Osnovne teoretične informacije
Mehansko delo
Na podlagi koncepta so predstavljene energijske značilnosti gibanja mehansko delo ali delo sile. Delo, ki ga opravlja stalna sila F, je fizikalna količina, ki je enaka zmnožku modulov sile in pomika, pomnoženih s kosinusom kota med vektorjema sil F in gibanja S:
Delo je skalarna količina. Lahko je pozitiven (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). pri α = 90° je delo sile enako nič. V sistemu SI se delo meri v joulih (J). Joule je enak delu, ki ga opravi sila 1 newton, da se premakne za 1 meter v smeri sile.
Če se sila s časom spreminja, potem, da bi našli delo, zgradite graf sile v primerjavi s premikom in poiščite površino figure pod grafom - to je delo:
Primer sile, katere modul je odvisen od koordinate (premika), je elastična sila vzmeti, ki upošteva Hookov zakon ( F nadzor = kx).
Moč
Imenuje se delo, ki ga sila opravi na enoto časa moč. Moč p(včasih označeno s črko N) – fizikalna količina, ki je enaka razmerju dela A na časovno obdobje t med katerim je bilo to delo končano:
Ta formula izračuna povprečna moč, tj. moč, ki na splošno označuje proces. Torej je delo mogoče izraziti tudi z močjo: A = Pt(če je seveda znana moč in čas opravljanja dela). Enota za moč se imenuje vat (W) ali 1 joule na sekundo. Če je gibanje enakomerno, potem:
S to formulo lahko izračunamo takojšnja moč(moč v danem času), če namesto hitrosti v formulo nadomestimo vrednost trenutne hitrosti. Kako veš, katero moč šteti? Če problem zahteva moč v določenem trenutku ali na neki točki v prostoru, se šteje trenutna. Če vprašajo o moči v določenem časovnem obdobju ali delu poti, poiščite povprečno moč.
Učinkovitost - faktor učinkovitosti, je enako razmerju med koristnim delom in porabljeno ali koristno močjo in porabljeno:
Katero delo je koristno in katero zapravljeno, ugotavljamo iz pogojev konkretne naloge z logičnim sklepanjem. Na primer, če žerjav opravi delo dviganja tovora na določeno višino, bo koristno delo delo dviga tovora (saj je žerjav ustvarjen za ta namen), porabljeno delo pa bo delo, ki ga opravi električni motor žerjava.
Uporabna in porabljena moč torej nimata stroge definicije in ju najdemo z logičnim sklepanjem. Pri vsaki nalogi moramo sami ugotoviti, kaj je bil v tej nalogi cilj opravljanja dela (koristno delo ali moč) in kakšen je bil mehanizem oziroma način izvajanja vsega dela (porabljena moč ali delo).
Na splošno učinkovitost kaže, kako učinkovito mehanizem pretvarja eno vrsto energije v drugo. Če se moč s časom spreminja, se delo ugotovi kot površina slike pod grafom moči v odvisnosti od časa:
Kinetična energija
Fizikalna količina, ki je enaka polovici zmnožka mase telesa in kvadrata njegove hitrosti, se imenuje kinetična energija telesa (energija gibanja):
To pomeni, da če se avto, ki tehta 2000 kg, premika s hitrostjo 10 m/s, ima kinetično energijo enako E k = 100 kJ in je sposoben opraviti 100 kJ dela. Ta energija se lahko pretvori v toploto (pri zaviranju avtomobila se segrejejo guma koles, cestišča in zavornih kolutov) ali pa se porabi za deformacijo avtomobila in karoserije, v katero je avto trčil (v nesreči). Pri izračunu kinetične energije ni pomembno, kje se avtomobil giblje, saj je energija, tako kot delo, skalarna količina.
Telo ima energijo, če lahko opravlja delo. Gibajoče telo ima na primer kinetično energijo, tj. energija gibanja in je sposoben opraviti delo, da deformira telesa ali posreduje pospešek telesom, s katerimi pride do trka.
Fizikalni pomen kinetične energije: da telo v mirovanju z maso m začel premikati s hitrostjo v potrebno je opraviti delo, ki je enako dobljeni vrednosti kinetične energije. Če ima telo maso m premika s hitrostjo v, potem je za njegovo zaustavitev potrebno opraviti delo, ki je enako začetni kinetični energiji. Pri zaviranju kinetično energijo v glavnem (razen pri udarcih, ko gre energija v deformacijo) »odvzame« sila trenja.
Izrek o kinetični energiji: delo, ki ga opravi rezultanta sile, je enako spremembi kinetične energije telesa:
Izrek o kinetični energiji velja tudi v splošnem primeru, ko se telo giblje pod vplivom spreminjajoče se sile, katere smer ne sovpada s smerjo gibanja. Ta izrek je priročno uporabiti pri problemih, ki vključujejo pospeševanje in upočasnjevanje telesa.
Potencialna energija
Skupaj s kinetično energijo ali energijo gibanja ima koncept pomembno vlogo v fiziki potencialna energija ali energija interakcije teles.
Potencialna energija je določena z relativnim položajem teles (na primer položaj telesa glede na površino Zemlje). Koncept potencialne energije lahko uvedemo samo za sile, katerih delo ni odvisno od trajektorije telesa in je določeno samo z začetnim in končnim položajem (t.i. konservativne sile). Delo, ki ga opravijo takšne sile na zaprti trajektoriji, je enako nič. To lastnost imata gravitacija in elastičnost. Za te sile lahko uvedemo koncept potencialne energije.
Potencialna energija telesa v gravitacijskem polju Zemlje izračunano po formuli:
Fizični pomen potencialne energije telesa: potencialna energija je enaka delu, ki ga opravi gravitacija pri spuščanju telesa na ničelno raven ( h– razdalja od težišča telesa do ničelne ravni). Če ima telo potencialno energijo, potem je sposobno opraviti delo, ko to telo pade z višine h na ničelno raven. Delo, ki ga opravi gravitacija, je enako spremembi potencialne energije telesa, vzeto z nasprotnim predznakom:
Pogosto je treba pri energetskih težavah poiskati delo dvigovanja (obračanja, izstopanja iz luknje) telesa. V vseh teh primerih je treba upoštevati gibanje ne samega telesa, temveč samo njegovega težišča.
Potencialna energija Ep je odvisna od izbire ničelne ravni, to je od izbire izhodišča osi OY. Pri vsakem problemu je ničelna raven izbrana zaradi priročnosti. Kar nima fizikalnega pomena, ni potencialna energija sama po sebi, temveč njena sprememba, ko se telo premika iz enega položaja v drugega. Ta sprememba je neodvisna od izbire ničelne ravni.
Potencialna energija raztegnjene vzmeti izračunano po formuli:
Kje: k– togost vzmeti. Raztegnjena (ali stisnjena) vzmet lahko premika telo, ki je nanjo pritrjeno, to pomeni, da temu telesu daje kinetično energijo. Posledično ima taka vzmet zalogo energije. Napetost ali stiskanje X je treba izračunati iz nedeformiranega stanja telesa.
Potencialna energija elastično deformiranega telesa je enaka delu, ki ga opravi prožnostna sila pri prehodu iz danega stanja v stanje brez deformacije. Če je bila vzmet v začetnem stanju že deformirana in je bil njen raztezek enak x 1, nato ob prehodu v novo stanje z raztezkom x 2 bo elastična sila opravila delo, ki je enako spremembi potencialne energije, vzeto z nasprotnim predznakom (ker je elastična sila vedno usmerjena proti deformaciji telesa):
Potencialna energija med elastično deformacijo je energija interakcije posameznih delov telesa med seboj z elastičnimi silami.
Delo sile trenja je odvisno od prevožene poti (ta vrsta sile, katere delo je odvisno od trajektorije in prevožene poti, se imenuje: disipativne sile). Koncepta potencialne energije za silo trenja ni mogoče uvesti.
Učinkovitost
Faktor učinkovitosti (učinkovitost)– značilnost učinkovitosti sistema (naprave, stroja) v zvezi s pretvorbo ali prenosom energije. Določena je z razmerjem med koristno porabljeno energijo in celotno količino energije, ki jo prejme sistem (formula je že navedena zgoraj).
Učinkovitost je mogoče izračunati tako z delom kot z močjo. Koristno in porabljeno delo (moč) se vedno ugotavlja s preprostim logičnim sklepanjem.
Pri elektromotorjih je izkoristek razmerje med opravljenim (koristnim) mehanskim delom in prejeto električno energijo iz vira. V toplotnih strojih je razmerje med uporabnim mehanskim delom in količino porabljene toplote. V električnih transformatorjih je razmerje med elektromagnetno energijo, prejeto v sekundarnem navitju, in energijo, ki jo porabi primarno navitje.
Koncept učinkovitosti zaradi svoje splošnosti omogoča primerjavo in ovrednotenje z enega samega vidika tako različnih sistemov, kot so jedrski reaktorji, električni generatorji in motorji, termoelektrarne, polprevodniške naprave, biološki objekti itd.
Zaradi neizogibnih izgub energije zaradi trenja, segrevanja okoliških teles itd. Učinkovitost je vedno manjša od enote. V skladu s tem je učinkovitost izražena kot delež porabljene energije, to je v obliki pravega ulomka ali v odstotkih, in je brezdimenzijska količina. Učinkovitost označuje, kako učinkovito deluje stroj ali mehanizem. Učinkovitost termoelektrarn doseže 35–40%, motorji z notranjim zgorevanjem s polnjenjem in predhlajenjem – 40–50%, dinama in generatorji visoke moči – 95%, transformatorji – 98%.
Problem, pri katerem morate najti učinkovitost ali pa je znana, morate začeti z logičnim sklepanjem - katero delo je koristno in katero zapravljeno.
Zakon o ohranitvi mehanske energije
Skupna mehanska energija se imenuje vsota kinetične energije (tj. energije gibanja) in potencialne (tj. energije medsebojnega delovanja teles s silami gravitacije in elastičnosti):
Če mehanska energija ne prehaja v druge oblike, na primer v notranjo (toplotno) energijo, ostane vsota kinetične in potencialne energije nespremenjena. Če se mehanska energija spremeni v toplotno energijo, potem je sprememba mehanske energije enaka delu sile trenja ali izgubam energije ali količini sproščene toplote in tako naprej, z drugimi besedami, sprememba celotne mehanske energije je enaka na delo zunanjih sil:
Vsota kinetične in potencialne energije teles, ki sestavljajo zaprt sistem (tj. v katerem ne delujejo zunanje sile in je njihovo delo temu primerno nič), ter medsebojno delujočih gravitacijskih in prožnostnih sil ostaja nespremenjena:
Ta izjava izraža zakon ohranitve energije (LEC) v mehanskih procesih. Je posledica Newtonovih zakonov. Zakon o ohranitvi mehanske energije je izpolnjen le, če telesa v zaprtem sistemu med seboj delujejo s silami elastičnosti in težnosti. V vseh nalogah zakona o ohranitvi energije bosta vedno vsaj dve stanji sistema teles. Zakon določa, da bo skupna energija prvega stanja enaka celotni energiji drugega stanja.
Algoritem za reševanje problemov zakona o ohranjanju energije:
- Poiščite točki začetnega in končnega položaja telesa.
- Zapišite, kaj ali kakšne energije ima telo na teh točkah.
- Izenačite začetno in končno energijo telesa.
- Dodajte druge potrebne enačbe iz prejšnjih fizikalnih tem.
- Nastalo enačbo ali sistem enačb rešite z matematičnimi metodami.
Pomembno je omeniti, da je zakon o ohranitvi mehanske energije omogočil pridobitev razmerja med koordinatami in hitrostmi telesa na dveh različnih točkah trajektorije, ne da bi analizirali zakon gibanja telesa na vseh vmesnih točkah. Uporaba zakona o ohranitvi mehanske energije lahko močno poenostavi rešitev številnih problemov.
V realnih razmerah na gibljiva telesa skoraj vedno delujejo, skupaj z gravitacijskimi silami, elastičnimi silami in drugimi silami, sile trenja ali sile upora okolja. Delo, ki ga opravi sila trenja, je odvisno od dolžine poti.
Če med telesi, ki sestavljajo zaprt sistem, delujejo sile trenja, se mehanska energija ne ohrani. Del mehanske energije se pretvori v notranjo energijo teles (ogrevanje). Tako se energija kot celota (tj. ne samo mehanska) v vsakem primeru ohrani.
Med fizičnimi interakcijami se energija ne pojavi in ne izgine. Samo spreminja se iz ene oblike v drugo. To eksperimentalno ugotovljeno dejstvo izraža temeljni zakon narave - zakon o ohranitvi in transformaciji energije.
Ena od posledic zakona o ohranjanju in transformaciji energije je izjava o nezmožnosti ustvarjanja "večnega gibalca" (perpetuum mobile) - stroja, ki bi lahko opravljal delo za nedoločen čas brez porabe energije.
Različne naloge za delo
Če težava zahteva iskanje mehanskega dela, najprej izberite način za iskanje:
- Delovno mesto lahko najdete po formuli: A = FS∙cos α . Poiščite silo, ki opravi delo, in količino odmika telesa pod vplivom te sile v izbranem referenčnem sistemu. Upoštevajte, da je treba kot izbrati med vektorjem sile in pomika.
- Delo, ki ga opravi zunanja sila, lahko ugotovimo kot razliko v mehanski energiji v končni in začetni situaciji. Mehanska energija je enaka vsoti kinetične in potencialne energije telesa.
- Delo, opravljeno pri dvigovanju telesa s konstantno hitrostjo, je mogoče najti s formulo: A = mgh, Kje h- višina, do katere se dvigne težišče telesa.
- Delo lahko najdemo kot produkt moči in časa, tj. po formuli: A = Pt.
- Delo je mogoče najti kot površino figure pod grafom sile v odvisnosti od premika ali moči v odvisnosti od časa.
Zakon o ohranitvi energije in dinamika rotacijskega gibanja
Problemi te teme so matematično precej zapleteni, a če poznate pristop, jih je mogoče rešiti s povsem standardnim algoritmom. Pri vseh nalogah boste morali upoštevati rotacijo telesa v navpični ravnini. Rešitev se bo zmanjšala na naslednje zaporedje dejanj:
- Določiti morate točko, ki vas zanima (točko, na kateri morate določiti hitrost telesa, natezno silo niti, težo itd.).
- Na tem mestu zapišite drugi Newtonov zakon, pri čemer upoštevajte, da se telo vrti, to je, da ima centripetalni pospešek.
- Zapišite zakon o ohranitvi mehanske energije tako, da vsebuje hitrost telesa na tisti zelo zanimivi točki, pa tudi značilnosti stanja telesa v nekem stanju, o katerem je nekaj znanega.
- Glede na pogoj izrazite kvadrat hitrosti iz ene enačbe in jo nadomestite z drugo.
- Izvedite preostale potrebne matematične operacije, da dobite končni rezultat.
Pri reševanju težav se morate spomniti, da:
- Pogoj za prehod zgornje točke pri vrtenju na niti z minimalno hitrostjo je nosilna reakcijska sila N na zgornji točki je 0. Isti pogoj je izpolnjen pri prehodu zgornje točke mrtve zanke.
- Pri vrtenju na palici je pogoj za prehod celotnega kroga: najmanjša hitrost na zgornji točki je 0.
- Pogoj za odcep telesa od površine krogle je, da je nosilna reakcijska sila v točki odcepa enaka nič.
Neelastični trki
Zakon o ohranitvi mehanske energije in zakon o ohranitvi gibalne količine omogočata iskanje rešitev mehanskih problemov v primerih, ko delujoče sile niso znane. Primer te vrste problema je udarna interakcija teles.
Z udarcem (ali trkom) Običajno imenujemo kratkotrajno interakcijo teles, zaradi katere se njihove hitrosti znatno spremenijo. Pri trčenju teles med njimi delujejo kratkotrajne udarne sile, katerih velikost praviloma ni znana. Zato je nemogoče obravnavati udarno interakcijo neposredno z uporabo Newtonovih zakonov. Uporaba zakonov o ohranjanju energije in gibalne količine v mnogih primerih omogoča izključitev samega procesa trka iz obravnave in pridobitev povezave med hitrostmi teles pred in po trku, mimo vseh vmesnih vrednosti teh količin.
Z udarno interakcijo teles imamo pogosto opravka v vsakdanjem življenju, v tehniki in fiziki (zlasti v fiziki atoma in osnovnih delcev). V mehaniki se pogosto uporabljata dva modela udarne interakcije - absolutno elastični in absolutno neelastični udarci.
Absolutno neelastičen udarec Temu udaru pravijo interakcija, pri kateri se telesa povežejo (zlepijo) med seboj in gredo naprej kot eno telo.
Pri popolnoma neelastičnem trku se mehanska energija ne ohrani. Delno ali v celoti se spremeni v notranjo energijo teles (segrevanje). Za opis morebitnih vplivov morate zapisati tako zakon o ohranitvi gibalne količine kot zakon o ohranitvi mehanske energije, pri čemer upoštevamo sproščeno toploto (zelo priporočljivo je, da najprej naredimo risbo).
Absolutno elastičen učinek
Absolutno elastičen udarec imenujemo trk, pri katerem se mehanska energija sistema teles ohrani. V mnogih primerih trki atomov, molekul in osnovnih delcev sledijo zakonom absolutno elastičnega udarca. Pri absolutno elastičnem udaru je poleg zakona o ohranitvi gibalne količine izpolnjen tudi zakon o ohranitvi mehanske energije. Preprost primer popolnoma elastičnega trka bi bil sredinski udar dveh biljardnih krogel, od katerih je ena pred trkom mirovala.
Centralni udarecžogic imenujemo trk, pri katerem sta hitrosti žogic pred in po udarcu usmerjene vzdolž središčne črte. Tako je z uporabo zakonov o ohranitvi mehanske energije in gibalne količine mogoče določiti hitrosti kroglic po trku, če so znane njihove hitrosti pred trkom. Centralni udar se v praksi zelo redko izvaja, še posebej ko gre za trke atomov ali molekul. Pri necentralnem elastičnem trku hitrosti delcev (kroglic) pred in po trku niso usmerjene v eno premo.
Poseben primer necentralnega elastičnega udarca je lahko trk dveh biljardnih krogel enake mase, od katerih je bila ena pred trkom nepremična, hitrost druge pa ni bila usmerjena vzdolž črte središč krogel. . V tem primeru so vektorji hitrosti kroglic po elastičnem trku vedno usmerjeni pravokotno drug na drugega.
Naravovarstveni zakoni. Kompleksne naloge
Več teles
V nekaterih nalogah o zakonu o ohranitvi energije imajo lahko kabli, s katerimi se premikajo določeni predmeti, maso (torej ne breztežni, kot ste morda že vajeni). V tem primeru je treba upoštevati tudi delo premikanja takih kablov (in sicer njihova težišča).
Če se dve telesi, povezani z breztežno palico, vrtita v navpični ravnini, potem:
- izberite ničelno raven za izračun potencialne energije, na primer na ravni vrtilne osi ali na ravni najnižje točke ene od uteži in obvezno naredite risbo;
- zapišemo zakon o ohranitvi mehanske energije, pri čemer na levo stran zapišemo vsoto kinetične in potencialne energije obeh teles v začetni situaciji, na desno stran pa vsoto kinetične in potencialne energije telesa. obe telesi v končni situaciji;
- upoštevajte, da so kotne hitrosti teles enake, potem so linearne hitrosti teles sorazmerne s polmeri vrtenja;
- če je treba, zapišite drugi Newtonov zakon za vsako od teles posebej.
Lupina je počila
Ko izstrelek eksplodira, se sprosti eksplozivna energija. Da bi našli to energijo, je treba od vsote mehanskih energij drobcev po eksploziji odšteti mehansko energijo izstrelka pred eksplozijo. Uporabili bomo tudi zakon o ohranitvi gibalne količine, zapisan v obliki kosinusnega izreka (vektorska metoda) ali v obliki projekcij na izbrane osi.
Trki s težko ploščo
Spoznajmo težko ploščo, ki se premika s hitrostjo v, se giblje lahka krogla mase m s hitrostjo u n. Ker je gibalna količina žoge veliko manjša od gibalne količine plošče, se po udarcu hitrost plošče ne bo spremenila in se bo še naprej gibala z enako hitrostjo in v isto smer. Zaradi elastičnega udarca bo žoga odletela s plošče. Tukaj je pomembno razumeti, da hitrost žoge glede na ploščo se ne bo spremenila. V tem primeru dobimo za končno hitrost žoge:
Tako se hitrost žoge po udarcu poveča za dvakratno hitrost stene. Podobno razmišljanje za primer, ko sta se žoga in plošča pred udarcem gibala v isto smer, vodi do tega, da se hitrost žoge zmanjša za dvakratno hitrost stene:
Pri fiziki in matematiki morajo biti med drugim izpolnjeni trije pomembni pogoji:
- Preučite vse teme in dokončajte vse teste in naloge v izobraževalnih gradivih na tem spletnem mestu. Za to ne potrebujete čisto nič, in sicer: tri do štiri ure vsak dan posvetite pripravi na CT iz fizike in matematike, študiju teorije in reševanju nalog. Dejstvo je, da je CT izpit, pri katerem ni dovolj samo znanje fizike ali matematike, temveč je treba znati hitro in brez napak rešiti veliko število problemov različnih tem in zahtevnosti. Slednje se lahko naučimo le z reševanjem tisočerih problemov.
- Naučite se vseh formul in zakonov v fiziki ter formul in metod v matematiki. Pravzaprav je tudi to zelo preprosto, v fiziki je potrebnih formul le okoli 200, v matematiki pa še malo manj. Pri vsakem od teh predmetov je približno ducat standardnih metod za reševanje problemov osnovne ravni zahtevnosti, ki se jih je mogoče tudi naučiti in tako povsem samodejno in brez težav ob pravem času rešiti večino KT. Po tem boste morali razmišljati le o najtežjih nalogah.
- Udeležite se vseh treh stopenj vadbenega preverjanja znanja iz fizike in matematike. Vsako RT lahko obiščete dvakrat, da se odločite za obe možnosti. Še enkrat, na CT moraš poleg sposobnosti hitrega in učinkovitega reševanja problemov ter poznavanja formul in metod znati tudi pravilno načrtovati čas, razporediti moči in kar je najpomembneje, pravilno izpolniti obrazec za odgovore, ne da bi zamenjava številk odgovorov in nalog ali lastnega priimka. Prav tako se je med RT pomembno navaditi na stil postavljanja vprašanj v problemih, ki se nepridipravu na DT lahko zdi zelo nenavaden.
Uspešno, vestno in odgovorno izvajanje teh treh točk vam bo omogočilo, da na CT pokažete odličen rezultat, največ tega, kar ste sposobni.
Ste našli napako?
Če menite, da ste v gradivu za usposabljanje našli napako, o tem pišite po e-pošti. Napako lahko prijavite tudi na družbenem omrežju (). V pismu navedite predmet (fizika ali matematika), ime ali številko teme ali testa, številko naloge ali mesto v besedilu (stran), kjer je po vašem mnenju napaka. Opišite tudi, kaj je domnevna napaka. Vaše pismo ne bo ostalo neopaženo, napaka bo popravljena ali pa vam bo razloženo, zakaj ne gre za napako.
Kdo lahko hitreje dvigne celotno breme na višino, človek ali žerjav?
Če želite povleči 5 vreč krompirja z vrta, ki se nahaja nekaj kilometrov od doma, boste morali ves dan teči sem in tja z vedrom. In če se vzamete z vozičkom, lahko to storite v dveh do treh urah. Kakšna je razlika? Razlika je v tem, kako hitro je delo opravljeno.
Moč označuje hitrost, s katero se delo opravlja.
Moč (N) je fizikalna količina, ki je enaka razmerju med delom A in časovnim obdobjem t, v katerem je bilo to delo opravljeno.
moč = delo/čas,
oz
kjer je N moč,
A – delo,
t – čas.
Moč kaže, koliko dela je opravljeno na enoto časa.
V mednarodnem sistemu (SI) se enota za moč imenuje vat (W) v čast angleškemu izumitelju Jamesu Wattu (Watt), ki je izdelal prvi parni stroj.
[N] = W = J/s
1 W = 1 J / 1s
1 Watt je enak moči sile, ki opravi delo 1 J v 1 sekundi
ali, ko breme, ki tehta 100g, v 1 sekundi dvignemo na višino 1m
Sam James Watt (1736 - 1819) je uporabil še eno enoto za moč - konjsko moč (1 KM), ki jo je uvedel za primerjavo zmogljivosti parnega stroja in konja. 1hp = 735 W. Konjska moč se uporablja še danes, ko na primer govorimo o moči avtomobila ali tovornjaka.
Uporaba moči v fiziki
Moč je najpomembnejša lastnost vsakega motorja. Različni motorji proizvajajo popolnoma različno moč. To so lahko stotinke kilovata, na primer motor električnega brivnika, ali milijoni kilovatov, na primer motor nosilne rakete.
Pod različnimi obremenitvami avtomobilski motor proizvede različno moč, da se premika z enako hitrostjo. Na primer, ko se masa tovora poveča, se teža avtomobila poveča, s tem pa se poveča sila trenja na cestišču in za ohranitev enake hitrosti kot brez tovora bo moral motor opraviti več dela. V skladu s tem se bo povečala moč, ki jo ustvari motor. Motor bo porabil več goriva. To je dobro znano vsem voznikom. Vendar pa ima pri velikih hitrostih pomembno vlogo tudi vztrajnost premikajočega se vozila, ki je tem večja, čim večja je njegova masa. Izkušeni vozniki tovornjakov najdejo optimalno kombinacijo hitrosti in porabe bencina, tako da tovornjak porabi manj goriva.
Izkazalo se je, da je najmočnejši vir mehanske energije strelno orožje!
S topom lahko s hitrostjo 500 m/s vržemo 900 kg težko kroglo, ki v 0,01 sekunde razvije približno 110.000.000 J dela. To delo je enakovredno delu dviga 75 ton tovora na vrh Keopsove piramide (višina 150 m)
Moč topovskega strela bo 11.000.000.000 W = 15.000.000 KM.
Izraz "moč" v fiziki ima poseben pomen. Mehansko delo se lahko izvaja z različnimi hitrostmi. In mehanska moč pomeni, kako hitro je to delo opravljeno. Sposobnost pravilnega merjenja moči je bistvena za izrabo energetskih virov.
Različne vrste moči
Za formulo mehanske moči se uporablja naslednji izraz:
Števec formule je porabljeno delo, imenovalec pa časovno obdobje za njegovo dokončanje. To razmerje se imenuje moč.
Obstajajo tri količine, ki jih je mogoče uporabiti za izražanje moči: trenutna, povprečna in najvišja:
- Trenutna moč je indikator moči, izmerjen v danem trenutku. Če upoštevamo enačbo za moč N = ΔA/Δt, potem je trenutna moč tista, ki se pridobi v izjemno majhnem časovnem obdobju Δt. Če je narisana grafična odvisnost moči od časa, je trenutna moč preprosto vrednost, odčitana z grafa v katerem koli danem trenutku. Drug izraz za trenutno moč:
- Povprečna moč je vrednost moči, izmerjena v razmeroma dolgem časovnem obdobju Δt;
- Konična moč je največja vrednost, ki jo lahko ima trenutna moč v določenem sistemu v določenem časovnem obdobju. Stereo in avtomobilski motorji so primeri naprav, ki lahko zagotovijo največjo moč, ki je precej nad njihovo povprečno močjo. Vendar se lahko ta nivo moči ohrani kratek čas. Čeprav je morda bolj pomembno za delovanje naprave kot povprečna moč.
Pomembno! Diferencialna oblika enačbe N = dA/dt je univerzalna. Če se mehansko delo izvaja enakomerno v času t, bo povprečna moč enaka trenutni moči.
Iz splošne enačbe dobimo naslednji vnos:
kjer bo A skupno delo, opravljeno v danem času t. Nato je pri enakomernem delovanju izračunani indikator enak trenutni moči, pri neenakomernem delovanju pa povprečni moči.
V katerih enotah se meri moč?
Standardna enota za merjenje moči je vat (W), poimenovan po škotskem izumitelju in industrialcu Jamesu Wattu. Po formuli je W = J/s.
Obstaja še ena enota za moč, ki se še danes pogosto uporablja: konjska moč (hp).
zanimivo Izraz "konjska moč" izvira iz 17. stoletja, ko so konje uporabljali za dvigovanje bremen iz rudnikov. Ena l. z. enako moči za dvig 75 kg 1 m v 1 s. To je enako 735,5 vatov.
Moč moči
Enačba za moč združuje opravljeno delo in čas. Ker vemo, da delo opravljajo sile in da lahko sile premikajo predmete, lahko izpeljemo še en izraz za trenutno moč:
- Delo, opravljeno s silo pri premikanju:
A = F x S x cos φ.
- Če postavimo A v univerzalno formulo zaN, je moč sile določena:
N = (F x S x cos φ)/t = F x V x cos φ, ker je V = S/t.
- Če je sila vzporedna s hitrostjo delcev, dobi formula obliko:
Moč vrtečih se predmetov
Procese, povezane z vrtenjem predmetov, lahko opišemo s podobnimi enačbami. Ekvivalent sile za vrtenje je navor M, ekvivalent hitrosti V je kotna hitrost ω.
Če zamenjamo ustrezne vrednosti, dobimo formulo:
M = F x r, kjer je r polmer vrtenja.
Za izračun moči gredi, ki se vrti proti sili, se uporablja formula:
N = 2π x M x n,
kjer je n hitrost v vrt/s (n = ω/2π).
To daje enak poenostavljen izraz:
Tako lahko motor doseže visoko moč pri visoki hitrosti ali z visokim navorom. Če je kotna hitrost ω enaka nič, potem je tudi moč enaka nič, ne glede na navor.
Video
Če želite povleči 10 vreč krompirja z vrta, ki se nahaja nekaj kilometrov od doma, boste morali ves dan prenašati vedro sem in tja. Če vzamete voziček, ki je namenjen eni vrečki, lahko to storite v dveh do treh urah.
No, če vržete vse vrečke v voziček, ki ga vleče konj, se bo vaša letina v pol ure varno preselila v vašo klet. Kakšna je razlika? Razlika je v tem, kako hitro je delo opravljeno. Hitrost mehanskega dela je označena s fizikalno količino, ki se preučuje pri predmetu fizike v sedmem razredu. Ta količina se imenuje moč. Moč kaže, koliko dela je opravljeno na enoto časa. Se pravi, da bi našli moč, morate opravljeno delo razdeliti na porabljen čas.
Formula za izračun moči
In v tem primeru ima formula za izračun moči naslednjo obliko: moč = delo / čas oz
kjer je N moč,
A - delo,
t - čas.
Enota za moč je vat (1 W). 1 W je moč, pri kateri se 1 joul opravi v 1 sekundi. Ta enota je dobila ime po angleškem izumitelju J. Wattu, ki je zgradil prvi parni stroj. Zanimivo je, da je Watt sam uporabljal drugačno enoto moči - konjske moči, formula moči v fiziki v obliki, kot jo poznamo danes, pa je bila uvedena pozneje. Konjska moč se uporablja še danes, ko na primer govorimo o moči avtomobila ali tovornjaka. Ena konjska moč je enaka približno 735,5 vatov.
Uporaba moči v fiziki
Moč je najpomembnejša lastnost vsakega motorja. Različni motorji proizvajajo popolnoma različno moč. To so lahko stotinke kilovata, na primer motor električnega brivnika, ali milijoni kilovatov, na primer motor nosilne rakete. Pod različnimi obremenitvami avtomobilski motor proizvaja različno moč da se nadaljuje z enako hitrostjo. Na primer, ko se masa tovora poveča, se teža avtomobila poveča, s tem pa se poveča tudi sila trenja na cestišču in za vzdrževanje enake hitrosti kot brez tovora bo moral motor opraviti več dela. V skladu s tem se bo povečala moč, ki jo ustvari motor. Motor bo porabil več goriva. To je dobro znano vsem voznikom. Vendar pa ima pri velikih hitrostih pomembno vlogo tudi vztrajnost premikajočega se vozila, ki je tem večja, čim večja je njegova masa. Izkušeni vozniki tovornjakov najdejo optimalno kombinacijo hitrosti in porabe bencina, tako da tovornjak porabi manj goriva.
