Posten Sie mechanische Arbeiten an einem Fahrzeug. Definition von mechanischer Arbeit

Mechanische Arbeit. Arbeitseinheiten.

Im Alltag verstehen wir alles unter dem Begriff „Arbeit“.

In der Physik das Konzept Arbeit etwas anders. Es handelt sich um eine bestimmte physikalische Größe, das heißt, sie kann gemessen werden. In der Physik wird es hauptsächlich studiert mechanische Arbeit .

Schauen wir uns Beispiele mechanischer Arbeit an.

Der Zug bewegt sich unter der Zugkraft einer Elektrolokomotive und es wird mechanische Arbeit verrichtet. Wenn eine Waffe abgefeuert wird, wirkt die Druckkraft der Pulvergase – sie bewegt das Geschoss entlang des Laufs und die Geschwindigkeit des Geschosses erhöht sich.

Aus diesen Beispielen wird deutlich, dass mechanische Arbeit geleistet wird, wenn sich ein Körper unter Krafteinwirkung bewegt. Mechanische Arbeit tritt auch dann auf, wenn eine auf einen Körper wirkende Kraft (zum Beispiel die Reibungskraft) die Geschwindigkeit seiner Bewegung verringert.

Wenn wir den Schrank bewegen wollen, drücken wir fest darauf, aber wenn er sich nicht bewegt, führen wir keine mechanische Arbeit aus. Man kann sich einen Fall vorstellen, in dem sich ein Körper ohne Beteiligung von Kräften (durch Trägheit) bewegt und in diesem Fall auch keine mechanische Arbeit verrichtet wird.

Also, Mechanische Arbeit wird nur verrichtet, wenn eine Kraft auf einen Körper einwirkt und er sich bewegt .

Es ist nicht schwer zu verstehen, dass die geleistete Arbeit umso größer ist, je größer die Kraft ist, die auf den Körper einwirkt, und je länger der Weg ist, den der Körper unter dem Einfluss dieser Kraft zurücklegt.

Mechanische Arbeit ist direkt proportional zur ausgeübten Kraft und direkt proportional zur zurückgelegten Strecke .

Deshalb haben wir uns darauf geeinigt, mechanische Arbeit anhand des Produkts aus Kraft und dem von dieser Kraft in dieser Richtung zurückgelegten Weg zu messen:

Arbeit = Kraft × Weg

Wo A- Arbeit, F- Kraft und S- die zurückgelegte Strecke.

Als Arbeitseinheit wird die Arbeit angesehen, die eine Kraft von 1 N auf einer Strecke von 1 m verrichtet.

Arbeitseinheit - Joule (J ) benannt nach dem englischen Wissenschaftler Joule. Daher,

1 J = 1Nm.

Auch verwendet Kilojoule (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Formel A = Fs anwendbar, wenn die Kraft F konstant und stimmt mit der Bewegungsrichtung des Körpers überein.

Wenn die Richtung der Kraft mit der Bewegungsrichtung des Körpers übereinstimmt, dann gegebene Macht leistet positive Arbeit.

Bewegt sich der Körper entgegen der Richtung der ausgeübten Kraft, beispielsweise der Gleitreibungskraft, so leistet diese Kraft negative Arbeit.

Wenn die Richtung der auf den Körper wirkenden Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung ist, dann leistet diese Kraft keine Arbeit, die Arbeit ist Null:

Wenn wir in Zukunft über mechanische Arbeit sprechen, werden wir sie kurz mit einem Wort bezeichnen – Arbeit.

Beispiel. Berechnen Sie die Arbeit, die beim Heben einer Granitplatte mit einem Volumen von 0,5 m3 auf eine Höhe von 20 m geleistet wird. Die Dichte von Granit beträgt 2500 kg/m3.

Gegeben:

ρ = 2500 kg/m 3

Lösung:

Dabei ist F die Kraft, die aufgewendet werden muss, um die Platte gleichmäßig anzuheben. Der Modul dieser Kraft ist gleich der auf die Platte wirkenden Kraft Fstrand, d. h. F = Fstrand. Und die Schwerkraft kann durch die Masse der Platte bestimmt werden: Fweight = gm. Berechnen wir die Masse der Platte, indem wir ihr Volumen und die Dichte des Granits kennen: m = ρV; s = h, d. h. der Weg ist gleich der Hubhöhe.

Also m = 2500 kg/m3 · 0,5 m3 = 1250 kg.

F = 9,8 N/kg · 1250 kg ≈ 12.250 N.

A = 12.250 N · 20 m = 245.000 J = 245 kJ.

Antwort: A =245 kJ.

Hebel.Kraft.Energie

Unterschiedliche Motoren benötigen unterschiedliche Zeiten, um die gleiche Arbeit zu erledigen. Beispielsweise hebt ein Kran auf einer Baustelle in wenigen Minuten Hunderte von Ziegeln in die oberste Etage eines Gebäudes. Würde ein Arbeiter diese Steine bewegen, würde er dafür mehrere Stunden brauchen. Ein weiteres Beispiel. Ein Pferd kann in 10-12 Stunden einen Hektar Land pflügen, während ein Traktor mit einem Mehrscharpflug ( Pflugschar- Teil des Pfluges, der die Erdschicht von unten durchschneidet und auf die Mülldeponie transportiert; Mehrfachpflugschar (viele Pflugscharen) wird diese Arbeit in 40-50 Minuten erledigt sein.

Es ist klar, dass ein Kran die gleiche Arbeit schneller erledigt als ein Arbeiter und ein Traktor die gleiche Arbeit schneller erledigt als ein Pferd. Die Arbeitsgeschwindigkeit wird durch eine besondere Größe namens Leistung charakterisiert.

Leistung ist gleich dem Verhältnis der Arbeit zur Zeit, in der sie verrichtet wurde.

Um die Leistung zu berechnen, müssen Sie die Arbeit durch die Zeit dividieren, in der diese Arbeit geleistet wurde. Leistung = Arbeit/Zeit.

Wo N- Leistung, A- Arbeit, T- Zeitpunkt der abgeschlossenen Arbeiten.

Leistung ist eine konstante Größe, wenn jede Sekunde die gleiche Arbeit geleistet wird; in anderen Fällen das Verhältnis Bei bestimmt die durchschnittliche Leistung:

N Durchschnitt = Bei . Als Leistungseinheit wird die Leistung angenommen, mit der J Arbeit in 1 s verrichtet wird.

Diese Einheit heißt Watt ( W) zu Ehren eines anderen englischen Wissenschaftlers, Watt.

1 Watt = 1 Joule/1 Sekunde, oder 1 W = 1 J/s.

Watt (Joule pro Sekunde) - W (1 J/s).

Größere Leistungseinheiten werden in der Technik häufig verwendet - Kilowatt (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

Beispiel. Ermitteln Sie die Kraft des Wasserstroms, der durch den Damm fließt, wenn die Fallhöhe des Wasserfalls 25 m beträgt und seine Durchflussrate 120 m3 pro Minute beträgt.

Gegeben:

ρ = 1000 kg/m3

Lösung:

Masse des fallenden Wassers: m = ρV,

m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120.000 kg (12 104 kg).

Die auf Wasser wirkende Schwerkraft:

F = 9,8 m/s2 120.000 kg ≈ 1.200.000 N (12.105 N)

Verrichtete Arbeit pro Durchfluss pro Minute:

A - 1.200.000 N · 25 m = 30.000.000 J (3 · 107 J).

Strömungsleistung: N = A/t,

N = 30.000.000 J / 60 s = 500.000 W = 0,5 MW.

Antwort: N = 0,5 MW.

Verschiedene Motoren haben Leistungen im Hundertstel- und Zehntel-Kilowatt-Bereich (elektrischer Rasierermotor, Nähmaschine) bis zu Hunderttausende Kilowatt (Wasser- und Dampfturbinen).

Tabelle 5.

Leistung einiger Motoren, kW.

Jeder Motor verfügt über ein Schild (Motorpass), auf dem einige Informationen über den Motor, einschließlich seiner Leistung, angegeben sind.

Die menschliche Leistung beträgt unter normalen Betriebsbedingungen durchschnittlich 70-80 W. Beim Springen oder Treppenlaufen kann eine Person eine Leistung von bis zu 730 W entwickeln, in manchen Fällen sogar mehr.

Aus der Formel N = A/t folgt das

Um die Arbeit zu berechnen, ist es notwendig, die Leistung mit der Zeit zu multiplizieren, in der diese Arbeit verrichtet wurde.

Beispiel. Der Raumventilatormotor hat eine Leistung von 35 Watt. Wie viel Arbeit erledigt er in 10 Minuten?

Schreiben wir die Bedingungen des Problems auf und lösen es.

Gegeben:

Lösung:

A = 35 W * 600s = 21.000 W * s = 21.000 J = 21 kJ.

Antwort A= 21 kJ.

Einfache Mechanismen.

Seit jeher nutzt der Mensch verschiedene Geräte, um mechanische Arbeit zu verrichten.

Das weiß jeder schwerer Gegenstand(Stein, Schrank, Werkzeugmaschine), die nicht von Hand bewegt werden können, können mit einem ausreichend langen Stock – einem Hebel – bewegt werden.

Derzeit geht man davon aus, dass vor dreitausend Jahren beim Bau der Pyramiden im alten Ägypten schwere Steinplatten mit Hilfe von Hebeln bewegt und in große Höhen gehoben wurden.

Anstatt eine schwere Last auf eine bestimmte Höhe zu heben, kann sie in vielen Fällen entlang einer schiefen Ebene gerollt oder auf die gleiche Höhe gezogen oder mithilfe von Blöcken angehoben werden.

Geräte zur Kraftumwandlung werden genannt Mechanismen .

Zu den einfachen Mechanismen gehören: Hebel und ihre Varianten - Block, Tor; schiefe Ebene und ihre Varianten - Keil, Schraube. In den meisten Fällen werden einfache Mechanismen zum Kraftaufbau genutzt, also die auf den Körper einwirkende Kraft um ein Vielfaches erhöht.

Einfache Mechanismen finden sich sowohl im Haushalt als auch in allen komplexen Industrie- und Industriemaschinen, die große Stahlbleche schneiden, drehen und stanzen oder feinste Fäden ziehen, aus denen dann Stoffe hergestellt werden. Die gleichen Mechanismen finden sich in modernen komplexen Automaten, Druck- und Zählmaschinen.

Hebel. Kräftegleichgewicht am Hebel.

Betrachten wir den einfachsten und gebräuchlichsten Mechanismus – den Hebel.

Ein Hebel ist ein starrer Körper, der sich um einen festen Träger drehen kann.

Die Bilder zeigen, wie ein Arbeiter ein Brecheisen als Hebel nutzt, um eine Last anzuheben. Im ersten Fall übt der Arbeiter Gewalt aus F drückt auf das Ende der Brechstange B, im zweiten - erhöht das Ende B.

Der Arbeiter muss das Gewicht der Last überwinden P- Kraft, die senkrecht nach unten gerichtet ist. Dazu dreht er die Brechstange um eine Achse, die durch die einzige verläuft bewegungslos Der Bruchpunkt ist der Punkt seiner Stützung UM. Stärke F Mit welcher Kraft der Arbeiter auf den Hebel einwirkt, ist geringer P, also erhält der Arbeiter an Kraft gewinnen. Mit einem Hebel können Sie eine so schwere Last anheben, dass Sie sie nicht alleine heben können.

Die Abbildung zeigt einen Hebel, dessen Drehachse ist UM(Drehpunkt) liegt zwischen den Angriffspunkten der Kräfte A Und IN. Ein weiteres Bild zeigt ein Diagramm dieses Hebels. Beide Kräfte F 1 und F 2 auf den Hebel wirkende Kräfte sind in eine Richtung gerichtet.

Der kürzeste Abstand zwischen dem Drehpunkt und der Geraden, entlang derer die Kraft auf den Hebel wirkt, wird Kraftarm genannt.

Um den Arm der Kraft zu finden, müssen Sie die Senkrechte vom Drehpunkt zur Wirkungslinie der Kraft absenken.

Die Länge dieser Senkrechten ist der Arm dieser Kraft. Das zeigt die Abbildung OA- Schulterkraft F 1; OB- Schulterkraft F 2. Die auf den Hebel wirkenden Kräfte können ihn in zwei Richtungen um seine Achse drehen: im oder gegen den Uhrzeigersinn. Ja, Stärke F 1 dreht den Hebel im Uhrzeigersinn und die Kraft F 2 dreht es gegen den Uhrzeigersinn.

Der Zustand, unter dem sich der Hebel unter dem Einfluss der auf ihn einwirkenden Kräfte im Gleichgewicht befindet, kann experimentell ermittelt werden. Es muss beachtet werden, dass das Ergebnis einer Krafteinwirkung nicht nur von ihrem Zahlenwert (Modul) abhängt, sondern auch davon, an welchem Punkt sie auf den Körper ausgeübt wird bzw. wie sie gerichtet ist.

Auf beiden Seiten des Drehpunkts sind verschiedene Gewichte am Hebel (siehe Abbildung) aufgehängt, so dass der Hebel jedes Mal im Gleichgewicht bleibt. Die auf den Hebel wirkenden Kräfte sind gleich dem Gewicht dieser Lasten. Gemessen werden jeweils die Kraftmodule und deren Schultern. Aus der in Abbildung 154 dargestellten Erfahrung wird deutlich, dass Kraft 2 N gleicht die Kraft aus 4 N. In diesem Fall ist, wie aus der Abbildung hervorgeht, die Schulter mit geringerer Festigkeit doppelt so groß wie die Schulter mit größerer Festigkeit.

Basierend auf solchen Experimenten wurde die Bedingung (Regel) des Hebelgleichgewichts festgestellt.

Ein Hebel befindet sich im Gleichgewicht, wenn die auf ihn wirkenden Kräfte umgekehrt proportional zu den Armen dieser Kräfte sind.

Diese Regel kann als Formel geschrieben werden:

F 1/F 2 = l 2/ l 1 ,

Wo F 1Und F 2 - auf den Hebel wirkende Kräfte, l 1Und l 2 , - die Schultern dieser Kräfte (siehe Abbildung).

Die Regel des Hebelgleichgewichts wurde um 287–212 von Archimedes aufgestellt. Chr e. (Aber im letzten Absatz hieß es, dass die Hebel von den Ägyptern benutzt wurden? Oder spielt das Wort „etabliert“ hier eine wichtige Rolle?)

Aus dieser Regel folgt, dass eine kleinere Kraft verwendet werden kann, um mithilfe eines Hebels eine größere Kraft auszugleichen. Lassen Sie einen Arm des Hebels dreimal größer sein als der andere (siehe Abbildung). Dann können Sie durch Aufbringen einer Kraft von beispielsweise 400 N an Punkt B einen Stein mit einem Gewicht von 1200 N anheben. Um eine noch schwerere Last zu heben, müssen Sie den Hebelarm, auf den der Arbeiter einwirkt, vergrößern.

Beispiel. Mit einem Hebel hebt ein Arbeiter eine 240 kg schwere Platte an (siehe Abb. 149). Welche Kraft übt er auf den größeren Hebelarm von 2,4 m aus, wenn der kleinere Hebelarm 0,6 m beträgt?

Schreiben wir die Bedingungen des Problems auf und lösen es.

Gegeben:

Lösung:

Gemäß der Hebelgleichgewichtsregel ist F1/F2 = l2/l1, woraus F1 = F2 · l2/l1, wobei F2 = P das Gewicht des Steins ist. Steingewicht asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Dann ist F1 = 2400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Antwort: F1 = 600 N.

In unserem Beispiel überwindet der Arbeiter eine Kraft von 2400 N, indem er eine Kraft von 600 N auf den Hebel ausübt. In diesem Fall ist der Arm, auf den der Arbeiter einwirkt, jedoch viermal länger als der, auf den das Gewicht des Steins wirkt ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Durch die Anwendung der Hebelwirkungsregel kann eine kleinere Kraft eine größere Kraft ausgleichen. In diesem Fall sollte die Schulter mit der geringeren Kraft länger sein als die Schulter mit der größeren Kraft.

Moment der Macht.

Sie kennen bereits die Regel des Hebelgleichgewichts:

F 1 / F 2 = l 2 / l 1 ,

Unter Verwendung der Proportionalitätseigenschaft (das Produkt seiner äußersten Glieder ist gleich dem Produkt seiner mittleren Glieder) schreiben wir es in dieser Form:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Auf der linken Seite der Gleichung steht das Produkt der Kraft F 1 auf ihrer Schulter l 1 und rechts das Kraftprodukt F 2 auf ihrer Schulter l 2 .

Das Produkt aus dem Modul der Kraft, die den Körper und seine Schulter dreht, heißt Moment der Kraft; es wird mit dem Buchstaben M bezeichnet. Das bedeutet

Ein Hebel befindet sich unter der Wirkung zweier Kräfte im Gleichgewicht, wenn das Moment der ihn im Uhrzeigersinn drehenden Kraft gleich dem Moment der ihn im Gegenuhrzeigersinn drehenden Kraft ist.

Diese Regel heißt Regel der Momente , kann als Formel geschrieben werden:

M1 = M2

Tatsächlich betrugen in dem von uns betrachteten Experiment (§ 56) die wirkenden Kräfte 2 N und 4 N, ihre Schultern betrugen 4 bzw. 2 Hebeldrücke, d. h. die Momente dieser Kräfte sind gleich, wenn sich der Hebel im Gleichgewicht befindet .

Das Kraftmoment kann wie jede physikalische Größe gemessen werden. Als Einheit des Kraftmoments wird ein Kraftmoment von 1 N angenommen, dessen Arm genau 1 m beträgt.

Diese Einheit heißt Newtonmeter (Nm).

Das Kraftmoment charakterisiert die Wirkung einer Kraft und zeigt, dass diese gleichzeitig vom Modul der Kraft und ihrer Hebelwirkung abhängt. Tatsächlich wissen wir beispielsweise bereits, dass die Wirkung einer Kraft auf eine Tür sowohl von der Größe der Kraft als auch davon abhängt, wo die Kraft ausgeübt wird. Je leichter sich die Tür drehen lässt, desto weiter entfernt von der Drehachse wirkt die auf sie einwirkende Kraft. Es ist besser, die Mutter mit einem langen Schraubenschlüssel abzuschrauben als mit einem kurzen. Je einfacher es ist, einen Eimer aus dem Brunnen zu heben, desto länger ist der Griff des Tors usw.

Hebel in Technik, Alltag und Natur.

Die Regel der Hebelwirkung (oder die Regel der Momente) liegt der Wirkung verschiedener Arten von Werkzeugen und Geräten zugrunde, die in der Technik und im Alltag eingesetzt werden, wenn ein Kraftzuwachs oder Reisen erforderlich ist.

Beim Arbeiten mit der Schere gewinnen wir an Kraft. Schere - das ist ein Hebel(Abb.), dessen Drehachse durch eine Schraube erfolgt, die beide Scherenhälften verbindet. Wirkende Kraft F 1 ist die Muskelkraft der Hand der Person, die die Schere greift. Gegenkraft F 2 ist die Widerstandskraft des Materials, das mit einer Schere geschnitten wird. Je nach Verwendungszweck der Schere variiert ihr Design. Büroscheren zum Schneiden von Papier haben lange Klingen und nahezu gleich lange Griffe. Das Schneiden von Papier erfordert nicht viel Kraft und eine lange Klinge erleichtert das Schneiden in einer geraden Linie. Scheren zum Schneiden von Blechen (Abb.) haben Griffe, die viel länger sind als die Klingen, da die Widerstandskraft des Metalls groß ist und um sie auszugleichen, muss der Arm der wirkenden Kraft deutlich erhöht werden. Noch größer ist der Unterschied zwischen der Länge der Griffe und dem Abstand des Schneidteils von der Drehachse Drahtschneider(Abb.), zum Schneiden von Draht bestimmt.

Hebel verschiedene Arten Verfügbar für viele Autos. Der Griff einer Nähmaschine, die Pedale oder Handbremse eines Fahrrads, die Pedale eines Autos und eines Traktors sowie die Tasten eines Klaviers sind Beispiele für Hebel, die in diesen Maschinen und Werkzeugen verwendet werden.

Beispiele für die Verwendung von Hebeln sind die Griffe von Schraubstöcken und Werkbänken, der Hebel einer Bohrmaschine usw.

Die Wirkungsweise von Hebelwaagen beruht auf dem Prinzip des Hebels (Abb.). Als Funktion dienen die in Abbildung 48 (S. 42) dargestellten Trainingsskalen gleicharmiger Hebel . IN Dezimalskalen Die Schulter, an der der Becher mit den Gewichten hängt, ist zehnmal länger als die Schulter, die die Last trägt. Dadurch wird das Wiegen großer Lasten deutlich erleichtert. Beim Wiegen einer Last auf einer Dezimalwaage sollten Sie die Masse der Gewichte mit 10 multiplizieren.

Auch die Waage zum Wiegen von Güterwaggons basiert auf der Hebelwirkungsregel.

Hebel finden sich auch in verschiedene Teile Körper von Tieren und Menschen. Dies sind zum Beispiel Arme, Beine, Kiefer. Viele Hebel können im Körper von Insekten (indem man ein Buch über Insekten und den Aufbau ihres Körpers liest), von Vögeln und im Aufbau von Pflanzen gefunden werden.

Anwendung des Gleichgewichtsgesetzes eines Hebels auf einen Block.

Block Es handelt sich um ein Rad mit einer Nut, das in einer Halterung montiert ist. Durch die Blocknut wird ein Seil, Kabel oder eine Kette geführt.

Fester Block Dabei handelt es sich um einen Block, dessen Achse feststeht und der sich beim Heben von Lasten nicht hebt oder senkt (Abb.).

Ein fester Block kann als gleicharmiger Hebel betrachtet werden, bei dem die Arme der Kräfte gleich dem Radius des Rades sind (Abb): OA = OB = r. Ein solcher Block bringt keinen Kraftgewinn. ( F 1 = F 2), erlaubt Ihnen aber, die Richtung der Kraft zu ändern. Beweglicher Block - Das ist ein Block. deren Achse sich mit der Last hebt und senkt (Abb.). Die Abbildung zeigt den entsprechenden Hebel: UM- Drehpunkt des Hebels, OA- Schulterkraft R Und OB- Schulterkraft F. Da die Schulter OB 2 mal die Schulter OA, dann die Stärke F 2-mal weniger Kraft R:

F = P/2 .

Daher, Der bewegliche Block sorgt für einen zweifachen Kraftzuwachs .

Dies kann mit dem Konzept des Kraftmoments nachgewiesen werden. Wenn der Block im Gleichgewicht ist, sind die Kräftemomente F Und R einander gleich. Aber die Schulter der Stärke F 2-fache Hebelwirkung R und damit die Macht selbst F 2-mal weniger Kraft R.

In der Praxis wird üblicherweise eine Kombination aus einem festen und einem beweglichen Block verwendet (Abb.). Der feste Block dient lediglich der Zweckmäßigkeit. Es gibt keinen Kraftgewinn, aber es ändert die Richtung der Kraft. So ist es beispielsweise möglich, eine Last vom Boden aus stehend anzuheben. Dies ist für viele Menschen oder Arbeitnehmer praktisch. Es führt jedoch zu einem Kraftzuwachs, der doppelt so groß ist wie gewöhnlich!

Arbeitsgleichheit bei Verwendung einfacher Mechanismen. „Goldene Regel“ der Mechanik.

Die von uns betrachteten einfachen Mechanismen werden bei der Ausführung von Arbeiten verwendet, wenn es erforderlich ist, eine andere Kraft durch die Wirkung einer Kraft auszugleichen.

Natürlich stellt sich die Frage: Wenn einfache Mechanismen nicht zu einem Kraft- oder Weggewinn führen, führen sie nicht auch zu einem Arbeitsgewinn? Die Antwort auf diese Frage kann aus Erfahrung gewonnen werden.

Durch den Ausgleich zweier unterschiedlich großer Kräfte an einem Hebel F 1 und F 2 (Abb.), den Hebel in Bewegung setzen. Es stellt sich heraus, dass gleichzeitig der Angriffspunkt der kleineren Kraft liegt F 2 geht weiter S 2 und der Angriffspunkt der größeren Kraft F 1 - kürzerer Weg S 1. Nachdem wir diese Wege und Kraftmodule gemessen haben, stellen wir fest, dass die Wege, die die Kraftangriffspunkte am Hebel zurücklegen, umgekehrt proportional zu den Kräften sind:

S 1 / S 2 = F 2 / F 1.

Wenn wir also auf den langen Arm des Hebels einwirken, gewinnen wir an Kraft, verlieren aber gleichzeitig um den gleichen Betrag.

Produkt der Kraft F auf dem Weg S es gibt Arbeit. Unsere Experimente zeigen, dass die Arbeit der auf den Hebel ausgeübten Kräfte einander gleich ist:

F 1 S 1 = F 2 S 2, d.h. A 1 = A 2.

Also, Wenn Sie Hebelwirkung einsetzen, werden Sie bei der Arbeit nicht gewinnen können.

Durch den Einsatz von Hebelwirkung können wir entweder Macht oder Distanz gewinnen. Indem wir Kraft auf den kurzen Arm des Hebels ausüben, gewinnen wir an Distanz, verlieren aber im gleichen Maße an Kraft.

Es gibt eine Legende, dass Archimedes, erfreut über die Entdeckung der Hebelwirkungsregel, ausrief: „Gib mir einen Drehpunkt und ich werde die Erde umdrehen!“

Natürlich könnte Archimedes eine solche Aufgabe nicht bewältigen, selbst wenn ihm ein Drehpunkt (der außerhalb der Erde hätte liegen sollen) und ein Hebel in der erforderlichen Länge gegeben worden wären.

Um die Erde nur um 1 cm anzuheben, müsste der lange Arm des Hebels einen Bogen von enormer Länge beschreiben. Es würde Millionen von Jahren dauern, das lange Ende des Hebels auf dieser Bahn zu bewegen, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s!

Ein stationärer Block bringt keinen Arbeitsgewinn, was experimentell leicht zu überprüfen ist (siehe Abbildung). Wege, passable Punkte Anwendung von Kräften F Und F, sind gleich, die Kräfte sind gleich, was bedeutet, dass die Arbeit gleich ist.

Mit Hilfe eines beweglichen Blocks können Sie die geleistete Arbeit messen und vergleichen. Um eine Last mit einem beweglichen Block auf eine Höhe h zu heben, ist es erfahrungsgemäß erforderlich, das Ende des Seils, an dem der Dynamometer befestigt ist (Abb.), auf eine Höhe von 2h zu bewegen.

Daher, Wenn sie einen zweifachen Kraftzuwachs erzielen, verlieren sie unterwegs einen zweifachen Kraftzuwachs, daher bringt der bewegliche Block keinen Arbeitsgewinn.

Das hat die jahrhundertealte Praxis gezeigt Keiner der Mechanismen bringt einen Leistungsgewinn. Sie nutzen verschiedene Mechanismen, um je nach Arbeitsbedingungen an Kraft oder Fahrt zu gewinnen.

Schon die alten Wissenschaftler kannten eine für alle Mechanismen geltende Regel: Egal wie oft wir an Stärke gewinnen, genauso oft verlieren wir an Distanz. Diese Regel wird als „goldene Regel“ der Mechanik bezeichnet.

Effizienz des Mechanismus.

Bei der Konstruktion und Wirkungsweise des Hebels haben wir weder die Reibung noch das Gewicht des Hebels berücksichtigt. in diesen ideale Bedingungen Arbeit, die durch die ausgeübte Kraft geleistet wird (wir nennen sie Arbeit). voll), ist gleich nützlich Arbeiten am Heben von Lasten oder Überwinden von Widerständen.

In der Praxis ist die Gesamtarbeit, die mit Hilfe einer Mechanik geleistet wird, immer etwas größer nützliche Arbeit.

Ein Teil der Arbeit wird gegen die Reibungskraft im Mechanismus und durch dessen Bewegung verrichtet Einzelteile. Wenn Sie also einen beweglichen Block verwenden, müssen Sie zusätzlich Arbeit leisten, um den Block selbst und das Seil anzuheben und die Reibungskraft in der Achse des Blocks zu bestimmen.

Welchen Mechanismus wir auch nutzen, die mit seiner Hilfe geleistete nützliche Arbeit stellt immer nur einen Teil der Gesamtarbeit dar. Das bedeutet, dass wir die nützliche Arbeit mit dem Buchstaben Ap und die gesamte (aufgewendete) Arbeit mit dem Buchstaben Az bezeichnen können:

Hoch< Аз или Ап / Аз < 1.

Das Verhältnis der Nutzarbeit zur Gesamtarbeit wird als Koeffizient bezeichnet nützliche Aktion Mechanismus.

Der Effizienzfaktor wird als Effizienz abgekürzt.

Effizienz = Ap / Az.

Der Wirkungsgrad wird üblicherweise in Prozent ausgedrückt und mit dem griechischen Buchstaben η, gelesen als „eta“, angegeben:

η = Ap / Az · 100 %.

Beispiel: Eine 100 kg schwere Last hängt am kurzen Arm eines Hebels. Zum Anheben wird eine Kraft von 250 N auf den langen Arm ausgeübt. Die Last wird auf eine Höhe h1 = 0,08 m und den Angriffspunkt angehoben treibende Kraft auf eine Höhe h2 = 0,4 m fallen gelassen. Bestimmen Sie die Effizienz des Hebels.

Schreiben wir die Bedingungen des Problems auf und lösen es.

Gegeben :

Lösung :

η = Ap / Az · 100 %.

Gesamte (aufgewandte) Arbeit Az = Fh2.

Nutzarbeit Ap = Рh1

P = 9,8 100 kg ≈ 1000 N.

Ap = 1000 N · 0,08 = 80 J.

Az = 250 N · 0,4 m = 100 J.

η = 80 J/100 J 100 % = 80 %.

Antwort : η = 80 %.

Aber " goldene Regel"wird auch in diesem Fall durchgeführt. Ein Teil der Nutzarbeit - 20 % davon - wird für die Überwindung der Reibung in der Hebelachse und des Luftwiderstands sowie für die Bewegung des Hebels selbst aufgewendet.

Der Wirkungsgrad eines Mechanismus liegt immer unter 100 %. Beim Entwerfen von Mechanismen streben Menschen danach, deren Effizienz zu steigern. Um dies zu erreichen, werden die Reibung in den Achsen der Mechanismen und deren Gewicht reduziert.

Energie.

In Anlagen und Fabriken werden Maschinen und Maschinen durch Elektromotoren angetrieben, die verbrauchen elektrische Energie(daher der Name).

Eine zusammengedrückte Feder (Abb.) verrichtet im ausgestreckten Zustand ihre Arbeit, hebt eine Last auf eine bestimmte Höhe oder bewegt einen Wagen.

Eine stationäre Last, die über den Boden gehoben wird, verrichtet keine Arbeit, wenn diese Last jedoch herunterfällt, kann sie Arbeit verrichten (z. B. kann sie einen Pfahl in den Boden rammen).

Jeder sich bewegende Körper hat die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. So rollte die Stahlkugel A (Abb.) von einer schiefen Ebene herab und traf auf Holzblock B bewegt es ein Stück weit. Gleichzeitig wird gearbeitet.

Wenn ein Körper oder mehrere interagierende Körper (ein System von Körpern) Arbeit verrichten können, spricht man von Energie.

Energie - eine physikalische Größe, die angibt, wie viel Arbeit ein Körper (oder mehrere Körper) leisten kann. Energie wird im SI-System in denselben Einheiten ausgedrückt wie Arbeit, also in Joule.

Je mehr Arbeit ein Körper leisten kann, desto mehr Energie hat er.

Wenn Arbeit verrichtet wird, verändert sich die Energie der Körper. Perfekte Arbeit gleich der Energieänderung.

Potenzielle und kinetische Energie.

Potenzial (von lat. Potenz - Möglichkeit) Energie ist die Energie, die durch die relative Position interagierender Körper und Teile desselben Körpers bestimmt wird.

Potenzielle Energie besitzt beispielsweise ein relativ zur Erdoberfläche angehobener Körper, da die Energie von seiner relativen Position zur Erde abhängt. und ihre gegenseitige Anziehung. Wenn wir davon ausgehen, dass die potentielle Energie eines auf der Erde liegenden Körpers Null ist, dann wird die potentielle Energie eines auf eine bestimmte Höhe angehobenen Körpers durch die Arbeit bestimmt, die die Schwerkraft verrichtet, wenn der Körper auf die Erde fällt. Bezeichnen wir die potentielle Energie des Körpers E n, weil E = A, und Arbeit ist dann, wie wir wissen, gleich dem Produkt aus Kraft und Weg

A = Fh,

Wo F- Schwerkraft.

Das bedeutet, dass die potentielle Energie En gleich ist:

E = Fh, oder E = gmh,

Wo G- Beschleunigung freier Fall, M- Körpergewicht, H- die Höhe, auf die der Körper angehoben wird.

Wasser in Flüssen, die durch Staudämme zurückgehalten werden, verfügt über ein enormes Energiepotenzial. Beim Herunterfallen verrichtet das Wasser seine Arbeit und treibt leistungsstarke Turbinen von Kraftwerken an.

Die potentielle Energie eines Kopra-Hammers (Abb.) wird im Bauwesen für die Arbeit beim Rammen von Pfählen genutzt.

Beim Öffnen einer Tür mit einer Feder wird die Feder gedehnt (oder gestaucht). Aufgrund der gewonnenen Energie verrichtet die Feder beim Zusammenziehen (oder Aufrichten) ihre Arbeit und schließt die Tür.

Die Energie komprimierter und ungedrehter Federn wird beispielsweise in Uhren, verschiedenen Aufziehspielzeugen usw. genutzt.

Jeder elastisch verformte Körper hat potentielle Energie. Die potenzielle Energie von Druckgas wird beim Betrieb von Wärmekraftmaschinen, in Presslufthämmern, die im Bergbau, im Straßenbau, beim Aushub von hartem Boden usw. weit verbreitet sind, genutzt.

Die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Bewegung besitzt, nennt man kinetisch (aus dem Griechischen). Kinema - Bewegung) Energie.

Die kinetische Energie eines Körpers wird mit dem Buchstaben bezeichnet E Zu.

Bewegtes Wasser, das die Turbinen von Wasserkraftwerken antreibt, verbraucht seine kinetische Energie und verrichtet Arbeit. Auch die bewegte Luft, der Wind, hat kinetische Energie.

Wovon hängt die kinetische Energie ab? Wenden wir uns der Erfahrung zu (siehe Abbildung). Wenn Sie Ball A aus unterschiedlichen Höhen rollen, werden Sie feststellen, dass je größer die Höhe ist, aus der der Ball rollt, desto größer ist seine Geschwindigkeit und desto weiter bewegt er den Block, d. h. er leistet mehr Arbeit. Das bedeutet, dass die kinetische Energie eines Körpers von seiner Geschwindigkeit abhängt.

Aufgrund seiner Geschwindigkeit verfügt ein fliegendes Geschoss über eine hohe kinetische Energie.

Die kinetische Energie eines Körpers hängt auch von seiner Masse ab. Wiederholen wir unser Experiment, aber wir rollen eine weitere Kugel mit größerer Masse von der schiefen Ebene. Balken B wird weiter verschoben, d. h. es wird mehr Arbeit geleistet. Das bedeutet, dass die kinetische Energie der zweiten Kugel größer ist als die der ersten.

Je größer die Masse eines Körpers und die Geschwindigkeit, mit der er sich bewegt, desto größer ist seine kinetische Energie.

Um die kinetische Energie eines Körpers zu bestimmen, wird die Formel verwendet:

Ek = mv^2 /2,

Wo M- Körpergewicht, v- Geschwindigkeit der Körperbewegung.

Die Bewegungsenergie von Körpern wird in der Technik genutzt. Das vom Damm zurückgehaltene Wasser verfügt, wie bereits erwähnt, über ein großes Energiepotenzial. Wenn Wasser aus einem Damm fällt, bewegt es sich und hat die gleiche hohe kinetische Energie. Es treibt eine Turbine an, die an einen Generator angeschlossen ist elektrischer Strom. Durch die kinetische Energie des Wassers wird elektrische Energie erzeugt.

Die Energie bewegten Wassers hat großer Wert V Volkswirtschaft. Diese Energie wird durch leistungsstarke Wasserkraftwerke genutzt.

Die Energie fallenden Wassers ist im Gegensatz zur Brennstoffenergie eine umweltfreundliche Energiequelle.

Alle Körper in der Natur haben im Verhältnis zum konventionellen Nullwert entweder potentielle oder kinetische Energie und manchmal auch beides zusammen. Beispielsweise hat ein fliegendes Flugzeug relativ zur Erde sowohl kinetische als auch potentielle Energie.

Wir haben zwei Arten mechanischer Energie kennengelernt. Andere Energiearten (elektrische, interne usw.) werden in anderen Abschnitten des Physikkurses besprochen.

Umwandlung einer Art mechanischer Energie in eine andere.

Das Phänomen der Umwandlung einer Art mechanischer Energie in eine andere lässt sich an dem in der Abbildung gezeigten Gerät sehr gut beobachten. Durch das Aufwickeln des Fadens auf die Achse wird die Gerätescheibe angehoben. Eine nach oben gehobene Scheibe hat eine gewisse potentielle Energie. Wenn Sie es loslassen, dreht es sich und beginnt zu fallen. Beim Fallen nimmt die potentielle Energie der Scheibe ab, gleichzeitig nimmt aber ihre kinetische Energie zu. Am Ende des Falls verfügt die Scheibe über eine solche Reserve an kinetischer Energie, dass sie wieder fast auf ihre vorherige Höhe steigen kann. (Ein Teil der Energie wird gegen die Reibungskraft aufgewendet, sodass die Scheibe nicht ihre ursprüngliche Höhe erreicht.) Nach dem Aufstieg fällt die Scheibe wieder ab und steigt dann wieder an. Wenn sich die Scheibe in diesem Experiment nach unten bewegt, wandelt sich ihre potentielle Energie in kinetische Energie um, und wenn sie sich nach oben bewegt, wandelt sich die kinetische Energie in potentielle Energie um.

Die Umwandlung von Energie von einer Art in eine andere erfolgt auch, wenn zwei elastische Körper zusammenstoßen, beispielsweise ein Gummiball auf dem Boden oder eine Stahlkugel auf einer Stahlplatte.

Wenn Sie eine Stahlkugel (Reis) über eine Stahlplatte heben und aus Ihren Händen lösen, fällt sie herunter. Wenn der Ball fällt, nimmt seine potentielle Energie ab und seine kinetische Energie nimmt zu, wenn die Geschwindigkeit des Balls zunimmt. Wenn der Ball auf die Platte trifft, werden sowohl der Ball als auch die Platte komprimiert. Die kinetische Energie, die der Ball hatte, wird in potentielle Energie der komprimierten Platte und des komprimierten Balls umgewandelt. Dann nehmen die Platte und die Kugel dank der Einwirkung elastischer Kräfte ihre ursprüngliche Form an. Der Ball prallt von der Platte ab und ihre potentielle Energie wird wieder in kinetische Energie des Balls umgewandelt: Der Ball springt mit einer Geschwindigkeit von fast 100 % nach oben gleiche Geschwindigkeit, die er im Moment des Aufpralls auf die Platte besaß. Wenn der Ball nach oben steigt, nimmt die Geschwindigkeit des Balls und damit seine kinetische Energie ab, während die potentielle Energie zunimmt. Nach dem Abprallen von der Platte steigt der Ball fast auf die gleiche Höhe, von der aus er zu fallen begann. Am höchsten Punkt des Aufstiegs wird seine gesamte kinetische Energie wieder in Potenzial umgewandelt.

Naturphänomene gehen meist mit der Umwandlung einer Energieart in eine andere einher.

Energie kann von einem Körper auf einen anderen übertragen werden. Beispielsweise wird beim Bogenschießen die potentielle Energie einer gespannten Bogensehne in die kinetische Energie eines fliegenden Pfeils umgewandelt.

Die mechanische Arbeit (Kraftarbeit) kennen Sie bereits aus dem Grundkurs Physik. Erinnern wir uns an die dort gegebene Definition mechanischer Arbeit für die folgenden Fälle.

Wenn die Kraft in die gleiche Richtung gerichtet ist wie die Bewegung des Körpers, dann ist die von der Kraft geleistete Arbeit

In diesem Fall ist die von der Kraft geleistete Arbeit positiv.

Wenn die Kraft der Bewegung des Körpers entgegengerichtet ist, dann ist die von der Kraft geleistete Arbeit

In diesem Fall ist die von der Kraft geleistete Arbeit negativ.

Wenn die Kraft f_vec senkrecht zur Verschiebung s_vec des Körpers gerichtet ist, dann ist die von der Kraft geleistete Arbeit Null:

Arbeit ist eine skalare Größe. Die Arbeitseinheit wird Joule (Symbol: J) genannt, zu Ehren des englischen Wissenschaftlers James Joule, der eine wichtige Rolle bei der Entdeckung des Energieerhaltungssatzes spielte. Aus Formel (1) folgt:

1 J = 1 N * m.

1. Ein 0,5 kg schwerer Block wurde 2 m über den Tisch bewegt und dabei eine elastische Kraft von 4 N auf ihn ausgeübt (Abb. 28.1). Der Reibungskoeffizient zwischen Block und Tisch beträgt 0,2. Welche Arbeit wirkt auf den Block?
a) Schwerkraft m?
b) normale Reaktionskräfte?
c) elastische Kräfte?
d) Gleitreibungskräfte tr?

Die Gesamtarbeit, die mehrere auf einen Körper wirkende Kräfte leisten, kann auf zwei Arten ermittelt werden:
1. Finden Sie die Arbeit jeder Kraft und addieren Sie diese Arbeiten unter Berücksichtigung der Vorzeichen.
2. Ermitteln Sie die Resultierende aller auf den Körper wirkenden Kräfte und berechnen Sie die Arbeit der Resultierenden.

Beide Methoden führen zum gleichen Ergebnis. Um dies sicherzustellen, gehen Sie zur vorherigen Aufgabe zurück und beantworten Sie die Fragen in Aufgabe 2.

2. Was bedeutet es:
a) die Summe der Arbeit aller auf den Block wirkenden Kräfte?
b) die Resultierende aller auf den Block wirkenden Kräfte?
c) Arbeitsresultat? Im allgemeinen Fall (wenn die Kraft f_vec in einem beliebigen Winkel zur Verschiebung s_vec gerichtet ist) lautet die Definition der Arbeit der Kraft wie folgt.

Die Arbeit A einer konstanten Kraft ist gleich dem Produkt aus Kraftmodul F, Verschiebungsmodul s und dem Kosinus des Winkels α zwischen Kraftrichtung und Verschiebungsrichtung:

A = Fs cos α (4)

3. Zeigen Sie was allgemeine Definition Die Arbeit folgt den im folgenden Diagramm dargestellten Schlussfolgerungen. Formulieren Sie sie mündlich und notieren Sie sie in Ihrem Notizbuch.

4. Auf einen auf dem Tisch befindlichen Block wird eine Kraft ausgeübt, deren Modul 10 N beträgt. Warum gleich dem Winkel zwischen dieser Kraft und der Bewegung des Blocks, wenn diese Kraft beim Bewegen des Blocks entlang des Tisches um 60 cm die Arbeit verrichtete: a) 3 J; b) –3 J; c) –3 J; d) –6 J? Erstellen Sie erläuternde Zeichnungen.

2. Arbeit der Schwerkraft

Ein Körper mit der Masse m bewege sich vertikal von der Anfangshöhe h n zur Endhöhe h k.

Bewegt sich der Körper nach unten (h n > h k, Abb. 28.2, a), stimmt die Bewegungsrichtung mit der Richtung der Schwerkraft überein, daher ist die Arbeit der Schwerkraft positiv. Bewegt sich der Körper nach oben (h n< h к, рис. 28.2, б), то работа силы тяжести отрицательна.

In beiden Fällen wird die Arbeit durch die Schwerkraft verrichtet

A = mg(hn – h k). (5)

Lassen Sie uns nun die Arbeit ermitteln, die die Schwerkraft verrichtet, wenn sie sich in einem Winkel zur Vertikalen bewegt.

5. Ein kleiner Block der Masse m glitt entlang einer schiefen Ebene der Länge s und der Höhe h (Abb. 28.3). Die schiefe Ebene bildet mit der Vertikalen einen Winkel α.

a) Wie groß ist der Winkel zwischen der Schwerkraftrichtung und der Bewegungsrichtung des Blocks? Machen Sie eine erklärende Zeichnung.
b) Drücken Sie die Arbeit der Schwerkraft durch m, g, s, α aus.
c) Drücken Sie s durch h und α aus.
d) Drücken Sie die Arbeit der Schwerkraft in m, g, h aus.
e) Welche Arbeit verrichtet die Schwerkraft, wenn sich der Block entlang derselben Ebene nach oben bewegt?

Nachdem Sie diese Aufgabe erledigt haben, sind Sie überzeugt, dass die Arbeit der Schwerkraft durch die Formel (5) ausgedrückt wird, selbst wenn sich der Körper in einem Winkel zur Vertikalen bewegt – sowohl nach unten als auch nach oben.

Aber dann gilt Formel (5) für die Arbeit der Schwerkraft, wenn sich ein Körper entlang einer beliebigen Flugbahn bewegt, da jede Flugbahn (Abb. 28.4, a) als eine Menge kleiner „schiefer Ebenen“ dargestellt werden kann (Abb. 28.4, b) .

Daher,
Die von der Schwerkraft bei der Bewegung entlang einer beliebigen Flugbahn geleistete Arbeit wird durch die Formel ausgedrückt

A t = mg(hn – h k),

wobei h n die Anfangshöhe des Körpers ist, h k seine Endhöhe.
Die von der Schwerkraft verrichtete Arbeit hängt nicht von der Form der Flugbahn ab.

Beispielsweise ist die Arbeit der Schwerkraft beim Bewegen eines Körpers von Punkt A nach Punkt B (Abb. 28.5) entlang der Flugbahn 1, 2 oder 3 gleich. Daraus folgt insbesondere, dass die Schwerkraft bei der Bewegung entlang einer geschlossenen Flugbahn (wenn der Körper zum Ausgangspunkt zurückkehrt) gleich Null ist.

6. Eine Kugel der Masse m, die an einem Faden der Länge l hing, wurde um 90° abgelenkt, wobei der Faden gespannt blieb, und ohne Stoß losgelassen.
a) Welche Arbeit leistet die Schwerkraft während der Zeit, in der sich die Kugel in die Gleichgewichtslage bewegt (Abb. 28.6)?
b) Welche Arbeit verrichtet die elastische Kraft des Fadens gleichzeitig?
c) Welche Arbeit verrichten die resultierenden Kräfte, die gleichzeitig auf die Kugel wirken?

3. Arbeit der elastischen Kraft

Wenn die Feder in den unverformten Zustand zurückkehrt, verrichtet die elastische Kraft immer positive Arbeit: Ihre Richtung stimmt mit der Bewegungsrichtung überein (Abb. 28.7).

Finden wir die von der elastischen Kraft verrichtete Arbeit.
Der Modul dieser Kraft steht im Zusammenhang mit dem Verformungsmodul x durch die Beziehung (siehe § 15)

Die von einer solchen Kraft geleistete Arbeit kann grafisch dargestellt werden.

Beachten wir zunächst, dass die von einer konstanten Kraft geleistete Arbeit numerisch gleich der Fläche des Rechtecks unter dem Kraft-Weg-Diagramm ist (Abb. 28.8).

Abbildung 28.9 zeigt einen Graphen von F(x) für die elastische Kraft. Teilen wir gedanklich die gesamte Bewegung des Körpers in so kleine Intervalle auf, dass die Kraft in jedem von ihnen als konstant angesehen werden kann.

Dann ist die Arbeit in jedem dieser Intervalle numerisch gleich der Fläche der Figur unter dem entsprechenden Abschnitt des Diagramms. Alle Arbeit entspricht der Summe der Arbeit in diesen Bereichen.

Folglich ist in diesem Fall die Arbeit numerisch gleich der Fläche der Figur unter dem Diagramm der Abhängigkeit F(x).

7. Beweisen Sie das anhand von Abbildung 28.10

Die Arbeit, die die elastische Kraft verrichtet, wenn die Feder in ihren unverformten Zustand zurückkehrt, wird durch die Formel ausgedrückt

A = (kx 2)/2. (7)

8. Beweisen Sie anhand des Diagramms in Abbildung 28.11, dass die Arbeit der elastischen Kraft durch die Formel ausgedrückt wird, wenn sich die Federverformung von x n auf x k ändert

Aus Formel (8) sehen wir, dass die Arbeit der elastischen Kraft nur von der anfänglichen und endgültigen Verformung der Feder abhängt. Wenn sich der Körper also zuerst verformt und dann in seinen Ausgangszustand zurückkehrt, beträgt die Arbeit der elastischen Kraft null. Erinnern wir uns daran, dass die Arbeit der Schwerkraft die gleiche Eigenschaft hat.

9. Im Anfangsmoment beträgt die Spannung einer Feder mit einer Steifigkeit von 400 N/m 3 cm. Die Feder wird um weitere 2 cm gedehnt.
a) Wie groß ist die endgültige Verformung der Feder?
b) Welche Arbeit leistet die elastische Kraft der Feder?

10. Im Anfangsmoment wird eine Feder mit einer Steifigkeit von 200 N/m um 2 cm gedehnt und im Endmoment um 1 cm zusammengedrückt. Welche Arbeit leistet die Federkraft?

4. Arbeit der Reibungskraft

Lassen Sie den Körper entlang einer festen Unterlage gleiten. Die auf den Körper wirkende Gleitreibungskraft ist der Bewegung immer entgegengesetzt gerichtet und daher ist die Arbeit der Gleitreibungskraft in jeder Bewegungsrichtung negativ (Abb. 28.12).

Wenn Sie also den Block nach rechts und den Stift um den gleichen Abstand nach links bewegen, kehrt er zwar in seine Ausgangsposition zurück, die durch die Gleitreibungskraft geleistete Gesamtarbeit ist jedoch nicht gleich Null. Dies ist der wichtigste Unterschied zwischen der Arbeit der Gleitreibung und der Arbeit der Schwerkraft und Elastizität. Erinnern wir uns daran, dass die Arbeit, die diese Kräfte leisten, wenn sie einen Körper entlang einer geschlossenen Flugbahn bewegen, Null ist.

11. Ein Block mit einer Masse von 1 kg wurde über den Tisch bewegt, sodass seine Flugbahn ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 50 cm war.
a) Ist der Block zu seinem Ausgangspunkt zurückgekehrt?
b) Wie groß ist die Gesamtarbeit, die die auf den Block wirkende Reibungskraft verrichtet? Der Reibungskoeffizient zwischen Block und Tisch beträgt 0,3.

5. Leistung

Oft ist nicht nur die geleistete Arbeit wichtig, sondern auch die Geschwindigkeit, mit der die Arbeit erledigt wird. Es zeichnet sich durch Macht aus.

Leistung P ist das Verhältnis der geleisteten Arbeit A zur Zeitspanne t, in der diese Arbeit geleistet wurde:

(Manchmal wird Leistung in der Mechanik mit dem Buchstaben N und in der Elektrodynamik mit dem Buchstaben P bezeichnet. Wir finden es bequemer, die gleiche Bezeichnung für Leistung zu verwenden.)

Die Einheit der Leistung ist das Watt (Symbol: W), benannt nach dem englischen Erfinder James Watt. Aus Formel (9) folgt das

1 W = 1 J/s.

12. Welche Kraft entwickelt ein Mensch, wenn er einen 10 kg schweren Eimer Wasser 2 s lang gleichmäßig auf eine Höhe von 1 m hebt?

Es ist oft bequem, Macht nicht durch Arbeit und Zeit, sondern durch Kraft und Geschwindigkeit auszudrücken.

Betrachten wir den Fall, dass die Kraft entlang der Verschiebung gerichtet ist. Dann ist die von der Kraft geleistete Arbeit A = Fs. Wenn wir diesen Ausdruck in Formel (9) für Potenz einsetzen, erhalten wir:

P = (Fs)/t = F(s/t) = Fv. (10)

13. Ein Auto fährt auf einer horizontalen Straße mit einer Geschwindigkeit von 72 km/h. Gleichzeitig entwickelt sein Motor eine Leistung von 20 kW. Wie groß ist der Widerstand gegen die Bewegung des Autos?

Hinweis. Wenn sich ein Auto mit konstanter Geschwindigkeit auf einer horizontalen Straße bewegt, ist die Zugkraft gleich groß wie die Widerstandskraft gegen die Bewegung des Autos.

14. Wie lange dauert es, einen 4 Tonnen schweren Betonblock gleichmäßig auf eine Höhe von 30 m zu heben, wenn die Leistung des Kranmotors 20 kW beträgt und der Wirkungsgrad des Elektromotors des Krans 75 % beträgt?

Hinweis. Der Wirkungsgrad eines Elektromotors entspricht dem Verhältnis der Arbeit beim Heben der Last zur Arbeit des Motors.

Zusätzliche Fragen und Aufgaben

15. Ein Ball mit einer Masse von 200 g wurde von einem Balkon mit einer Höhe von 10 und einem Winkel von 45° zur Horizontalen geworfen. Nachdem der Ball im Flug eine maximale Flughöhe von 15 m erreicht hatte, fiel er zu Boden.
a) Welche Arbeit verrichtet die Schwerkraft beim Heben des Balls?
b) Welche Arbeit verrichtet die Schwerkraft, wenn die Kugel abgesenkt wird?
c) Welche Arbeit verrichtet die Schwerkraft während des gesamten Fluges des Balls?
d) Enthält die Bedingung zusätzliche Daten?

16. Eine Kugel mit einer Masse von 0,5 kg hängt an einer Feder mit einer Steifigkeit von 250 N/m und befindet sich im Gleichgewicht. Die Kugel wird angehoben, sodass die Feder unverformt bleibt und ohne Druck freigegeben wird.
a) Auf welche Höhe wurde der Ball angehoben?
b) Welche Arbeit verrichtet die Schwerkraft während der Zeit, in der sich die Kugel in die Gleichgewichtslage bewegt?
c) Welche Arbeit leistet die elastische Kraft während der Zeit, in der sich die Kugel in die Gleichgewichtslage bewegt?
d) Welche Arbeit verrichtet die Resultierende aller Kräfte, die während der Zeit, in der sich die Kugel in die Gleichgewichtslage bewegt, auf die Kugel ausgeübt werden?

17. Ein 10 kg schwerer Schlitten rutscht ohne Anfangsgeschwindigkeit einen schneebedeckten Berg mit einem Neigungswinkel von α = 30° hinab und legt eine bestimmte Strecke auf einer horizontalen Fläche zurück (Abb. 28.13). Der Reibungskoeffizient zwischen Schlitten und Schnee beträgt 0,1. Die Länge des Bergfußes beträgt l = 15 m.

a) Wie groß ist die Reibungskraft, wenn sich der Schlitten auf einer horizontalen Fläche bewegt?
b) Welche Arbeit verrichtet die Reibungskraft, wenn sich der Schlitten über eine Strecke von 20 m auf einer horizontalen Fläche bewegt?
c) Wie groß ist die Reibungskraft, wenn sich der Schlitten am Berg entlang bewegt?
d) Welche Arbeit verrichtet die Reibungskraft beim Absenken des Schlittens?
e) Welche Arbeit verrichtet die Schwerkraft beim Absenken des Schlittens?
f) Welche Arbeit leisten die resultierenden Kräfte, die auf den Schlitten beim Abstieg vom Berg wirken?

18. Ein 1 Tonne schweres Auto bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h. Der Motor entwickelt eine Leistung von 10 kW. Der Benzinverbrauch beträgt 8 Liter pro 100 km. Die Dichte von Benzin beträgt 750 kg/m 3 und seine spezifische Verbrennungswärme beträgt 45 MJ/kg. Wie hoch ist der Wirkungsgrad des Motors? Enthält die Bedingung zusätzliche Daten?
Hinweis. Der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine entspricht dem Verhältnis der vom Motor geleisteten Arbeit zur bei der Kraftstoffverbrennung freigesetzten Wärmemenge.

Was bedeutet das?

In der Physik ist „mechanische Arbeit“ die Arbeit einer Kraft (Schwerkraft, Elastizität, Reibung usw.) auf einen Körper, die dazu führt, dass sich der Körper bewegt.

Oft wird das Wort „mechanisch“ einfach nicht geschrieben.
Manchmal stößt man auf den Ausdruck „Der Körper hat Arbeit geleistet“, was im Prinzip bedeutet: „Die auf den Körper wirkende Kraft hat Arbeit geleistet.“

Ich denke – ich arbeite.

Ich gehe – ich arbeite auch.

Wo ist hier die mechanische Arbeit?

Bewegt sich ein Körper unter dem Einfluss einer Kraft, so wird mechanische Arbeit verrichtet.

Man sagt, dass der Körper funktioniert.
Genauer gesagt wird es so sein: Die Arbeit wird durch die auf den Körper einwirkende Kraft verrichtet.

Arbeit charakterisiert das Ergebnis einer Kraft.

Die auf einen Menschen einwirkenden Kräfte verrichten an ihm mechanische Arbeit und durch die Einwirkung dieser Kräfte bewegt sich der Mensch.

Arbeit ist eine physikalische Größe, die dem Produkt der auf einen Körper einwirkenden Kraft und dem Weg entspricht, den der Körper unter dem Einfluss einer Kraft in Richtung dieser Kraft zurücklegt.

A - mechanische Arbeit,
F - Stärke,
S - zurückgelegte Strecke.

Die Arbeit ist erledigt, wenn 2 Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind: Auf den Körper und ihn wirkt eine Kraft
bewegt sich in Richtung der Kraft.

Es wird keine Arbeit geleistet(d. h. gleich 0), wenn:
1. Die Kraft wirkt, aber der Körper bewegt sich nicht.

Zum Beispiel: Wir üben auf einen Stein eine Kraft aus, können ihn aber nicht bewegen.

2. Der Körper bewegt sich und die Kraft ist Null, oder alle Kräfte werden kompensiert (d. h. die Resultierende dieser Kräfte ist 0).
Beispiel: Bei der Bewegung durch Trägheit wird keine Arbeit verrichtet.
3. Die Kraftrichtung und die Bewegungsrichtung des Körpers stehen senkrecht zueinander.

Beispiel: Wenn sich ein Zug horizontal bewegt, hat die Schwerkraft keine Wirkung.

Arbeit kann positiv und negativ sein

1. Wenn die Richtung der Kraft und die Bewegungsrichtung des Körpers übereinstimmen, wird positive Arbeit geleistet.

Zum Beispiel: Die Schwerkraft, die auf einen herabfallenden Wassertropfen einwirkt, leistet positive Arbeit.

2. Wenn die Kraft- und Bewegungsrichtung des Körpers entgegengesetzt ist, wird negative Arbeit geleistet.

Zum Beispiel: die Schwerkraft, die auf einen aufsteigenden Körper wirkt Ballon, leistet negative Arbeit.

Wirken mehrere Kräfte auf einen Körper, so ist die Gesamtarbeit aller Kräfte gleich der Arbeit der resultierenden Kraft.

Arbeitseinheiten

Zu Ehren des englischen Wissenschaftlers D. Joule wurde die Arbeitseinheit 1 Joule genannt.

Im Internationalen Einheitensystem (SI):
[A] = J = N m
1J = 1N 1m

Mechanische Arbeit ist gleich 1 J, wenn sich ein Körper unter dem Einfluss einer Kraft von 1 N 1 m in Richtung dieser Kraft bewegt.

Beim Fliegen von Daumen Die Hände des Mannes auf dem Index
Die Mücke funktioniert – 0,000 000 000 000 000 000 000 000 001 J.

Das menschliche Herz leistet pro Kontraktion etwa 1 J Arbeit, was der Arbeit entspricht, die beim Heben einer 10 kg schweren Last auf eine Höhe von 1 cm verrichtet wird.

Machen Sie sich an die Arbeit, Freunde!

Mechanische Arbeit. Arbeitseinheiten.

Im Alltag verstehen wir alles unter dem Begriff „Arbeit“.

Schauen wir uns Beispiele mechanischer Arbeit an.

Aus diesen Beispielen wird deutlich, dass mechanische Arbeit geleistet wird, wenn sich ein Körper unter Krafteinwirkung bewegt. Mechanische Arbeit wird auch dann verrichtet, wenn eine auf einen Körper einwirkende Kraft (z. B. Reibungskraft) die Geschwindigkeit seiner Bewegung verringert.

Also, Mechanische Arbeit wird nur verrichtet, wenn eine Kraft auf einen Körper einwirkt und er sich bewegt .

Mechanische Arbeit ist direkt proportional zur ausgeübten Kraft und direkt proportional zur zurückgelegten Strecke .

Deshalb haben wir uns darauf geeinigt, mechanische Arbeit anhand des Produkts aus Kraft und dem von dieser Kraft in dieser Richtung zurückgelegten Weg zu messen:

Arbeit = Kraft × Weg

Wo A- Arbeit, F- Kraft und S- die zurückgelegte Strecke.

Als Arbeitseinheit wird die Arbeit angesehen, die eine Kraft von 1 N auf einer Strecke von 1 m verrichtet.

Arbeitseinheit - Joule (J ) benannt nach dem englischen Wissenschaftler Joule. Daher,

1 J = 1Nm.

Auch verwendet Kilojoule (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Formel A = Fs anwendbar, wenn die Kraft F konstant und stimmt mit der Bewegungsrichtung des Körpers überein.

Stimmt die Richtung der Kraft mit der Bewegungsrichtung des Körpers überein, so leistet diese Kraft positive Arbeit.

Bewegt sich der Körper entgegen der Richtung der ausgeübten Kraft, beispielsweise der Gleitreibungskraft, so leistet diese Kraft negative Arbeit.

Wenn die Richtung der auf den Körper wirkenden Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung ist, dann leistet diese Kraft keine Arbeit, die Arbeit ist Null:

Wenn wir in Zukunft über mechanische Arbeit sprechen, werden wir sie kurz mit einem Wort bezeichnen – Arbeit.

Beispiel. Berechnen Sie die Arbeit, die beim Heben einer Granitplatte mit einem Volumen von 0,5 m3 auf eine Höhe von 20 m geleistet wird. Die Dichte von Granit beträgt 2500 kg/m3.

Gegeben:

ρ = 2500 kg/m 3

Lösung:

Also m = 2500 kg/m3 · 0,5 m3 = 1250 kg.

F = 9,8 N/kg · 1250 kg ≈ 12.250 N.

A = 12.250 N · 20 m = 245.000 J = 245 kJ.

Antwort: A =245 kJ.

Hebel.Kraft.Energie

Leistung ist gleich dem Verhältnis der Arbeit zur Zeit, in der sie verrichtet wurde.

Um die Leistung zu berechnen, müssen Sie die Arbeit durch die Zeit dividieren, in der diese Arbeit geleistet wurde. Leistung = Arbeit/Zeit.

Wo N- Leistung, A- Arbeit, T- Zeitpunkt der abgeschlossenen Arbeiten.

Leistung ist eine konstante Größe, wenn jede Sekunde die gleiche Arbeit geleistet wird; in anderen Fällen das Verhältnis Bei bestimmt die durchschnittliche Leistung:

N Durchschnitt = Bei . Als Leistungseinheit wird die Leistung angenommen, mit der J Arbeit in 1 s verrichtet wird.

Diese Einheit heißt Watt ( W) zu Ehren eines anderen englischen Wissenschaftlers, Watt.

1 Watt = 1 Joule/1 Sekunde, oder 1 W = 1 J/s.

Watt (Joule pro Sekunde) - W (1 J/s).

Größere Leistungseinheiten werden in der Technik häufig verwendet - Kilowatt (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

Beispiel. Ermitteln Sie die Kraft des Wasserstroms, der durch den Damm fließt, wenn die Fallhöhe des Wasserfalls 25 m beträgt und seine Durchflussrate 120 m3 pro Minute beträgt.

Gegeben:

ρ = 1000 kg/m3

Lösung:

Masse des fallenden Wassers: m = ρV,

m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120.000 kg (12 104 kg).

Die auf Wasser wirkende Schwerkraft:

F = 9,8 m/s2 120.000 kg ≈ 1.200.000 N (12.105 N)

Verrichtete Arbeit pro Durchfluss pro Minute:

A - 1.200.000 N · 25 m = 30.000.000 J (3 · 107 J).

Strömungsleistung: N = A/t,

N = 30.000.000 J / 60 s = 500.000 W = 0,5 MW.

Antwort: N = 0,5 MW.

Verschiedene Motoren haben Leistungen von Hundertstel und Zehntel Kilowatt (Motor eines Elektrorasierers, einer Nähmaschine) bis hin zu Hunderttausenden Kilowatt (Wasser- und Dampfturbinen).

Tabelle 5.

Leistung einiger Motoren, kW.

Jeder Motor verfügt über ein Schild (Motorpass), auf dem einige Informationen über den Motor, einschließlich seiner Leistung, angegeben sind.

Aus der Formel N = A/t folgt das

Um die Arbeit zu berechnen, ist es notwendig, die Leistung mit der Zeit zu multiplizieren, in der diese Arbeit verrichtet wurde.

Beispiel. Der Raumventilatormotor hat eine Leistung von 35 Watt. Wie viel Arbeit erledigt er in 10 Minuten?

Schreiben wir die Bedingungen des Problems auf und lösen es.

Gegeben:

Lösung:

A = 35 W * 600s = 21.000 W * s = 21.000 J = 21 kJ.

Antwort A= 21 kJ.

Einfache Mechanismen.

Seit jeher nutzt der Mensch verschiedene Geräte, um mechanische Arbeit zu verrichten.

Jeder weiß, dass ein schwerer Gegenstand (ein Stein, ein Schrank, eine Werkzeugmaschine), der nicht von Hand bewegt werden kann, mit Hilfe eines ausreichend langen Stocks – eines Hebels – bewegt werden kann.

Derzeit geht man davon aus, dass vor dreitausend Jahren beim Bau der Pyramiden im alten Ägypten schwere Steinplatten mit Hilfe von Hebeln bewegt und in große Höhen gehoben wurden.

Geräte zur Kraftumwandlung werden genannt Mechanismen .

Hebel. Kräftegleichgewicht am Hebel.

Betrachten wir den einfachsten und gebräuchlichsten Mechanismus – den Hebel.

Ein Hebel ist ein starrer Körper, der sich um einen festen Träger drehen kann.

Der kürzeste Abstand zwischen dem Drehpunkt und der Geraden, entlang derer die Kraft auf den Hebel wirkt, wird Kraftarm genannt.

Um den Arm der Kraft zu finden, müssen Sie die Senkrechte vom Drehpunkt zur Wirkungslinie der Kraft absenken.

Basierend auf solchen Experimenten wurde die Bedingung (Regel) des Hebelgleichgewichts festgestellt.

Ein Hebel befindet sich im Gleichgewicht, wenn die auf ihn wirkenden Kräfte umgekehrt proportional zu den Armen dieser Kräfte sind.

Diese Regel kann als Formel geschrieben werden:

F 1/F 2 = l 2/ l 1 ,

Wo F 1Und F 2 - auf den Hebel wirkende Kräfte, l 1Und l 2 , - die Schultern dieser Kräfte (siehe Abbildung).

Schreiben wir die Bedingungen des Problems auf und lösen es.

Gegeben:

Lösung:

Gemäß der Hebelgleichgewichtsregel ist F1/F2 = l2/l1, woraus F1 = F2 · l2/l1, wobei F2 = P das Gewicht des Steins ist. Steingewicht asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Dann ist F1 = 2400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Antwort: F1 = 600 N.

Moment der Macht.

Sie kennen bereits die Regel des Hebelgleichgewichts:

F 1 / F 2 = l 2 / l 1 ,

Unter Verwendung der Proportionalitätseigenschaft (das Produkt seiner äußersten Glieder ist gleich dem Produkt seiner mittleren Glieder) schreiben wir es in dieser Form:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Auf der linken Seite der Gleichung steht das Produkt der Kraft F 1 auf ihrer Schulter l 1 und rechts das Kraftprodukt F 2 auf ihrer Schulter l 2 .

Das Produkt aus dem Modul der Kraft, die den Körper und seine Schulter dreht, heißt Moment der Kraft; es wird mit dem Buchstaben M bezeichnet. Das bedeutet

Diese Regel heißt Regel der Momente , kann als Formel geschrieben werden:

M1 = M2

Das Kraftmoment kann wie jede physikalische Größe gemessen werden. Als Einheit des Kraftmoments wird ein Kraftmoment von 1 N angenommen, dessen Arm genau 1 m beträgt.

Diese Einheit heißt Newtonmeter (Nm).

Hebel in Technik, Alltag und Natur.

Viele Maschinen haben unterschiedliche Arten von Hebeln. Der Griff einer Nähmaschine, die Pedale oder Handbremse eines Fahrrads, die Pedale eines Autos und eines Traktors sowie die Tasten eines Klaviers sind Beispiele für Hebel, die in diesen Maschinen und Werkzeugen verwendet werden.

Beispiele für die Verwendung von Hebeln sind die Griffe von Schraubstöcken und Werkbänken, der Hebel einer Bohrmaschine usw.

Auch die Waage zum Wiegen von Güterwaggons basiert auf der Hebelwirkungsregel.

Hebel kommen auch in verschiedenen Körperteilen von Tieren und Menschen vor. Dies sind zum Beispiel Arme, Beine, Kiefer. Viele Hebel können im Körper von Insekten (indem man ein Buch über Insekten und den Aufbau ihres Körpers liest), von Vögeln und im Aufbau von Pflanzen gefunden werden.

Anwendung des Gleichgewichtsgesetzes eines Hebels auf einen Block.

Block Es handelt sich um ein Rad mit einer Nut, das in einer Halterung montiert ist. Durch die Blocknut wird ein Seil, Kabel oder eine Kette geführt.

Fester Block Dabei handelt es sich um einen Block, dessen Achse feststeht und der sich beim Heben von Lasten nicht hebt oder senkt (Abb.).

F = P/2 .

Daher, Der bewegliche Block sorgt für einen zweifachen Kraftzuwachs .

Arbeitsgleichheit bei Verwendung einfacher Mechanismen. „Goldene Regel“ der Mechanik.

Die von uns betrachteten einfachen Mechanismen werden bei der Ausführung von Arbeiten verwendet, wenn es erforderlich ist, eine andere Kraft durch die Wirkung einer Kraft auszugleichen.

S 1 / S 2 = F 2 / F 1.

Wenn wir also auf den langen Arm des Hebels einwirken, gewinnen wir an Kraft, verlieren aber gleichzeitig um den gleichen Betrag.

Produkt der Kraft F auf dem Weg S es gibt Arbeit. Unsere Experimente zeigen, dass die Arbeit der auf den Hebel ausgeübten Kräfte einander gleich ist:

F 1 S 1 = F 2 S 2, d.h. A 1 = A 2.

Also, Wenn Sie Hebelwirkung einsetzen, werden Sie bei der Arbeit nicht gewinnen können.

Es gibt eine Legende, dass Archimedes, erfreut über die Entdeckung der Hebelwirkungsregel, ausrief: „Gib mir einen Drehpunkt und ich werde die Erde umdrehen!“

Ein stationärer Block bringt keinen Arbeitsgewinn, was experimentell leicht zu überprüfen ist (siehe Abbildung). Wege, die von den Angriffspunkten der Kräfte zurückgelegt werden F Und F, sind gleich, die Kräfte sind gleich, was bedeutet, dass die Arbeit gleich ist.

Daher, Wenn sie einen zweifachen Kraftzuwachs erzielen, verlieren sie unterwegs einen zweifachen Kraftzuwachs, daher bringt der bewegliche Block keinen Arbeitsgewinn.

Das hat die jahrhundertealte Praxis gezeigt Keiner der Mechanismen bringt einen Leistungsgewinn. Sie nutzen verschiedene Mechanismen, um je nach Arbeitsbedingungen an Kraft oder Fahrt zu gewinnen.

Effizienz des Mechanismus.

Bei der Konstruktion und Wirkungsweise des Hebels haben wir weder die Reibung noch das Gewicht des Hebels berücksichtigt. Unter diesen idealen Bedingungen ist die von der ausgeübten Kraft geleistete Arbeit (wir nennen sie Arbeit). voll), ist gleich nützlich Arbeiten am Heben von Lasten oder Überwinden von Widerständen.

In der Praxis ist die von einem Mechanismus geleistete Gesamtarbeit immer etwas größer als die Nutzarbeit.

Ein Teil der Arbeit wird gegen die Reibungskraft im Mechanismus und durch die Bewegung seiner einzelnen Teile geleistet. Wenn Sie also einen beweglichen Block verwenden, müssen Sie zusätzlich Arbeit leisten, um den Block selbst und das Seil anzuheben und die Reibungskraft in der Achse des Blocks zu bestimmen.

Hoch< Аз или Ап / Аз < 1.

Das Verhältnis der Nutzarbeit zur Gesamtarbeit wird als Effizienz des Mechanismus bezeichnet.

Der Effizienzfaktor wird als Effizienz abgekürzt.

Effizienz = Ap / Az.

Der Wirkungsgrad wird üblicherweise in Prozent ausgedrückt und mit dem griechischen Buchstaben η, gelesen als „eta“, angegeben:

η = Ap / Az · 100 %.

Beispiel: Eine 100 kg schwere Last hängt am kurzen Arm eines Hebels. Zum Anheben wird eine Kraft von 250 N auf den langen Arm ausgeübt. Die Last wird auf eine Höhe von h1 = 0,08 m angehoben, während der Angriffspunkt der Antriebskraft auf eine Höhe von h2 = 0,4 m sinkt Effizienz des Hebels.

Schreiben wir die Bedingungen des Problems auf und lösen es.

Gegeben :

Lösung :

η = Ap / Az · 100 %.

Gesamte (aufgewandte) Arbeit Az = Fh2.

Nutzarbeit Ap = Рh1

P = 9,8 100 kg ≈ 1000 N.

Ap = 1000 N · 0,08 = 80 J.

Az = 250 N · 0,4 m = 100 J.

η = 80 J/100 J 100 % = 80 %.

Antwort : η = 80 %.

Aber auch in diesem Fall gilt die „goldene Regel“. Ein Teil der Nutzarbeit – 20 % davon – wird für die Überwindung der Reibung in der Hebelachse und des Luftwiderstands sowie für die Bewegung des Hebels selbst aufgewendet.

Energie.

In Fabriken und Fabriken werden Maschinen und Maschinen durch Elektromotoren angetrieben, die elektrische Energie verbrauchen (daher der Name).

Eine zusammengedrückte Feder (Abb.) verrichtet im ausgestreckten Zustand ihre Arbeit, hebt eine Last auf eine bestimmte Höhe oder bewegt einen Wagen.

Eine stationäre Last, die über den Boden gehoben wird, verrichtet keine Arbeit, wenn diese Last jedoch herunterfällt, kann sie Arbeit verrichten (z. B. kann sie einen Pfahl in den Boden rammen).

Jeder sich bewegende Körper hat die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. So bewegt eine Stahlkugel A (Abb.), die von einer schiefen Ebene herabrollt und auf einen Holzblock B trifft, diesen um eine bestimmte Strecke. Gleichzeitig wird gearbeitet.

Wenn ein Körper oder mehrere interagierende Körper (ein System von Körpern) Arbeit verrichten können, spricht man von Energie.

Je mehr Arbeit ein Körper leisten kann, desto mehr Energie hat er.

Wenn Arbeit verrichtet wird, verändert sich die Energie der Körper. Die geleistete Arbeit entspricht der Energieänderung.

Potenzielle und kinetische Energie.

Potenzial (von lat. Potenz - Möglichkeit) Energie ist die Energie, die durch die relative Position interagierender Körper und Teile desselben Körpers bestimmt wird.

A = Fh,

Wo F- Schwerkraft.

Das bedeutet, dass die potentielle Energie En gleich ist:

E = Fh, oder E = gmh,

Wo G- Beschleunigung im freien Fall, M- Körpergewicht, H- die Höhe, auf die der Körper angehoben wird.