עבודה נעשית תמיד בטבע כאשר כוח (או מספר כוחות) מגוף אחר (גופים אחרים) פועל על גוף בכיוון תנועתו או כנגדו.

כוח הכבידה אכן פועל כאשר יורד גשם או נפילת אבן מצוק. במקביל, העבודה נעשית על ידי כוח ההתנגדות הפועל על הטיפות הנופלות או על האבן מצד האוויר. הכוח האלסטי עובד גם כאשר עץ כפוף ברוח מתיישר.

הגדרת תפקיד.

החוק השני של ניוטון בצורה אימפולסיבית ∆=∆tמאפשר לך לקבוע כיצד מהירות הגוף משתנה בערך ובכיוון מוחלטים, אם כוח פועל עליו במהלך הזמן Δt.

ההשפעה על גופי כוחות, המובילה לשינוי במודול מהירותם, מאופיינת בערך התלוי הן בכוחות והן בתזוזות של הגופים. כמות זו במכניקה נקראת עבודת כוח.

שינוי מודול של מהירות אפשרי רק כאשר הקרנת הכוח F r על כיוון תנועת הגוף אינה אפס. הקרנה זו היא שקובעת את פעולת הכוח המשנה את מהירות מודולו הגוף. היא עושה את העבודה. לכן, העבודה יכולה להיחשב כתוצר של הקרנת הכוח F r על ידי מודול התזוזה |Δ| (איור 5.1):

А = F r |Δ|. (5.1)

אם הזווית בין כוח לתזוזה מסומנת על ידי α, אז F r = Fcosα.

לכן העבודה שווה ל:

A = |Δ|cosα. (5.2)

תפיסת העבודה היומיומית שלנו שונה מההגדרה של עבודה בפיזיקה. אתה מחזיק מזוודה כבדה, ונראה לך שאתה עושה עבודה. עם זאת, מנקודת המבט של הפיזיקה, העבודה שלך שווה לאפס.

העבודה של כוח קבוע שווה למכפלת מודולי הכוח ותזוזה של נקודת הפעלת הכוח והקוסינוס של הזווית ביניהם.

במקרה הכללי, כאשר גוף קשיח זז, התזוזות של הנקודות השונות שלו שונות, אך כאשר קובעים את עבודת הכוח, אנו Δ להבין את התנועה של נקודת היישום שלו. בתנועת תרגום של גוף קשיח, תזוזה של כל הנקודות שלו עולה בקנה אחד עם תזוזה של נקודת הפעלת הכוח.

עבודה, בניגוד לכוח ותזוזה, אינה וקטור, אלא כמות סקלרית. זה יכול להיות חיובי, שלילי או אפס.

סימן העבודה נקבע לפי סימן הקוסינוס של הזווית בין כוח לתזוזה. אם α< 90°, то А >0 מאז הקוסינוס פינות חדותחִיוּבִי. עבור α > 90°, העבודה היא שלילית, שכן הקוסינוס של זוויות קהות הוא שלילי. ב-α = 90° (הכוח מאונך לתזוזה), לא מתבצעת עבודה.

אם מספר כוחות פועלים על הגוף, אזי הקרנת הכוח הנוצר על התזוזה שווה לסכום ההקרנות של הכוחות האינדיבידואליים:

F r = F 1r + F 2r + ... .

לכן, עבור עבודתו של הכוח שנוצר, אנו משיגים

A = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)

אם מספר כוחות פועלים על הגוף, אז העבודה הכוללת ( סכום אלגבריעבודת כל הכוחות) שווה לעבודת הכוח שנוצר.

העבודה הנעשית בכוח יכולה להיות מיוצגת בצורה גרפית. הבה נסביר זאת על ידי תיאור באיור את התלות של הקרנת הכוח בקואורדינטה של ​​הגוף כאשר הוא נע בקו ישר.

תן לגוף לנוע לאורך ציר ה-OX (איור 5.2), לאחר מכן

Fcosα = F x , |Δ| = Δ x.

על עבודת הכוח, אנחנו מקבלים

А = F|Δ|cosα = F x Δx.

ברור ששטח המלבן המוצל באיור (5.3, a) שווה מספרית לעבודה שנעשתה כאשר הגוף נע מנקודה עם קואורדינטה x1 לנקודה עם קואורדינטה x2.

נוסחה (5.1) תקפה כאשר הקרנת הכוח על התזוזה קבועה. במקרה של מסלול עקום, כוח קבוע או משתנה, נחלק את המסלול למקטעים קטנים, שיכולים להיחשב ישרים, והשלכת הכוח על תזוזה קטנה Δ - קבוע.

לאחר מכן, חישוב העבודה שנעשתה על כל תזוזה Δ ולאחר מכן לסכם את העבודות הללו, אנו קובעים את עבודת הכוח על העקירה הסופית (איור 5.3, ב).

יחידת עבודה.

ניתן להגדיר את יחידת העבודה באמצעות הנוסחה הבסיסית (5.2). אם בעת הזזת גוף ליחידת אורך, פועל עליו כוח שמודולוסו שווה לאחד, וכיוון הכוח עולה בקנה אחד עם כיוון התנועה של נקודת ההפעלה שלו (α = 0), אזי העבודה תהיה שווה לאחד. בְּ מערכת בינלאומית(SI) יחידת העבודה היא הג'ול (מסומן J):

1 J = 1 N 1 m = 1 N m.

ג'אוּלהיא העבודה שנעשה על ידי כוח של 1 N בתזוזה של 1 אם כיווני הכוח והתזוזה עולים בקנה אחד.

לעתים קרובות נעשה שימוש במספר יחידות עבודה - קילוג'ול ומגה ג'ול:

1 קילו-ג'יי = 1000 J,
1 MJ = 1000000 J.

העבודה יכולה להיעשות בפרק זמן ארוך, או בפרק זמן קטן מאוד. אולם בפועל, זה רחוק מלהיות אדיש אם ניתן לבצע עבודה במהירות או לאט. הזמן שבו מתבצעת העבודה קובע את הביצועים של כל מנוע. מנוע חשמלי זעיר יכול לעשות הרבה עבודה, אבל זה ייקח הרבה זמן. לכן, לצד העבודה, מוכנס ערך המאפיין את המהירות בה הוא מיוצר - כוח.

הספק הוא היחס בין עבודה A למרווח הזמן Δt שעבורו מתבצעת עבודה זו, כלומר הספק הוא קצב העבודה:

מחליף בנוסחה (5.4) במקום עבודה A את הביטוי שלה (5.2), נקבל

לפיכך, אם הכוח והמהירות של הגוף קבועים, אז ההספק שווה למכפלת מודול וקטור הכוח במודול וקטור המהירות והקוסינוס של הזווית בין כיווני הוקטורים הללו. אם הכמויות הללו הן משתנים, אז לפי נוסחה (5.4) ניתן לקבוע את ההספק הממוצע בדומה להגדרה מהירות ממוצעתתנועות הגוף.

מושג הכוח מוצג כדי להעריך את העבודה ליחידת זמן המבוצעת על ידי מנגנון כלשהו (משאבה, מנוף, מנוע מכונה וכו'). לכן, בנוסחאות (5.4) ו-(5.5), תמיד אומר כוח הדחף.

ב-SI, כוח מתבטא במונחים של וואט (W).

ההספק הוא 1 W אם העבודה השווה ל-1 J מתבצעת תוך 1 שניות.

יחד עם הוואט, נעשה שימוש ביחידות הספק גדולות יותר (מרובות):

1 קילוואט (קילווואט) = 1000 וואט,
1 מגה וואט (מגה וואט) = 1,000,000 וואט.

אתה יודע מהי עבודה? ללא כל ספק. מהי עבודה, כל אדם יודע, בתנאי שהוא נולד וחי על כדור הארץ. מהי עבודה מכנית?

מושג זה ידוע גם לרוב האנשים על פני כדור הארץ, אם כי לחלק מהאנשים יש מושג מעורפל למדי לגבי התהליך הזה. אבל זה לא קשור אליהם עכשיו. אפילו לפחות אנשים יש מושג מה עבודה מכנית מנקודת מבט של פיזיקה.בפיזיקה, עבודה מכנית היא לא עבודה של אדם למען מזון, היא כמות פיזית שיכולה להיות לגמרי לא קשורה לא לאדם ולא לכל יצור חי אחר. איך זה? עכשיו בואו נבין את זה.

עבודה מכנית בפיזיקה

בוא ניתן שתי דוגמאות. בדוגמה הראשונה, מי הנהר, המתנגשים בתהום, נופלים ברעש בצורת מפל. הדוגמה השנייה היא אדם שמחזיק חפץ כבד בזרועות מושטות, למשל, שומר על גג שבור מעל מרפסת בית כפרי שלא ייפול, בזמן שאשתו וילדיו מחפשים בטירוף משהו להעמיד אותו. מתי מתבצעת עבודה מכנית?

הגדרה של עבודה מכנית

כמעט כולם, ללא היסוס, יענו: בשני. והם יטעו. המקרה הוא בדיוק הפוך. בפיזיקה מתוארת עבודה מכנית את ההגדרות הבאות:עבודה מכנית נעשית כאשר כוח פועל על גוף והוא נע. עבודה מכנית עומדת ביחס ישר לכוח המופעל ולמרחק שעבר.

נוסחת עבודה מכנית

העבודה המכנית נקבעת על ידי הנוסחה:

כאשר A הוא עבודה,
F - כוח,
s - המרחק שעבר.

אז למרות כל הגבורה של מחזיק הגג העייף, העבודה שנעשתה על ידו שווה לאפס, אבל המים, הנופלים תחת השפעת כוח המשיכה מצוק גבוה, עושים את העבודה המכנית ביותר. כלומר, אם נדחוף ארון כבד ללא הצלחה, אז העבודה שעשינו מנקודת המבט של הפיזיקה תהיה שווה לאפס, למרות העובדה שאנחנו מפעילים הרבה כוח. אבל אם נזיז את הארון למרחק מסוים, אז נעשה את העבודה, שווה למוצרהפעיל כוח על ידי המרחק שהזזנו את הגוף.

יחידת העבודה היא 1 J. זוהי העבודה שנעשה על ידי כוח של 1 ניוטון כדי להזיז גוף למרחק של 1 מ'. אם כיוון הכוח המופעל עולה בקנה אחד עם כיוון התנועה של הגוף, אז הכוח הזה עושה זאת עבודה חיובית. דוגמה לכך היא כאשר אנו דוחפים גוף והוא זז. ובמקרה שהכוח מופעל בכיוון המנוגד לתנועת הגוף, למשל כוח חיכוך, אז הכוח הזה עושה עבודה שלילית. אם הכוח המופעל אינו משפיע על תנועת הגוף בשום צורה, אז הכוח שנוצר על ידי עבודה זו שווה לאפס.

עבודה מכנית. יחידות עבודה.

בחיי היומיום, תחת המושג "עבודה" אנו מבינים הכל.

בפיזיקה, המושג עֲבוֹדָהשונה במקצת. זוהי כמות פיזיקלית מסוימת, כלומר ניתן למדוד אותה. בפיזיקה, המחקר הוא בעיקר עבודה מכנית .

שקול דוגמאות לעבודה מכנית.

הרכבת נעה תחת פעולת כוח המתיחה של הקטר החשמלי, תוך כדי עבודה מכנית. כאשר יורה אקדח, כוח הלחץ של גזי האבקה אכן עובד - הוא מניע את הקליע לאורך הקנה, בעוד מהירות הקליע עולה.

מדוגמאות אלו ניתן לראות שעבודה מכנית נעשית כאשר הגוף נע תחת פעולת כוח. עבודה מכנית מתבצעת גם במקרה שבו הכוח הפועל על הגוף (למשל, כוח החיכוך) מפחית את מהירות תנועתו.

רוצים להזיז את הארון, אנחנו לוחצים עליו בכוח, אבל אם הוא לא זז בו זמנית, אז אנחנו לא מבצעים עבודה מכנית. אפשר לדמיין את המקרה כאשר הגוף נע ללא השתתפות של כוחות (על ידי אינרציה), במקרה זה, גם עבודה מכנית לא מתבצעת.

כך, עבודה מכנית נעשית רק כאשר כוח פועל על הגוף והוא זז .

קל להבין שככל שהכוח הפועל על הגוף גדול יותר וככל שהדרך שהגוף עובר בפעולת כוח זה ארוך יותר, כך העבודה הנעשית גדולה יותר.

עבודה מכנית עומדת ביחס ישר לכוח המופעל ובפרופורציונלי ישר למרחק שעבר. .

לכן, הסכמנו למדוד עבודה מכנית לפי מכפלת הכוח והנתיב שעבר בכיוון זה של כוח זה:

עבודה = כוח × נתיב

איפה אבל- עבודה, ו- כוח ו ס- מרחק שעבר.

יחידת עבודה היא העבודה הנעשית בכוח של 1 N בנתיב של 1 מ'.

יחידת עבודה - ג'אוּל (י ) נקרא על שם המדען האנגלי ג'ול. בדרך זו,

1 J = 1N m.

גם בשימוש קילוג'אול (kJ) .

1 קילו-ג'יי = 1000 J.

נוּסחָה A = Fsישים כאשר הכוח והוא קבוע וחופף לכיוון התנועה של הגוף.

אם כיוון הכוח עולה בקנה אחד עם כיוון התנועה של הגוף, אז הכוח הזה עושה עבודה חיובית.

אם תנועת הגוף מתרחשת בכיוון המנוגד לכיוון הכוח המופעל, למשל, כוח החיכוך המחליק, אז הכוח הזה עושה עבודה שלילית.

אם כיוון הכוח הפועל על הגוף מאונך לכיוון התנועה, אז הכוח הזה לא עובד, העבודה היא אפס:

בעתיד, אם כבר מדברים על עבודה מכנית, נכנה אותה בקצרה במילה אחת - עבודה.

דוגמא. חשב את העבודה הנעשית בעת הרמת לוח גרניט בנפח של 0.5 מ"ק לגובה של 20 מ'. צפיפות הגרניט היא 2500 ק"ג / מ"ק.

נָתוּן:

ρ \u003d 2500 ק"ג / מ"ר 3

פִּתָרוֹן:

כאשר F הוא הכוח שיש להפעיל כדי להרים את הצלחת באופן שווה. כוח זה שווה במודולוס לכוח הגדיל Fstrand הפועל על הלוח, כלומר F = Fstrand. וכוח הכבידה יכול להיקבע לפי מסת הצלחת: Ftyazh = gm. אנו מחשבים את המסה של הלוח, תוך ידיעת נפחו וצפיפות הגרניט: m = ρV; s = h, כלומר השביל שווה לגובה העלייה.

אז, m = 2500 ק"ג/מ"ק 0.5 מ"ק = 1250 ק"ג.

F = 9.8 N/kg 1250 kg ≈ 12250 N.

A = 12,250 N 20 מ' = 245,000 J = 245 קילו-ג'יי.

תשובה: A = 245 קילו-ג'יי.

מנופים.כוח.אנרגיה

למנועים שונים לוקח זמן שונה לעשות את אותה עבודה. לדוגמה, מנוף באתר בנייה מרים מאות לבנים לקומה העליונה של בניין תוך דקות ספורות. אם עובד היה מעביר את הלבנים האלה, ייקח לו כמה שעות לעשות זאת. דוגמה אחרת. סוס יכול לחרוש דונם של אדמה תוך 10-12 שעות, בעוד טרקטור עם מחרשה רב-חלקית ( מחרשה- חלק מהמחרשה החותך את שכבת האדמה מלמטה ומעביר אותה למזבלה; ריבוי שיתוף - הרבה שיתופים), עבודה זו תתבצע במשך 40-50 דקות.

ברור שעגורן עושה את אותה עבודה יותר מהר מעובד, וטרקטור מהר יותר מסוס. מהירות העבודה מאופיינת בערך מיוחד הנקרא כוח.

כוח שווה ליחס העבודה לזמן שבו היא הושלמה.

כדי לחשב את ההספק, יש צורך לחלק את העבודה בזמן שבמהלכו מתבצעת עבודה זו.כוח = עבודה / זמן.

איפה נ- כוח, א- עבודה, ט- זמן העבודה שבוצעה.

כוח הוא ערך קבוע, כאשר אותה עבודה נעשית עבור כל שנייה, במקרים אחרים היחס בְּקובע את ההספק הממוצע:

נ cf = בְּ . יחידת ההספק נלקחה כהספק שבו מתבצעת העבודה ב-J תוך 1 שניות.

יחידה זו נקראת וואט ( ג') לכבוד מדען אנגלי נוסף וואט.

1 וואט = 1 ג'אול / שנייה אחת, או 1 W = 1 J/s.

וואט (ג'אול לשנייה) - W (1 J / s).

יחידות כוח גדולות יותר נמצאות בשימוש נרחב בהנדסה - קִילוֹוָט (קילוואט), מגה וואט (MW) .

1 MW = 1,000,000 W

1 קילוואט = 1000 וואט

1 mW = 0.001 W

1 W = 0.000001 MW

1 W = 0.001 קילוואט

1 W = 1000 mW

דוגמא. מצא את עוצמת זרימת המים הזורמים בסכר, אם גובה מפל המים הוא 25 מ', וקצב הזרימה שלו הוא 120 מ"ק לדקה.

נָתוּן:

ρ = 1000 ק"ג/מ"ק

פִּתָרוֹן:

מסת מים נופלים: m = ρV,

m = 1000 ק"ג/מ"ק 120 מ"ק = 120,000 ק"ג (12 104 ק"ג).

כוח הכבידה הפועל על המים:

F = 9.8 m/s2 120,000 ק"ג ≈ 1,200,000 N (12 105 N)

עבודה בדקה:

A - 1,200,000 N 25 מ' = 30,000,000 J (3 107 J).

כוח זרימה: N = A/t,

N = 30,000,000 J / 60 s = 500,000 W = 0.5 MW.

תשובה: N = 0.5 MW.

למנועים שונים יש הספקים הנעים בין מאיות ועשיריות קילוואט (מנוע של מכונת גילוח חשמלית, מכונת תפירה) ועד למאות אלפי קילוואט (טורבינות מים וקיטור).

טבלה 5

הספק של כמה מנועים, קילוואט.

לכל מנוע יש לוחית (דרכון מנוע), המכילה כמה נתונים על המנוע, כולל הספק שלו.

כוח האדם בתנאי עבודה רגילים הוא בממוצע 70-80 וואט. ביצוע קפיצות, ריצה במעלה המדרגות, אדם יכול לפתח כוח של עד 730 וואט, ובמקרים מסוימים אפילו יותר.

מהנוסחה N = A/t נובע מכך

כדי לחשב את העבודה, עליך להכפיל את ההספק בזמן שבמהלכו בוצעה עבודה זו.

דוגמא. למנוע מאוורר החדר הספק של 35 וואט. כמה עבודה הוא עושה ב-10 דקות?

נרשום את מצב הבעיה ונפתור אותה.

נָתוּן:

פִּתָרוֹן:

A = 35 W * 600 s = 21,000 W * s = 21,000 J = 21 קילו-ג'יי.

תשובה א= 21 קילו-ג'יי.

מנגנונים פשוטים.

מאז ומתמיד, האדם משתמש במכשירים שונים לביצוע עבודות מכניות.

כולם יודעים שחפץ כבד (אבן, ארון, מכונה), שאינו ניתן להזזה ביד, ניתן להזזה עם מקל ארוך למדי - מנוף.

על הרגע הזההוא האמין כי בעזרת מנופים לפני שלושת אלפים שנה במהלך בניית הפירמידות ב מצרים העתיקההם הזיזו והרימו לוחות אבן כבדים לגובה רב.

במקרים רבים, במקום להרים מטען כבד לגובה מסוים, ניתן לגלגל אותו פנימה או לגרור אותו לאותו גובה לאורך מישור משופעאו להרים עם בלוקים.

התקנים המשמשים להמרת כוח נקראים מנגנונים .

מנגנונים פשוטים כוללים: מנופים וזנייהם - בלוק, שער; מטוס משופע והזנים שלו - טריז, בורג. ברוב המקרים מנגנונים פשוטיםמשמשים על מנת להשיג עלייה בכוח, כלומר להגביר את הכוח הפועל על הגוף מספר פעמים.

מנגנונים פשוטים נמצאים הן במשק הבית והן בכל מכונות המפעל והמפעל המורכבות שחותכות, מסובבות ומטביעות יריעות פלדה גדולות או שואבות את החוטים העדינים ביותר שמהם עשויים בדים. אותם מנגנונים ניתן למצוא במכונות מודרניות מורכבות, הדפסה וספירה.

זרוע מנוף. מאזן הכוחות על הידית.

שקול את המנגנון הפשוט והנפוץ ביותר - המנוף.

הידית היא גוף קשיח שיכול להסתובב סביב תומך קבוע.

האיורים מראים כיצד עובד משתמש במוט כדי להרים מטען כמנוף. במקרה הראשון, עובד עם כוח ולוחץ על קצה המוט ב, בשנייה - מעלה את הקץ ב.

העובד צריך להתגבר על משקל העומס פ- כוח מכוון אנכית כלפי מטה. לשם כך, הוא מסובב את המוט סביב ציר העובר דרך היחידה ללא תנועהנקודת שבירה - נקודת המשען שלה O. כוח ו, שאיתו פועל העובד על המנוף, פחות כוח פ, כך העובד מקבל לצבור כוח. בעזרת מנוף אפשר להרים משא כל כך כבד שלא ניתן להרים אותו לבד.

האיור מציג מנוף שציר הסיבוב שלו O(נקודת המשען) נמצאת בין נקודות הפעלת הכוחות אבלו בְּ. האיור השני מציג תרשים של מנוף זה. שני הכוחות ו 1 ו ו 2 הפועלים על הידית מכוונים לאותו כיוון.

המרחק הקצר ביותר בין נקודת המשען לקו הישר שלאורכו פועל הכוח על הידית נקרא זרוע הכוח.

כדי למצוא את כתף הכוח, יש צורך להוריד את הניצב מנקודת המשען לקו הפעולה של הכוח.

אורכו של הניצב הזה יהיה הכתף של הכוח הזה. האיור מראה זאת OA- חוזק כתפיים ו 1; OV- חוזק כתפיים ו 2. הכוחות הפועלים על הידית יכולים לסובב אותו סביב הציר בשני כיוונים: בכיוון השעון או נגד כיוון השעון. כן, כוח ו 1 מסובב את הידית בכיוון השעון, ואת הכוח ו 2 מסובב אותו נגד כיוון השעון.

ניתן לקבוע בניסוי את המצב שבו המנוף נמצא בשיווי משקל תחת פעולת הכוחות המופעלים עליו. יחד עם זאת, יש לזכור שתוצאת פעולת הכוח תלויה לא רק בערכו המספרי (מודולוס), אלא גם בנקודה בה הוא מופעל על הגוף, או כיצד הוא מכוון.

משקולות שונות תלויות מהמנוף (ראה איור) משני צידי נקודת המשען כך שבכל פעם הידית נשארת באיזון. הכוחות הפועלים על הידית שווים למשקלים של עומסים אלו. עבור כל מקרה, מודולי הכוחות והכתפיים שלהם נמדדים. מהניסיון המוצג באיור 154, ניתן לראות שהכוח 2 חמאזן כוח 4 ח. במקרה זה, כפי שניתן לראות מהאיור, הכתף בכוח קטן יותר גדולה פי 2 מהכתף בכוח גדול יותר.

על בסיס ניסויים כאלה, נקבע התנאי (כלל) האיזון של המנוף.

המנוף נמצא בשיווי משקל כאשר הכוחות הפועלים עליו עומדים ביחס הפוך לכתפי הכוחות הללו.

את הכלל הזה אפשר לכתוב כנוסחה:

ו 1/ו 2 = ל 2/ ל 1 ,

איפה ו 1וו 2 - כוחות הפועלים על הידית, ל 1ול 2 , - כתפי הכוחות הללו (ראה איור).

הכלל לאיזון המנוף נקבע על ידי ארכימדס בסביבות 287-212. לִפנֵי הַסְפִירָה ה. (אבל לא היה כתוב בפסקה האחרונה שהמנופים שימשו את המצרים? או כאן תפקיד חשובמנגן את המילה "מותקן"?)

מכלל זה נובע שניתן לאזן כוח קטן יותר עם מינוף של כוח גדול יותר. תן לזרוע אחת של הידית להיות גדולה פי 3 מהשנייה (ראה איור). לאחר מכן, בהפעלת כוח של, למשל, 400 N בנקודה B, ניתן להרים אבן במשקל 1200 N. על מנת להרים עומס כבד עוד יותר, יש צורך להגדיל את אורך זרוע המנוף שעליה פועל פועל.

דוגמא. באמצעות מנוף, פועל מרים לוח במשקל 240 ק"ג (ראה איור 149). איזה כוח הוא מפעיל על הזרוע הגדולה יותר של המנוף, שהיא 2.4 מ', אם הזרוע הקטנה יותר היא 0.6 מ'?

נרשום את מצב הבעיה, ונפתור אותה.

נָתוּן:

פִּתָרוֹן:

לפי כלל שיווי משקל המנוף, F1/F2 = l2/l1, כאשר F1 = F2 l2/l1, כאשר F2 = P הוא משקל האבן. משקל אבן asd = gm, F = 9.8 N 240 ק"ג ≈ 2400 N

לאחר מכן, F1 = 2400 N 0.6 / 2.4 = 600 N.

תשובה: F1 = 600 N.

בדוגמה שלנו, העובד מתגבר על כוח של 2400 N על ידי הפעלת כוח של 600 N על הידית. אך יחד עם זאת, הזרוע עליה פועל העובד ארוכה פי 4 מזו שעליה פועל משקל האבן. ( ל 1 : ל 2 = 2.4 מ': 0.6 מ' = 4).

על ידי יישום כלל המינוף, כוח קטן יותר יכול לאזן כוח גדול יותר. במקרה זה, הכתף של הכוח הקטן חייבת להיות ארוכה יותר מהכתף של הכוח הגדול יותר.

רגע של כוח.

אתה כבר מכיר את כלל איזון המנוף:

ו 1 / ו 2 = ל 2 / ל 1 ,

באמצעות תכונת הפרופורציה (המכפלה של המונחים הקיצוניים שלו שווה למכפלת האיברים האמצעיים שלו), אנו כותבים אותו בצורה זו:

ו 1ל 1 = ו 2 ל 2 .

בצד שמאל של המשוואה נמצא מכפלת הכוח ו 1 על הכתף שלה ל 1, ומימין - מכפלת הכוח ו 2 על הכתף שלה ל 2 .

המכפלה של מודול הכוח המסובב את הגוף ואת זרועו נקרא רגע של כוח; זה מסומן באות M. אז,

מנוף נמצא בשיווי משקל תחת פעולת שני כוחות אם רגע הכוח המסובב אותו בכיוון השעון שווה לרגע הכוח המסובב אותו נגד כיוון השעון.

כלל זה נקרא כלל רגע , ניתן לכתוב כנוסחה:

M1 = M2

ואכן, בניסוי ששקלנו, (§ 56) הכוחות הפועלים היו שווים ל-2 N ו-4 N, הכתפיים שלהם, בהתאמה, היו 4 ו-2 לחצים מנוף, כלומר, המומנטים של כוחות אלו זהים כאשר המנוף נמצא בשיווי משקל.

ניתן למדוד את רגע הכוח, כמו כל כמות פיזית. מומנט כוח של 1 N נלקח כיחידה של רגע כוח, שכתפו היא בדיוק 1 מ'.

יחידה זו נקראת מטר ניוטון (נ מ).

רגע הכוח מאפיין את פעולת הכוח, ומראה שהיא תלויה בו זמנית במודול הכוח ובכתפו. ואכן, אנו כבר יודעים, למשל, שהשפעת כוח על דלת תלויה הן במודול הכוח והן במקום בו מופעל הכוח. קל יותר לסובב את הדלת, ככל שהכוח הפועל עליה מופעל רחוק יותר מציר הסיבוב. עדיף להבריג את האום עם מפתח ברגים ארוך מאשר עם מפתח קצר. ככל שקל יותר להרים דלי מהבאר כך ידית השער ארוכה יותר וכו'.

מנופים בטכנולוגיה, בחיי היום יום ובטבע.

כלל המנוף (או כלל הרגעים) עומד בבסיס פעולתם של כלים ומכשירים מסוגים שונים המשמשים בטכנולוגיה ובחיי היומיום שבהם נדרשת עלייה בכוח או על הדרך.

יש לנו רווח בכוח בעבודה עם מספריים. מספריים - זה מנוף(אורז), שציר הסיבוב שלו מתרחש דרך בורג המחבר את שני חצאי המספריים. כוח הפועל ו 1 הוא החוזק השרירי של היד של האדם הלוחץ את המספריים. כוחות מנוגדים ו 2 - כוח ההתנגדות של חומר כזה שנחתך במספריים. בהתאם למטרה של המספריים, המכשיר שלהם שונה. למספריים למשרד, המיועדות לחיתוך נייר, להבים ארוכים וידיות שאורכם כמעט זהה. לא צריך הרבה כוח כדי לחתוך נייר, ונוח יותר לחתוך בקו ישר עם להב ארוך. למספריים לחיתוך פחים (איור) יש ידיות ארוכות בהרבה מהלהבים, היות וכוח ההתנגדות של המתכת גדול וכדי לאזן אותו יש להגדיל משמעותית את כתף הכוח הפועל. עוד יותר הבדל בין אורך הידיות למרחק של החלק החיתוך וציר הסיבוב פנימה מספרי תיל(איור), מיועד לחיתוך תיל.

מנופים סוג אחרלמכוניות רבות יש. ידית למכונת תפירה, דוושות אופניים או בלמים ידניים, דוושות מכוניות וטרקטורים, מקשי פסנתר הם כולם דוגמאות למנופים המשמשים במכונות ובכלים אלה.

דוגמאות לשימוש במנופים הן ידיות של משחות וספסלי עבודה, ידית של מכונת קידוח וכו'.

פעולת איזוני המנוף מבוססת גם על עקרון המנוף (איור). סולם האימון המוצג באיור 48 (עמ' 42) פועל כ מנוף בעל זרוע שווה . בְּ סולמות עשרונייםהזרוע שאליה תלויה הכוס עם המשקולות ארוכה פי 10 מהזרוע הנושאת את העומס. זה מפשט מאוד את השקילה של מטענים גדולים. כאשר שוקלים עומס בסולם עשרוני, הכפל את משקל המשקולות ב-10.

גם מכשיר המאזניים לשקילת קרונות משא של מכוניות מבוסס על כלל המנוף.

מנופים נמצאים גם ב חלקים שוניםגופים של בעלי חיים ואדם. אלה הם, למשל, ידיים, רגליים, לסתות. ניתן למצוא מנופים רבים בגוף החרקים (לאחר שקראתי ספר על חרקים ומבנה גופם), ציפורים, במבנה הצמחים.

החלת חוק האיזון של המנוף על הבלוק.

לַחסוֹםהוא גלגל עם חריץ, מחוזק במחזיק. חבל, כבל או שרשרת מועברים לאורך המרזב של הבלוק.

בלוק קבוע גוש כזה נקרא, שצירו קבוע, ובעת הרמת עומסים הוא אינו עולה ואינו נופל (איור.

בלוק קבוע יכול להיחשב כמנוף שווה זרוע, שבו זרועות הכוחות שוות לרדיוס הגלגל (איור): OA = OB = r. בלוק כזה לא נותן רווח בכוח. ( ו 1 = ו 2), אבל מאפשר לך לשנות את כיוון הכוח. בלוק ניתן להזזה הוא בלוק. שצירו עולה ויורד יחד עם העומס (איור). האיור מציג את המנוף המתאים: O- נקודת המשען של המנוף, OA- חוזק כתפיים רו OV- חוזק כתפיים ו. מאז הכתף OVפי 2 מהכתף OAואז הכוח ופי 2 פחות כוח ר:

F = P/2 .

בדרך זו, הבלוק הנייד נותן רווח בכוח פי 2 .

ניתן להוכיח זאת גם באמצעות המושג של רגע הכוח. כאשר הבלוק נמצא בשיווי משקל, רגעי הכוחות וו רשווים זה לזה. אבל כתף הכוח ופי 2 מכוח הכתף ר, כלומר הכוח עצמו ופי 2 פחות כוח ר.

בדרך כלל, בפועל, נעשה שימוש בשילוב של בלוק קבוע עם אחד מטלטלין (איור). הבלוק הקבוע משמש מטעמי נוחות בלבד. זה לא נותן רווח בכוח, אלא משנה את כיוון הכוח. לדוגמה, הוא מאפשר להרים מטען בעמידה על הקרקע. זה שימושי עבור אנשים רבים או עובדים. עם זאת, זה נותן רווח כוח של פי 2 מהרגיל!

שוויון בעבודה בעת שימוש במנגנונים פשוטים. "כלל הזהב" של המכניקה.

המנגנונים הפשוטים שחשבנו משמשים בביצוע העבודה באותם מקרים בהם יש צורך לאזן כוח אחר על ידי פעולת כוח אחד.

מטבע הדברים נשאלת השאלה: מתן רווח בכוח או דרך, האם מנגנונים פשוטים לא נותנים רווח בעבודה? את התשובה לשאלה זו ניתן לקבל מניסיון.

לאחר איזון על המנוף שני כוחות של מודולוס שונה ו 1 ו ו 2 (איור), הפעל את הידית. מסתבר שבאותו זמן, נקודת ההפעלה של כוח קטן יותר ו 2 הולך רחוק ס 2, ונקודת ההפעלה של כוח גדול יותר ו 1 - שביל קטן יותר ס 1. לאחר שמדדנו את הנתיבים ואת מודולי הכוח הללו, אנו מוצאים שהנתיבים אותם עוברים נקודות הפעלת הכוחות על הידית עומדים ביחס הפוך לכוחות:

ס 1 / ס 2 = ו 2 / ו 1.

כך, הפועלים על הזרוע הארוכה של המנוף, אנו מנצחים בכוח, אך יחד עם זאת אנו מפסידים את אותו הסכום בדרך.

תוצר של כוח ובדרך סיש עבודה. הניסויים שלנו מראים שהעבודה שנעשתה על ידי הכוחות המופעלים על המנוף שווים זה לזה:

ו 1 ס 1 = ו 2 ס 2, כלומר. אבל 1 = אבל 2.

כך, בעת שימוש במינוף, הניצחון בעבודה לא יעבוד.

על ידי שימוש במנוף, נוכל לנצח בכוח או במרחק. פועלים בכוח על הזרוע הקצרה של הידית, אנו מרוויחים מרחק, אך מאבדים כוח באותה כמות.

יש אגדה שארכימדס, שמח על גילוי שלטון המנוף, קרא: "תן לי נקודת משען, ואני אהפוך את כדור הארץ!".

מובן שארכימדס לא היה יכול להתמודד עם משימה כזו גם אם הוא היה מקבל נקודת משען (שצריכה להיות מחוץ לכדור הארץ) ומנוף באורך הנדרש.

כדי להעלות את כדור הארץ ב-1 ס"מ בלבד, הזרוע הארוכה של המנוף תצטרך לתאר קשת באורך עצום. ייקח מיליוני שנים להזיז את הקצה הארוך של הידית לאורך הנתיב הזה, למשל, במהירות של 1 מטר לשנייה!

לא נותן רווח בעבודה ובלוק קבוע,שקל לאמת על ידי ניסיון (ראה איור). דרכים, נקודות סבירותהפעלת כוחות וו ו, זהים, זהים הם הכוחות, כלומר העבודה זהה.

אפשר למדוד ולהשוות אחד עם השני את העבודה שנעשתה בעזרת בלוק מטלטלין. על מנת להרים את המטען לגובה h בעזרת בלוק מזיז, יש צורך להזיז את קצה החבל אליו מחובר הדינמומטר, כפי שמראה הניסיון (איור), לגובה של 2h.

בדרך זו, משיגים רווח בכוח פי 2, הם מפסידים 2 פעמים בדרך, לכן, הבלוק הנייד לא נותן רווח בעבודה.

מאות שנים של תרגול הוכיח זאת אף אחד מהמנגנונים לא נותן רווח בעבודה.מנגנונים שונים משמשים על מנת לנצח בכוח או בדרך, בהתאם לתנאי העבודה.

מדענים עתיקים כבר ידעו את הכלל החל על כל המנגנונים: כמה פעמים אנחנו מנצחים בכוח, כמה פעמים אנחנו מפסידים במרחק. כלל זה כונה "כלל הזהב" של המכניקה.

יעילות המנגנון.

בהתחשב במכשיר ובפעולת המנוף, לא לקחנו בחשבון חיכוך, כמו גם את משקל המנוף. באלה תנאים אידיאלייםעבודה שנעשתה על ידי הכוח המופעל (נכנה זאת עבודה לְהַשְׁלִים), שווה ל מוֹעִילהרמת משאות או התגברות על כל התנגדות.

בפועל, סך העבודה שנעשה על ידי המנגנון תמיד גדול במעט מהעבודה השימושית.

חלק מהעבודה נעשה כנגד כוח החיכוך במנגנון ועל ידי הזזת חלקיו הבודדים. אז, באמצעות בלוק נייד, אתה צריך בנוסף לבצע עבודה על הרמת הבלוק עצמו, החבל וקביעת כוח החיכוך בציר הבלוק.

בכל מנגנון שנבחר, העבודה השימושית המושגת בעזרתו היא תמיד רק חלק מכלל העבודה. אז, מציינים את העבודה השימושית באות Ap, את העבודה המלאה (השמלה) באות Az, אנו יכולים לכתוב:

אפ< Аз или Ап / Аз < 1.

היחס בין עבודה שימושית ל עבודה מלאהנקרא המקדם פעולה שימושיתמַנגָנוֹן.

יעילות נקראת בקיצור יעילות.

יעילות = Ap / Az.

היעילות מבוטאת בדרך כלל כאחוז ומסומנת באות היוונית η, היא נקראת "זה":

η \u003d Ap / Az 100%.

דוגמא: מסה של 100 ק"ג תלויה מהזרוע הקצרה של הידית. להרמתו הופעל כוח של 250 N על הזרוע הארוכה. כוח מניעירד לגובה h2 = 0.4 מ' מצא את היעילות של המנוף.

נרשום את מצב הבעיה ונפתור אותה.

נָתוּן :

פִּתָרוֹן :

η \u003d Ap / Az 100%.

עבודה מלאה (שמושלמת) Az = Fh2.

עבודה שימושית Ap = Рh1

P \u003d 9.8 100 ק"ג ≈ 1000 N.

Ap \u003d 1000 N 0.08 \u003d 80 J.

Az \u003d 250 N 0.4 מ' \u003d 100 J.

η = 80 J/100 J 100% = 80%.

תשובה : η = 80%.

אבל " כלל זהב" מבוצע גם במקרה זה. חלק מהעבודה השימושית - 20% ממנה - מושקעת בהתגברות על חיכוך בציר הידית והתנגדות האוויר, כמו גם על תנועת הידית עצמה.

היעילות של כל מנגנון היא תמיד פחות מ-100%. על ידי תכנון מנגנונים, אנשים נוטים להגביר את היעילות שלהם. לשם כך מצטמצמים החיכוך בצירי המנגנונים ומשקלם.

אֵנֶרְגִיָה.

במפעלים ובמפעלים, מכונות ומכונות מונעות על ידי מנועים חשמליים, הצורכים אנרגיה חשמלית (ומכאן השם).

קפיץ דחוס (אורז), מתיישר, עושה עבודה, מרים מטען לגובה או גורם לעגלה לזוז. מטען בלתי מזיז המורם מעל הקרקע אינו עושה עבודה, אך אם מטען זה נופל, הוא יכול לעשות עבודה (למשל, הוא יכול לתקוע ערימה לתוך הקרקע). לכל גוף נע יש את היכולת לעשות עבודה. אז, כדור פלדה A (אורז) שהתגלגל ממישור משופע, פוגע בגוש עץ B, מזיז אותו למרחק מסוים. בתוך כך, נעשית עבודה. אם גוף או כמה גופים המקיימים אינטראקציה (מערכת של גופים) יכולים לעשות עבודה, אומרים שיש להם אנרגיה. אֵנֶרְגִיָה - כמות פיזית המראה איזו עבודה גוף (או מספר גופים) יכול לעשות. אנרגיה מתבטאת במערכת SI באותן יחידות כמו עבודה, כלומר ב ג'אול. ככל שגוף יכול לעשות יותר עבודה, כך יש לו יותר אנרגיה. כאשר העבודה נעשית, האנרגיה של הגוף משתנה. העבודה שנעשתה שווה לשינוי באנרגיה. אנרגיה פוטנציאלית וקינטית. פוטנציאל (מאט.פּוֹטֵנצִיָה - אפשרות) אנרגיה נקראת אנרגיה, אשר נקבעת על ידי המיקום ההדדי של גופים וחלקים של אותו גוף באינטראקציה. לאנרגיה פוטנציאלית, למשל, יש גוף מורם ביחס לפני השטח של כדור הארץ, מכיוון שהאנרגיה תלויה במיקום היחסי שלה ושל כדור הארץ. והמשיכה ההדדית שלהם. אם ניקח בחשבון את האנרגיה הפוטנציאלית של גוף השוכב על כדור הארץ כשווה לאפס, אזי האנרגיה הפוטנציאלית של גוף המורם לגובה מסוים תיקבע על ידי העבודה הנעשית על ידי כוח הכבידה כאשר הגוף נופל לכדור הארץ. סמן את האנרגיה הפוטנציאלית של הגוף ה n בגלל E = A, והעבודה, כידוע, שווה למכפלת הכוח והנתיב, אם כן A = Fh, איפה ו- כוח משיכה. לפיכך, האנרגיה הפוטנציאלית En ​​שווה ל: E = Fh, או E = gmh, איפה ז- האצת כוח המשיכה, M- מסת גוף, ח- הגובה שאליו מורם הגוף. למים בנהרות המוחזקים על ידי סכרים יש אנרגיה פוטנציאלית עצומה. כשהמים נופלים מטה, אכן עובדים, ומניעים את הטורבינות החזקות של תחנות כוח. האנרגיה הפוטנציאלית של פטיש קופרה (איור) משמשת בבנייה כדי לבצע את העבודה של הנעת כלונסאות. על ידי פתיחת דלת עם קפיץ, מתבצעת עבודה למתוח (או לדחוס) את הקפיץ. בשל האנרגיה הנרכשת, הקפיץ, המתכווץ (או מתיישר), עושה את העבודה, סוגר את הדלת. האנרגיה של קפיצים דחוסים ולא מעוותים משמשת למשל בשעוני יד, צעצועי שעון שונים וכו'. לכל גוף מעוות אלסטי יש אנרגיה פוטנציאלית.אנרגיה פוטנציאלית גז דחוסהם משמשים בהפעלת מנועי חום, ב-jackhammers, שנמצאים בשימוש נרחב בתעשיית הכרייה, בסלילת כבישים, חפירת אדמה מוצקה וכו'. האנרגיה שיש לגוף כתוצאה מתנועתו נקראת קינטית (מיוונית.בית קולנוע - תנועה) אנרגיה. האנרגיה הקינטית של גוף מסומנת באות הל. הזזת מים, הנעת הטורבינות של תחנות כוח הידרואלקטריות, מוציאה את האנרגיה הקינטית שלה ועושה עבודה. לאוויר נע יש גם אנרגיה קינטית - הרוח. במה תלויה האנרגיה הקינטית? הבה נפנה לחוויה (ראה איור). אם תגלגלו כדור א' מגבהים שונים, תשימו לב שככל שהכדור מתגלגל ממנו גבוה יותר, המהירות שלו גדולה יותר ומקדם יותר את המוט, כלומר, הוא עושה יותר עבודה. המשמעות היא שהאנרגיה הקינטית של הגוף תלויה במהירות שלו. בשל המהירות, לכדור מעופף יש אנרגיה קינטית גדולה. האנרגיה הקינטית של הגוף תלויה גם במסה שלו. בוא נעשה את הניסוי שלנו שוב, אבל נגלגל כדור נוסף - מסה גדולה יותר - ממישור משופע. בלוק B יעבור הלאה, כלומר, תתבצע עבודה נוספת. זה אומר שהאנרגיה הקינטית של הכדור השני גדולה מהראשון. ככל שהמסה של הגוף גדולה יותר והמהירות שבה הוא נע, כך האנרגיה הקינטית שלו גדולה יותר. על מנת לקבוע את האנרגיה הקינטית של גוף, מיושמת הנוסחה: Ek \u003d mv ^ 2/2, איפה M- מסת גוף, vהיא מהירות הגוף. האנרגיה הקינטית של גופים משמשת בטכנולוגיה. למים שנשמרים בסכר יש, כאמור, אנרגיה פוטנציאלית גדולה. כאשר נופלים מסכר, המים נעים ויש להם אותה אנרגיה קינטית גדולה. הוא מניע טורבינה המחוברת לגנרטור. זרם חשמלי. בגלל האנרגיה הקינטית של המים, נוצרת אנרגיה חשמלית. האנרגיה של מים נעים היא בעלת חשיבות רבה ב כלכלה לאומית. אנרגיה זו משמשת תחנות כוח הידרואלקטריות חזקות. אנרגיית המים הנופלים היא מקור אנרגיה ידידותי לסביבה, שלא כמו אנרגיית דלק. לכל הגופים בטבע, ביחס לערך האפס המותנה, יש אנרגיה פוטנציאלית או קינטית, ולפעמים גם וגם. לדוגמה, למטוס מעופף יש גם אנרגיה קינטית וגם אנרגיה פוטנציאלית ביחס לכדור הארץ. הכרנו שני סוגי אנרגיה מכנית. סוגי אנרגיה אחרים (חשמליים, פנימיים וכו') ייחשבו בחלקים אחרים של הקורס בפיזיקה. הפיכת סוג אחד של אנרגיה מכנית לאחרת. התופעה של הפיכת סוג אחד של אנרגיה מכנית לאחרת נוחה מאוד לצפייה במכשיר המוצג באיור. סיבוב החוט סביב הציר, הרם את הדיסק של המכשיר. לדיסק המורם יש קצת אנרגיה פוטנציאלית. אם תשחרר אותו, הוא יסתובב ויפול. כשהיא נופלת, האנרגיה הפוטנציאלית של הדיסק פוחתת, אך במקביל האנרגיה הקינטית שלה עולה. בסוף הנפילה, לדיסק יש מאגר כל כך של אנרגיה קינטית שהיא יכולה שוב להתרומם כמעט לגובה הקודם. (חלק מהאנרגיה מושקע בעבודה נגד חיכוך, כך שהדיסק לא מגיע לגובהו המקורי.) לאחר שעלה, הדיסק נופל שוב, ואז שוב עולה. בניסוי זה, כאשר הדיסק נע כלפי מטה, האנרגיה הפוטנציאלית שלו מומרת לאנרגיה קינטית, ובתנועה למעלה, האנרגיה הקינטית מומרת לפוטנציאל. טרנספורמציה של אנרגיה מסוג אחד לאחר מתרחשת גם כאשר שני גופים אלסטיים פוגעים, למשל, בכדור גומי על הרצפה או בכדור פלדה על לוח פלדה. אם תרים כדור פלדה (אורז) מעל צלחת פלדה ותשחרר אותו מהידיים, הוא ייפול. כשהכדור נופל, האנרגיה הפוטנציאלית שלו פוחתת, והאנרגיה הקינטית שלו עולה, ככל שמהירות הכדור עולה. כאשר הכדור פוגע בצלחת, גם הכדור וגם הצלחת יידחסו. האנרגיה הקינטית שהחזיק בכדור תהפוך לאנרגיה הפוטנציאלית של הצלחת הדחוסה ושל הכדור הדחוס. לאחר מכן, עקב פעולת כוחות אלסטיים, הצלחת והכדור יקבלו את צורתם המקורית. הכדור יקפוץ מהצלחת, והאנרגיה הפוטנציאלית שלהם תהפוך שוב לאנרגיה הקינטית של הכדור: הכדור יקפוץ כלפי מעלה במהירות כמעט שווה למהירות שהייתה לו ברגע הפגיעה בצלחת. ככל שהכדור עולה, מהירות הכדור, ומכאן האנרגיה הקינטית שלו, יורדת, והאנרגיה הפוטנציאלית עולה. מקפץ מהצלחת, הכדור עולה כמעט לאותו גובה שממנו התחיל ליפול. בראש העלייה, כל האנרגיה הקינטית שלו תהפוך שוב לאנרגיה פוטנציאלית. תופעות טבע מלוות בדרך כלל בהפיכה של סוג אחד של אנרגיה לאחר. אנרגיה יכולה לעבור גם מגוף אחד למשנהו. כך, למשל, בעת ירי מקשת, האנרגיה הפוטנציאלית של מיתר קשת מתוח מומרת לאנרגיה קינטית של חץ מעופף.