Η μηχανική εργασία είναι ίση. Φόρμουλα εργασίας

Αφήστε το σώμα, στο οποίο ασκείται μια δύναμη, να περάσει, κινούμενο κατά μήκος μιας συγκεκριμένης τροχιάς, μιας διαδρομής s. Σε αυτή την περίπτωση, η δύναμη είτε αλλάζει την ταχύτητα του σώματος, δίνοντάς του επιτάχυνση, είτε αντισταθμίζει τη δράση μιας άλλης δύναμης (ή δυνάμεων) που αντιτίθενται στην κίνηση. Η δράση στο μονοπάτι s χαρακτηρίζεται από μια ποσότητα που ονομάζεται έργο.

Το μηχανικό έργο είναι ένα βαθμωτό μέγεθος ίσο με το γινόμενο της προβολής της δύναμης στην κατεύθυνση της κίνησης Fs και της διαδρομής s που διανύεται από το σημείο εφαρμογής της δύναμης (Εικ. 22):

A = Fs*s.(56)

Η έκφραση (56) ισχύει εάν το μέγεθος της προβολής της δύναμης Fs στην κατεύθυνση της κίνησης (δηλαδή, στην κατεύθυνση της ταχύτητας) παραμένει αμετάβλητο όλη την ώρα. Συγκεκριμένα, αυτό συμβαίνει όταν το σώμα κινείται ευθύγραμμα και μια δύναμη σταθερού μεγέθους σχηματίζει σταθερή γωνία α με την κατεύθυνση της κίνησης. Εφόσον Fs = F * cos(α), η έκφραση (47) μπορεί να δοθεί η ακόλουθη μορφή:

A = F * s * cos(α).

Αν είναι το διάνυσμα μετατόπισης, τότε το έργο υπολογίζεται ως το βαθμωτό γινόμενο δύο διανυσμάτων και:

. (57)

Το έργο είναι ένα αλγεβρικό μέγεθος. Εάν η δύναμη και η κατεύθυνση της κίνησης σχηματίζουν οξεία γωνία (cos(α) > 0), το έργο είναι θετικό. Αν η γωνία α είναι αμβλεία (cos(α)< 0), работа отрицательна. При α = π/2 работа равна нулю. Последнее обстоятельство особенно отчетливо показывает, что понятие работы в механике существенно отличается от обыденного представления о работе. В обыденном понимании всякое усилие, в частности и мускульное напряжение, всегда сопровождается совершением работы. Например, для того чтобы держать тяжелый груз, стоя неподвижно, а тем более для того, чтобы перенести этот груз по горизонтальному пути, носильщик затрачивает много усилий, т. е. «совершает работу». Однако это – «физиологическая» работа. Механическая работа в этих случаях равна нулю.

Εργαστείτε όταν κινείστε με δύναμη

Εάν το μέγεθος της προβολής της δύναμης στην κατεύθυνση της κίνησης δεν παραμένει σταθερό κατά τη διάρκεια της κίνησης, τότε το έργο εκφράζεται ως ολοκλήρωμα:

. (58)

Ένα ολοκλήρωμα αυτού του τύπου στα μαθηματικά ονομάζεται καμπυλόγραμμο ολοκλήρωμα κατά μήκος της τροχιάς S. Το όρισμα εδώ είναι μια διανυσματική μεταβλητή, η οποία μπορεί να αλλάξει τόσο σε μέγεθος όσο και σε κατεύθυνση. Κάτω από το ολοκλήρωμα βρίσκεται το βαθμωτό γινόμενο του διανύσματος δύναμης και του διανύσματος στοιχειώδους μετατόπισης.

Ως μονάδα εργασίας θεωρείται το έργο που εκτελείται από μια δύναμη ίση με ένα και που ενεργεί προς την κατεύθυνση της κίνησης κατά μήκος μιας διαδρομής ίσης με ένα. Στο SI Η μονάδα εργασίας είναι το τζάουλ (J), το οποίο ισούται με το έργο που εκτελείται από μια δύναμη 1 newton κατά μήκος μιας διαδρομής 1 μέτρου:

1J = 1N * 1m.

Στο CGS, η μονάδα εργασίας είναι το erg, ίσο με το έργο που εκτελείται από μια δύναμη 1 dyne κατά μήκος μιας διαδρομής 1 εκατοστού. 1J = 10 7 eg.

Μερικές φορές χρησιμοποιείται το μη συστημικό μοναδιαίο χιλιόμετρο (kg*m). Αυτό είναι το έργο που γίνεται από μια δύναμη 1 kg κατά μήκος μιας διαδρομής 1 μέτρου. 1 kg*m = 9,81 J.

Το μηχανικό έργο είναι ένα ενεργειακό χαρακτηριστικό της κίνησης των φυσικών σωμάτων, το οποίο έχει βαθμωτή μορφή. Είναι ίσο με το μέτρο της δύναμης που ασκεί το σώμα, πολλαπλασιασμένο με το μέτρο της μετατόπισης που προκαλεί η δύναμη αυτή και με το συνημίτονο της μεταξύ τους γωνίας.

Formula 1 - Μηχανική εργασία.

F - Δύναμη που ενεργεί στο σώμα.

s - Κίνηση σώματος.

cosa - συνημίτονο της γωνίας μεταξύ δύναμης και μετατόπισης.

Αυτή η φόρμουλα έχει μια γενική μορφή. Αν η γωνία μεταξύ της ασκούμενης δύναμης και της μετατόπισης είναι μηδέν, τότε το συνημίτονο είναι ίσο με 1. Κατά συνέπεια, το έργο θα είναι ίσο μόνο με το γινόμενο της δύναμης και της μετατόπισης. Με απλά λόγια, εάν ένα σώμα κινείται προς την κατεύθυνση εφαρμογής της δύναμης, τότε το μηχανικό έργο είναι ίσο με το γινόμενο δύναμης και μετατόπισης.

Η δεύτερη ειδική περίπτωση είναι όταν η γωνία μεταξύ της δύναμης που ασκεί στο σώμα και της μετατόπισής του είναι 90 μοίρες. Σε αυτή την περίπτωση, το συνημίτονο των 90 μοιρών είναι ίσο με μηδέν, άρα το έργο θα είναι ίσο με μηδέν. Και πράγματι, αυτό που συμβαίνει είναι ότι ασκούμε δύναμη προς μία κατεύθυνση, και το σώμα κινείται κάθετα προς αυτήν. Δηλαδή, το σώμα σαφώς δεν κινείται υπό την επίδραση της δύναμης μας. Έτσι, το έργο που κάνει η δύναμή μας για να κινήσουμε το σώμα είναι μηδέν.

Εικόνα 1 - Έργο των δυνάμεων κατά την κίνηση ενός σώματος.

Εάν σε ένα σώμα ασκούνται περισσότερες από μία δυνάμεις, τότε υπολογίζεται η συνολική δύναμη που ασκείται στο σώμα. Και μετά αντικαθίσταται στον τύπο ως η μόνη δύναμη. Ένα σώμα υπό την επίδραση δύναμης μπορεί να κινηθεί όχι μόνο ευθύγραμμα, αλλά και κατά μήκος μιας αυθαίρετης τροχιάς. Σε αυτή την περίπτωση, το έργο υπολογίζεται για ένα μικρό τμήμα κίνησης, το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ευθύγραμμο και στη συνέχεια συνοψίζεται σε ολόκληρη τη διαδρομή.

Η εργασία μπορεί να είναι θετική και αρνητική. Δηλαδή, εάν η μετατόπιση και η δύναμη συμπίπτουν στην κατεύθυνση, τότε το έργο είναι θετικό. Και αν ασκηθεί δύναμη προς μια κατεύθυνση και το σώμα κινηθεί προς μια άλλη, τότε το έργο θα είναι αρνητικό. Ένα παράδειγμα αρνητικής εργασίας είναι το έργο μιας δύναμης τριβής. Εφόσον η δύναμη τριβής κατευθύνεται αντίθετα προς την κίνηση. Φανταστείτε ένα σώμα να κινείται κατά μήκος ενός αεροπλάνου. Μια δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα το ωθεί προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Αυτή η δύναμη κάνει θετική δουλειά για να κινήσει το σώμα. Αλλά ταυτόχρονα, η δύναμη τριβής κάνει αρνητικό έργο. Επιβραδύνει την κίνηση του σώματος και κατευθύνεται προς την κίνησή του.

Εικόνα 2 - Δύναμη κίνησης και τριβής.

Η μηχανική εργασία μετριέται σε Joules. Ένα Joule είναι το έργο που εκτελείται από μια δύναμη ενός Newton όταν μετακινείται ένα σώμα κατά ένα μέτρο. Εκτός από την κατεύθυνση κίνησης του σώματος, μπορεί να αλλάξει και το μέγεθος της ασκούμενης δύναμης. Για παράδειγμα, όταν ένα ελατήριο συμπιέζεται, η δύναμη που εφαρμόζεται σε αυτό θα αυξάνεται ανάλογα με την απόσταση που διανύεται. Σε αυτή την περίπτωση, η εργασία υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο.

Formula 2 - Εργασία συμπίεσης ελατηρίου.

k είναι η ακαμψία του ελατηρίου.

x - κινούμενη συντεταγμένη.

Οι πάντες ξέρουν. Ακόμα και τα παιδιά δουλεύουν, στο νηπιαγωγείο - ως νήπια. Ωστόσο, η γενικά αποδεκτή, καθημερινή ιδέα απέχει πολύ από το να είναι ίδια με την έννοια της μηχανικής εργασίας στη φυσική. Για παράδειγμα, ένας άντρας στέκεται και κρατά μια τσάντα στα χέρια του. Με τη συνήθη έννοια, λειτουργεί κρατώντας ένα φορτίο. Ωστόσο, από τη σκοπιά της φυσικής, δεν κάνει τίποτα τέτοιο. Τι συμβαίνει?

Εφόσον προκύπτουν τέτοια ερωτήματα, ήρθε η ώρα να θυμηθούμε τον ορισμό. Όταν ασκείται δύναμη σε ένα αντικείμενο και το σώμα κινείται υπό τη δράση του, εκτελείται μηχανική εργασία. Αυτή η τιμή είναι ανάλογη με τη διαδρομή που διανύει το σώμα και τη δύναμη που εφαρμόζεται. Υπάρχει επίσης μια πρόσθετη εξάρτηση από την κατεύθυνση εφαρμογής της δύναμης και την κατεύθυνση κίνησης του σώματος.

Έτσι, εισαγάγαμε μια τέτοια έννοια ως μηχανική εργασία. Η φυσική το ορίζει ως το γινόμενο του μεγέθους της δύναμης και της μετατόπισης, πολλαπλασιαζόμενο με την τιμή του συνημιτόνου της γωνίας, που υπάρχει στη γενικότερη περίπτωση μεταξύ τους. Ως παράδειγμα, μπορούμε να εξετάσουμε αρκετές περιπτώσεις που θα μας επιτρέψουν να κατανοήσουμε καλύτερα τι σημαίνει αυτό.

Πότε δεν εκτελούνται μηχανικές εργασίες; Το φορτηγό στέκεται εκεί, το σπρώχνουμε, αλλά δεν κινείται. Η δύναμη εφαρμόζεται, αλλά δεν υπάρχει κίνηση. Η δουλειά που έγινε είναι μηδενική. Εδώ είναι ένα άλλο παράδειγμα - μια μητέρα μεταφέρει ένα παιδί σε ένα καρότσι, σε αυτήν την περίπτωση γίνεται δουλειά, εφαρμόζεται δύναμη, το καρότσι κινείται. Η διαφορά στις δύο περιγραφόμενες περιπτώσεις είναι η παρουσία κίνησης. Και ανάλογα, η δουλειά γίνεται (π.χ. με καρότσι) ή δεν γίνεται (π.χ. με φορτηγό).

Μια άλλη περίπτωση - ένα αγόρι με ποδήλατο επιτάχυνε και κυλάει ήρεμα κατά μήκος του μονοπατιού, χωρίς να γυρίσει τα πεντάλ. Η δουλειά γίνεται; Όχι, αν και υπάρχει κίνηση, δεν ασκείται δύναμη, η κίνηση πραγματοποιείται με αδράνεια.

Ένα άλλο παράδειγμα είναι ένα άλογο που τραβάει ένα κάρο, με έναν οδηγό να κάθεται σε αυτό. Δουλεύει; Υπάρχει κίνηση, ασκείται δύναμη (το βάρος του οδηγού επιδρά στο καρότσι), αλλά η εργασία δεν εκτελείται. Η γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης κίνησης και της κατεύθυνσης της δύναμης είναι 90 μοίρες και το συνημίτονο μιας γωνίας 90° είναι μηδέν.

Τα παραπάνω παραδείγματα καθιστούν σαφές ότι η μηχανική εργασία δεν είναι απλώς το προϊόν δύο ποσοτήτων. Πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη τον τρόπο με τον οποίο κατευθύνονται αυτές οι ποσότητες. Εάν η κατεύθυνση της κίνησης και η κατεύθυνση της δράσης της δύναμης συμπίπτουν, τότε το αποτέλεσμα θα είναι θετικό, εάν η κατεύθυνση της κίνησης εμφανίζεται αντίθετη από την κατεύθυνση εφαρμογής της δύναμης, τότε το αποτέλεσμα θα είναι αρνητικό (για παράδειγμα, η εργασία που έγινε από τη δύναμη τριβής κατά τη μετακίνηση ενός φορτίου).

Επιπλέον, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η δύναμη που ασκείται στο σώμα μπορεί να είναι αποτέλεσμα πολλών δυνάμεων. Αν συμβαίνει αυτό, τότε το έργο που γίνεται από όλες τις δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα είναι ίσο με το έργο που εκτελείται από τη δύναμη που προκύπτει. Η εργασία μετριέται σε joules. Ένα τζάουλ ισούται με το έργο που εκτελείται από μια δύναμη ενός Newton όταν μετακινείται ένα σώμα κατά ένα μέτρο.

Από τα παραδείγματα που εξετάστηκαν, μπορεί να εξαχθεί ένα εξαιρετικά ενδιαφέρον συμπέρασμα. Όταν κοιτάξαμε τον οδηγό στο καρότσι, διαπιστώσαμε ότι δεν έκανε δουλειά. Η εργασία γίνεται στο οριζόντιο επίπεδο γιατί εκεί συμβαίνει η κίνηση. Αλλά η κατάσταση αλλάζει λίγο όταν σκεφτόμαστε έναν πεζό.

Όταν περπατά, το κέντρο βάρους ενός ατόμου δεν παραμένει ακίνητο, κινείται σε κατακόρυφο επίπεδο και, επομένως, λειτουργεί. Και δεδομένου ότι η κίνηση στρέφεται ενάντια, η εργασία θα συμβεί ενάντια στην κατεύθυνση της δράσης Ακόμα κι αν η κίνηση είναι μικρή, αλλά κατά τη διάρκεια του μακροχρόνιου περπατήματος το σώμα θα πρέπει να κάνει πρόσθετη εργασία. Άρα το σωστό βάδισμα μειώνει αυτή την επιπλέον εργασία και μειώνει την κούραση.

Έχοντας αναλύσει πολλές απλές καταστάσεις ζωής, επιλεγμένες ως παραδείγματα και χρησιμοποιώντας τη γνώση του τι είναι η μηχανική εργασία, εξετάσαμε τις κύριες καταστάσεις της εκδήλωσής της, καθώς και πότε και τι είδους εργασία εκτελείται. Καθορίσαμε ότι η έννοια της εργασίας στην καθημερινή ζωή και στη φυσική έχει διαφορετική φύση. Και διαπίστωσαν μέσω της εφαρμογής των φυσικών νόμων ότι το λανθασμένο βάδισμα προκαλεί επιπλέον κόπωση.

Μία από τις πιο σημαντικές έννοιες στη μηχανική είναι έργο δύναμης .

Έργο δύναμης

Όλα τα φυσικά σώματα στον κόσμο γύρω μας τίθενται σε κίνηση με τη βία. Εάν ένα κινούμενο σώμα στην ίδια ή αντίθετη κατεύθυνση ασκείται από μια δύναμη ή πολλές δυνάμεις από ένα ή περισσότερα σώματα, τότε λέγεται ότι γίνονται εργασίες .

Δηλαδή, η μηχανική εργασία εκτελείται από μια δύναμη που ασκεί το σώμα. Έτσι, η ελκτική δύναμη μιας ηλεκτρικής ατμομηχανής θέτει ολόκληρο το τρένο σε κίνηση, εκτελώντας έτσι μηχανική εργασία. Το ποδήλατο οδηγείται από τη μυϊκή δύναμη των ποδιών του ποδηλάτη. Κατά συνέπεια, αυτή η δύναμη κάνει και μηχανική εργασία.

Στη φυσική έργο δύναμης καλούμε ένα φυσικό μέγεθος ίσο με το γινόμενο του συντελεστή δύναμης, του συντελεστή μετατόπισης του σημείου εφαρμογής της δύναμης και του συνημιτόνου της γωνίας μεταξύ των διανυσμάτων δύναμης και μετατόπισης.

A = F s cos (F, s) ,

Οπου φά μονάδα δύναμης,

s – μονάδα ταξιδιού .

Η εργασία γίνεται πάντα εάν η γωνία μεταξύ των ανέμων δύναμης και μετατόπισης δεν είναι μηδέν. Εάν η δύναμη ενεργεί προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κατεύθυνση της κίνησης, η ποσότητα εργασίας είναι αρνητική.

Δεν γίνεται καμία εργασία εάν δεν ασκούνται δυνάμεις στο σώμα ή εάν η γωνία μεταξύ της ασκούμενης δύναμης και της κατεύθυνσης κίνησης είναι 90 o (cos 90 o = 0).

Εάν ένα άλογο τραβήξει ένα κάρο, τότε η μυϊκή δύναμη του αλόγου, ή η δύναμη έλξης που κατευθύνεται κατά μήκος της κατεύθυνσης της κίνησης του καροτσιού, λειτουργεί. Όμως η δύναμη της βαρύτητας με την οποία ο οδηγός πιέζει το καρότσι δεν λειτουργεί, αφού κατευθύνεται προς τα κάτω, κάθετα προς την κατεύθυνση της κίνησης.

Το έργο της δύναμης είναι ένα βαθμωτό μέγεθος.

Μονάδα εργασίας στο σύστημα μέτρησης SI - joule. 1 joule είναι το έργο που εκτελείται από μια δύναμη 1 newton σε απόσταση 1 m εάν οι κατευθύνσεις της δύναμης και της μετατόπισης συμπίπτουν.

Εάν σε ένα σώμα ή σε ένα υλικό σημείο δρουν πολλές δυνάμεις, τότε μιλάμε για το έργο που επιτελείται από τη δύναμη που προκύπτει.

Εάν η εφαρμοζόμενη δύναμη δεν είναι σταθερή, τότε το έργο της υπολογίζεται ως ολοκλήρωμα:

Εξουσία

Η δύναμη που κινεί ένα σώμα κάνει μηχανική εργασία. Αλλά πώς γίνεται αυτή η δουλειά, γρήγορα ή αργά, μερικές φορές είναι πολύ σημαντικό να το γνωρίζουμε στην πράξη. Άλλωστε το ίδιο έργο μπορεί να ολοκληρωθεί σε διαφορετικούς χρόνους. Η δουλειά που κάνει ένας μεγάλος ηλεκτροκινητήρας μπορεί να γίνει από έναν μικρό κινητήρα. Αλλά θα χρειαστεί πολύ περισσότερο χρόνο για αυτό.

Στη μηχανική, υπάρχει μια ποσότητα που χαρακτηρίζει την ταχύτητα της εργασίας. Αυτή η ποσότητα ονομάζεται εξουσία.

Η ισχύς είναι ο λόγος της εργασίας που εκτελείται σε μια ορισμένη χρονική περίοδο προς την αξία αυτής της περιόδου.

Ν= A /∆ t

Α-πριό Α = φά μικρό cos α , ΕΝΑ s/∆ t = v , ως εκ τούτου

Ν= φά v cos α = φά v ,

Οπου φά - δύναμη, v Ταχύτητα, α – η γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης της δύναμης και της κατεύθυνσης της ταχύτητας.

Αυτό είναι εξουσία - αυτό είναι το βαθμωτό γινόμενο του διανύσματος δύναμης και του διανύσματος ταχύτητας του σώματος.

Στο διεθνές σύστημα SI, η ισχύς μετριέται σε watt (W).

1 watt ισχύος είναι 1 joule (J) εργασίας που γίνεται σε 1 δευτερόλεπτο (s).

Η ισχύς μπορεί να αυξηθεί αυξάνοντας τη δύναμη που λειτουργεί ή τον ρυθμό με τον οποίο γίνεται αυτή η εργασία.

Μηχανολογικές εργασίες. Μονάδες εργασίας.

Στην καθημερινή ζωή καταλαβαίνουμε τα πάντα με την έννοια της «εργασίας».

Στη φυσική, η έννοια Δουλειάκάπως διαφορετικό. Είναι ένα καθορισμένο φυσικό μέγεθος, που σημαίνει ότι μπορεί να μετρηθεί. Στη φυσική μελετάται κυρίως μηχανική εργασία .

Ας δούμε παραδείγματα μηχανικής εργασίας.

Το τρένο κινείται υπό την ελκτική δύναμη μιας ηλεκτρικής ατμομηχανής και εκτελείται μηχανική εργασία. Όταν εκτοξεύεται ένα όπλο, η δύναμη πίεσης των αερίων σκόνης λειτουργεί - μετακινεί τη σφαίρα κατά μήκος της κάννης και η ταχύτητα της σφαίρας αυξάνεται.

Από αυτά τα παραδείγματα είναι σαφές ότι η μηχανική εργασία εκτελείται όταν ένα σώμα κινείται υπό την επίδραση δύναμης. Η μηχανική εργασία εκτελείται επίσης στην περίπτωση που μια δύναμη που ασκεί ένα σώμα (για παράδειγμα, δύναμη τριβής) μειώνει την ταχύτητα της κίνησής του.

Θέλοντας να μετακινήσουμε το ντουλάπι, το πιέζουμε δυνατά, αλλά αν δεν κουνηθεί, τότε δεν κάνουμε μηχανικές εργασίες. Μπορεί κανείς να φανταστεί μια περίπτωση όταν ένα σώμα κινείται χωρίς τη συμμετοχή δυνάμεων (σε αυτή την περίπτωση, δεν εκτελείται επίσης μηχανική εργασία).

Ετσι, μηχανική εργασία γίνεται μόνο όταν ασκείται δύναμη σε ένα σώμα και αυτό κινείται .

Δεν είναι δύσκολο να καταλάβουμε ότι όσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη που ασκείται στο σώμα και όσο μεγαλύτερη είναι η διαδρομή που διανύει το σώμα υπό την επίδραση αυτής της δύναμης, τόσο μεγαλύτερη είναι η εργασία που γίνεται.

Η μηχανική εργασία είναι ευθέως ανάλογη με τη δύναμη που εφαρμόζεται και ευθέως ανάλογη με τη διανυθείσα απόσταση .

Επομένως, συμφωνήσαμε να μετρήσουμε το μηχανικό έργο με το γινόμενο της δύναμης και τη διαδρομή που διανύθηκε κατά μήκος αυτής της κατεύθυνσης αυτής της δύναμης:

έργο = δύναμη × διαδρομή

Οπου ΕΝΑ- Δουλειά, φά- δύναμη και μικρό- διανυθείσα απόσταση.

Ως μονάδα εργασίας θεωρείται το έργο που εκτελείται από μια δύναμη 1Ν σε μια διαδρομή 1 m.

Ενότητα εργασίας - μονάδα ενέργειας ή έργου (J ) πήρε το όνομά του από τον Άγγλο επιστήμονα Joule. Ετσι,

1 J = 1 N m.

Χρησιμοποιείται επίσης χιλιοτζούλες (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Τύπος A = Fsισχύει όταν η δύναμη φάσταθερό και συμπίπτει με την κατεύθυνση κίνησης του σώματος.

Αν η κατεύθυνση της δύναμης συμπίπτει με την κατεύθυνση κίνησης του σώματος, τότε αυτή η δύναμη κάνει θετική δουλειά.

Εάν το σώμα κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κατεύθυνση της ασκούμενης δύναμης, για παράδειγμα, η δύναμη τριβής ολίσθησης, τότε αυτή η δύναμη λειτουργεί αρνητικά.

Εάν η κατεύθυνση της δύναμης που ασκεί το σώμα είναι κάθετη προς την κατεύθυνση της κίνησης, τότε αυτή η δύναμη δεν κάνει κανένα έργο, το έργο είναι μηδέν:

Στο μέλλον, μιλώντας για μηχανικές εργασίες, θα το ονομάσουμε εν συντομία με μια λέξη - εργασία.

Παράδειγμα. Υπολογίστε την εργασία που γίνεται κατά την ανύψωση πλάκας γρανίτη με όγκο 0,5 m3 σε ύψος 20 m. Η πυκνότητα του γρανίτη είναι 2500 kg/m3.

Δεδομένος:

ρ = 2500 kg/m 3

Λύση:

όπου F είναι η δύναμη που πρέπει να ασκηθεί για την ομοιόμορφη ανύψωση της πλάκας. Αυτή η δύναμη είναι ίση σε συντελεστή με τη δύναμη Fstrand που ενεργεί στην πλάκα, δηλαδή F = Fstrand. Και η δύναμη της βαρύτητας μπορεί να προσδιοριστεί από τη μάζα της πλάκας: Fweight = gm. Ας υπολογίσουμε τη μάζα της πλάκας, γνωρίζοντας τον όγκο της και την πυκνότητα του γρανίτη: m = ρV; s = h, δηλαδή η διαδρομή είναι ίση με το ύψος ανύψωσης.

Άρα, 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.

Απάντηση: A =245 kJ.

Μοχλοί.Δύναμη.Ενέργεια

Διαφορετικοί κινητήρες απαιτούν διαφορετικούς χρόνους για να ολοκληρώσουν την ίδια εργασία. Για παράδειγμα, ένας γερανός σε ένα εργοτάξιο σηκώνει εκατοντάδες τούβλα στον τελευταίο όροφο ενός κτιρίου μέσα σε λίγα λεπτά. Εάν αυτά τα τούβλα μετακινούνταν από έναν εργάτη, θα του έπαιρνε αρκετές ώρες για να το κάνει. Ενα άλλο παράδειγμα. Ένα άλογο μπορεί να οργώσει ένα εκτάριο γης σε 10-12 ώρες, ενώ ένα τρακτέρ με άροτρο πολλαπλών μερίδων ( υνίο- μέρος του αλέτρι που κόβει το στρώμα της γης από κάτω και το μεταφέρει στη χωματερή. πολυάροτρο - πολλά άροτρα), η εργασία αυτή θα ολοκληρωθεί σε 40-50 λεπτά.

Είναι σαφές ότι ένας γερανός κάνει την ίδια δουλειά πιο γρήγορα από έναν εργάτη και ένα τρακτέρ κάνει την ίδια δουλειά πιο γρήγορα από ένα άλογο. Η ταχύτητα της εργασίας χαρακτηρίζεται από μια ειδική ποσότητα που ονομάζεται ισχύς.

Η ισχύς είναι ίση με την αναλογία της εργασίας προς το χρόνο κατά τον οποίο εκτελέστηκε.

Για να υπολογίσετε την ισχύ, πρέπει να διαιρέσετε την εργασία με το χρόνο κατά τον οποίο έγινε αυτή η εργασία.ισχύς = εργασία/χρόνος.

Οπου Ν- εξουσία, ΕΝΑ- Δουλειά, t- χρόνος εκτέλεσης της εργασίας.

Η ισχύς είναι μια σταθερή ποσότητα όταν η ίδια εργασία γίνεται κάθε δευτερόλεπτο σε άλλες περιπτώσεις η αναλογία Στοκαθορίζει τη μέση ισχύ:

Νμέσος = Στο . Ως μονάδα ισχύος λαμβάνεται η ισχύς με την οποία το J του έργου γίνεται σε 1 s.

Αυτή η μονάδα ονομάζεται watt ( W) προς τιμήν ενός άλλου Άγγλου επιστήμονα, του Watt.

1 watt = 1 joule/1 δευτερόλεπτο, ή 1 W = 1 J/s.

Watt (joule ανά δευτερόλεπτο) - W (1 J/s).

Οι μεγαλύτερες μονάδες ισχύος χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνολογία - κιλοβάτ (kW), μεγαβάτ (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

Παράδειγμα. Βρείτε την ισχύ της ροής του νερού που ρέει μέσα από το φράγμα εάν το ύψος της πτώσης του νερού είναι 25 m και ο ρυθμός ροής του είναι 120 m3 ανά λεπτό.

Δεδομένος:

ρ = 1000 kg/m3

Λύση:

Μάζα νερού που πέφτει: m = ρV,

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

Η βαρύτητα που δρα στο νερό:

F = 9,8 m/s2 120.000 kg ≈ 1.200.000 N (12 105 N)

Εργασία που εκτελείται με ροή ανά λεπτό:

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

Ισχύς ροής: N = A/t,

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

Απάντηση: N = 0,5 MW.

Διάφοροι κινητήρες έχουν ισχύ που κυμαίνονται από τα εκατοστά και τα δέκατα του κιλοβάτ (κινητήρας ηλεκτρικής ξυριστικής μηχανής, ραπτομηχανής) έως εκατοντάδες χιλιάδες κιλοβάτ (τουρμπίνες νερού και ατμού).

Πίνακας 5.

Ισχύς ορισμένων κινητήρων, kW.

Κάθε κινητήρας έχει μια πινακίδα (διαβατήριο κινητήρα), η οποία υποδεικνύει ορισμένες πληροφορίες για τον κινητήρα, συμπεριλαμβανομένης της ισχύος του.

Η ανθρώπινη ισχύς υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας είναι κατά μέσο όρο 70-80 W. Όταν πηδά ή τρέχει σκάλες, ένα άτομο μπορεί να αναπτύξει ισχύ έως και 730 W, και σε ορισμένες περιπτώσεις ακόμη περισσότερο.

Από τον τύπο N = A/t προκύπτει ότι

Για να υπολογίσετε το έργο, είναι απαραίτητο να πολλαπλασιάσετε την ισχύ με το χρόνο κατά τον οποίο εκτελέστηκε αυτή η εργασία.

Παράδειγμα. Ο κινητήρας ανεμιστήρα δωματίου έχει ισχύ 35 watt. Πόση δουλειά κάνει σε 10 λεπτά;

Ας γράψουμε τις συνθήκες του προβλήματος και ας το λύσουμε.

Δεδομένος:

Λύση:

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

Απάντηση ΕΝΑ= 21 kJ.

Απλοί μηχανισμοί.

Από αμνημονεύτων χρόνων, ο άνθρωπος χρησιμοποιούσε διάφορες συσκευές για την εκτέλεση μηχανικών εργασιών.

Όλοι γνωρίζουν ότι ένα βαρύ αντικείμενο (πέτρα, ντουλάπι, εργαλειομηχανή), που δεν μπορεί να μετακινηθεί με το χέρι, μπορεί να μετακινηθεί με τη βοήθεια ενός αρκετά μεγάλου ραβδιού - ενός μοχλού.

Αυτή τη στιγμή, πιστεύεται ότι με τη βοήθεια μοχλών πριν από τρεις χιλιάδες χρόνια, κατά την κατασκευή των πυραμίδων στην Αρχαία Αίγυπτο, βαριές πέτρινες πλάκες μετακινήθηκαν και ανυψώθηκαν σε μεγάλα ύψη.

Σε πολλές περιπτώσεις, αντί να σηκώνεται ένα βαρύ φορτίο σε ένα ορισμένο ύψος, μπορεί να κυληθεί ή να τραβηχτεί στο ίδιο ύψος κατά μήκος ενός κεκλιμένου επιπέδου ή να ανυψωθεί χρησιμοποιώντας μπλοκ.

Οι συσκευές που χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της δύναμης ονομάζονται μηχανισμών .

Οι απλοί μηχανισμοί περιλαμβάνουν: μοχλούς και τις ποικιλίες τους - μπλοκ, πύλη? κεκλιμένο επίπεδο και οι ποικιλίες του - σφήνα, βίδα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, απλοί μηχανισμοί χρησιμοποιούνται για να αποκτήσουν δύναμη, δηλαδή να αυξήσουν τη δύναμη που ασκεί στο σώμα αρκετές φορές.

Απλοί μηχανισμοί υπάρχουν τόσο στα οικιακά όσο και σε όλα τα πολύπλοκα βιομηχανικά και βιομηχανικά μηχανήματα που κόβουν, στρίβουν και σφραγίζουν μεγάλα φύλλα χάλυβα ή τραβούν τα καλύτερα νήματα από τα οποία κατασκευάζονται στη συνέχεια τα υφάσματα. Οι ίδιοι μηχανισμοί μπορούν να βρεθούν σε σύγχρονες πολύπλοκες αυτόματες μηχανές, μηχανές εκτύπωσης και μέτρησης.

Μοχλός βραχίονας. Ισορροπία δυνάμεων στο μοχλό.

Ας εξετάσουμε τον απλούστερο και πιο συνηθισμένο μηχανισμό - τον μοχλό.

Ο μοχλός είναι ένα άκαμπτο σώμα που μπορεί να περιστρέφεται γύρω από ένα σταθερό στήριγμα.

Οι εικόνες δείχνουν πώς ένας εργαζόμενος χρησιμοποιεί έναν λοστό ως μοχλό για να σηκώσει ένα φορτίο. Στην πρώτη περίπτωση ο εργάτης με δύναμη φάπιέζει την άκρη του λοστού σι, στο δεύτερο - ανεβάζει το τέλος σι.

Ο εργαζόμενος πρέπει να ξεπεράσει το βάρος του φορτίου Π- δύναμη κατευθυνόμενη κάθετα προς τα κάτω. Για να το κάνει αυτό, γυρίζει τον λοστό γύρω από έναν άξονα που διέρχεται από τον μοναδικό ακίνητοςτο σημείο θραύσης είναι το σημείο της υποστήριξής του ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ. Δύναμη φάμε την οποία ο εργάτης ενεργεί στο μοχλό είναι λιγότερη δύναμη Π, έτσι ο εργαζόμενος λαμβάνει κέρδος σε δύναμη. Χρησιμοποιώντας ένα μοχλό, μπορείτε να σηκώσετε ένα τόσο βαρύ φορτίο που δεν μπορείτε να το σηκώσετε μόνοι σας.

Το σχήμα δείχνει έναν μοχλό του οποίου ο άξονας περιστροφής είναι ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ(υπομόχλιο) βρίσκεται μεταξύ των σημείων εφαρμογής των δυνάμεων ΕΝΑΚαι ΣΕ. Μια άλλη εικόνα δείχνει ένα διάγραμμα αυτού του μοχλού. Και οι δύο δυνάμεις φά 1 και φά 2 που ενεργούν στο μοχλό κατευθύνονται προς μία κατεύθυνση.

Η μικρότερη απόσταση ανάμεσα στο υπομόχλιο και την ευθεία γραμμή κατά την οποία ασκείται η δύναμη στον μοχλό ονομάζεται βραχίονας δύναμης.

Το μήκος αυτής της κάθετης θα είναι ο βραχίονας αυτής της δύναμης. Το σχήμα δείχνει ότι ΟΑ- δύναμη ώμου φά 1; OB- δύναμη ώμου φά 2. Οι δυνάμεις που ασκούνται στον μοχλό μπορούν να τον περιστρέψουν γύρω από τον άξονά του προς δύο κατευθύνσεις: δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα. Ναι, δύναμη φά 1 περιστρέφει το μοχλό δεξιόστροφα και τη δύναμη φά 2 το περιστρέφει αριστερόστροφα.

Η κατάσταση υπό την οποία ο μοχλός βρίσκεται σε ισορροπία υπό την επίδραση των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτόν μπορεί να προσδιοριστεί πειραματικά. Πρέπει να θυμόμαστε ότι το αποτέλεσμα της δράσης μιας δύναμης εξαρτάται όχι μόνο από την αριθμητική της τιμή (μέτρο), αλλά και από το σημείο στο οποίο εφαρμόζεται στο σώμα ή από το πώς κατευθύνεται.

Διάφορα βάρη αιωρούνται από το μοχλό (βλ. εικόνα) και στις δύο πλευρές του υπομόχλου έτσι ώστε κάθε φορά ο μοχλός να παραμένει σε ισορροπία. Οι δυνάμεις που ασκούνται στο μοχλό είναι ίσες με τα βάρη αυτών των φορτίων. Για κάθε περίπτωση, μετρώνται οι μονάδες δύναμης και οι ώμοι τους. Από την εμπειρία που φαίνεται στο Σχήμα 154, είναι σαφές ότι η δύναμη 2 Νεξισορροπεί τη δύναμη 4 Ν. Σε αυτή την περίπτωση, όπως φαίνεται από το σχήμα, ο ώμος μικρότερης αντοχής είναι 2 φορές μεγαλύτερος από τον ώμο μεγαλύτερης αντοχής.

Με βάση τέτοια πειράματα, καθορίστηκε η συνθήκη (κανόνας) της ισορροπίας του μοχλού.

Ένας μοχλός βρίσκεται σε ισορροπία όταν οι δυνάμεις που ασκούνται σε αυτόν είναι αντιστρόφως ανάλογες με τους βραχίονες αυτών των δυνάμεων.

Αυτός ο κανόνας μπορεί να γραφτεί ως τύπος:

φά 1/φά 2 = μεγάλο 2/ μεγάλο 1 ,

Οπου φά 1Καιφά 2 - δυνάμεις που δρουν στο μοχλό, μεγάλο 1Καιμεγάλο 2 , - οι ώμοι αυτών των δυνάμεων (βλ. σχήμα).

Ο κανόνας της ισορροπίας του μοχλού καθιερώθηκε από τον Αρχιμήδη γύρω στα 287 - 212. προ ΧΡΙΣΤΟΥ μι. (αλλά στην τελευταία παράγραφο ειπώθηκε ότι οι μοχλοί χρησιμοποιήθηκαν από τους Αιγύπτιους; Ή μήπως η λέξη «κατεστημένο» παίζει σημαντικό ρόλο εδώ;)

Από αυτόν τον κανόνα προκύπτει ότι μια μικρότερη δύναμη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εξισορροπήσει μια μεγαλύτερη δύναμη χρησιμοποιώντας ένα μοχλό. Αφήστε τον ένα βραχίονα του μοχλού να είναι 3 φορές μεγαλύτερος από τον άλλο (βλ. εικόνα). Στη συνέχεια, εφαρμόζοντας μια δύναμη, για παράδειγμα, 400 N στο σημείο B, μπορείτε να σηκώσετε μια πέτρα βάρους 1200 N. Για να σηκώσετε ένα ακόμη βαρύτερο φορτίο, πρέπει να αυξήσετε το μήκος του μοχλοβραχίονα στον οποίο ενεργεί ο εργάτης.

Παράδειγμα. Χρησιμοποιώντας ένα μοχλό, ένας εργαζόμενος σηκώνει μια πλάκα βάρους 240 kg (βλ. Εικ. 149). Ποια δύναμη ασκεί στον μεγαλύτερο μοχλοβραχίονα των 2,4 m αν ο μικρότερος βραχίονας είναι 0,6 m;

Ας γράψουμε τις συνθήκες του προβλήματος και ας το λύσουμε.

Δεδομένος:

Λύση:

Σύμφωνα με τον κανόνα ισορροπίας του μοχλού, F1/F2 = l2/l1, από όπου F1 = F2 l2/l1, όπου F2 = P είναι το βάρος της πέτρας. Βάρος πέτρας asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Τότε, F1 = 2400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Απάντηση: F1 = 600 N.

Στο παράδειγμά μας, ο εργάτης υπερνικά μια δύναμη 2400 N, εφαρμόζοντας μια δύναμη 600 N στο μοχλό, αλλά σε αυτή την περίπτωση, ο βραχίονας στον οποίο ενεργεί ο εργάτης είναι 4 φορές μεγαλύτερος από αυτόν στον οποίο δρα το βάρος της πέτρας. ( μεγάλο 1 : μεγάλο 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Εφαρμόζοντας τον κανόνα της μόχλευσης, μια μικρότερη δύναμη μπορεί να εξισορροπήσει μια μεγαλύτερη δύναμη. Σε αυτή την περίπτωση, ο ώμος μικρότερης δύναμης θα πρέπει να είναι μακρύτερος από τον ώμο μεγαλύτερης αντοχής.

Στιγμή δύναμης.

Γνωρίζετε ήδη τον κανόνα της ισορροπίας του μοχλού:

φά 1 / φά 2 = μεγάλο 2 / μεγάλο 1 ,

Χρησιμοποιώντας την ιδιότητα της αναλογίας (το γινόμενο των ακραίων μελών του είναι ίσο με το γινόμενο των μεσαίων μελών του), το γράφουμε με αυτή τη μορφή:

φά 1μεγάλο 1 = φά 2 μεγάλο 2 .

Στην αριστερή πλευρά της ισότητας είναι το γινόμενο της δύναμης φά 1 στον ώμο της μεγάλο 1, και στα δεξιά - το προϊόν της δύναμης φά 2 στον ώμο της μεγάλο 2 .

Το γινόμενο του συντελεστή της δύναμης που περιστρέφει το σώμα και τον ώμο του ονομάζεται στιγμή της δύναμης; δηλώνεται με το γράμμα Μ. Αυτό σημαίνει

Ένας μοχλός βρίσκεται σε ισορροπία υπό την επίδραση δύο δυνάμεων αν η ροπή της δύναμης που τον περιστρέφει δεξιόστροφα είναι ίση με τη στιγμή της δύναμης που τον περιστρέφει αριστερόστροφα.

Αυτός ο κανόνας ονομάζεται κανόνας των στιγμών , μπορεί να γραφτεί ως τύπος:

Μ1 = Μ2

Πράγματι, στο πείραμα που εξετάσαμε (§ 56), οι δρώντες δυνάμεις ήταν ίσες με 2 N και 4 N, οι ώμοι τους αντιστοιχούσαν σε 4 και 2 πιέσεις μοχλού, δηλαδή οι ροπές αυτών των δυνάμεων είναι ίδιες όταν ο μοχλός βρίσκεται σε ισορροπία .

Η στιγμή της δύναμης, όπως κάθε φυσικό μέγεθος, μπορεί να μετρηθεί. Ως μονάδα ροπής δύναμης λαμβάνεται μια ροπή δύναμης 1 N, ο βραχίονας της οποίας είναι ακριβώς 1 m.

Αυτή η μονάδα ονομάζεται νεοτονόμετρο (N m).

Η ροπή της δύναμης χαρακτηρίζει τη δράση μιας δύναμης και δείχνει ότι εξαρτάται ταυτόχρονα τόσο από το μέτρο της δύναμης όσο και από τη μόχλευση της. Πράγματι, γνωρίζουμε ήδη, για παράδειγμα, ότι η δράση μιας δύναμης σε μια πόρτα εξαρτάται τόσο από το μέγεθος της δύναμης όσο και από το πού ασκείται η δύναμη. Όσο πιο εύκολο είναι να στρίψετε την πόρτα, τόσο πιο μακριά από τον άξονα περιστροφής ασκείται η δύναμη που ασκείται σε αυτήν. Είναι καλύτερα να ξεβιδώσετε το παξιμάδι με ένα μακρύ κλειδί παρά με ένα κοντό. Όσο πιο εύκολο είναι να σηκώσετε έναν κουβά από το πηγάδι, τόσο μακρύτερη είναι η λαβή της πύλης κ.λπ.

Μοχλοί στην τεχνολογία, την καθημερινότητα και τη φύση.

Ο κανόνας της μόχλευσης (ή ο κανόνας των στιγμών) αποτελεί τη βάση της δράσης διαφόρων ειδών εργαλείων και συσκευών που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία και την καθημερινή ζωή όπου απαιτείται κέρδος σε δύναμη ή ταξίδια.

Έχουμε κέρδος σε δύναμη όταν δουλεύουμε με ψαλίδι. Ψαλίδι - αυτό είναι μοχλός(εικ), ο άξονας περιστροφής του οποίου συμβαίνει μέσω μιας βίδας που συνδέει και τα δύο μισά του ψαλιδιού. Δρούσα δύναμη φά 1 είναι η μυϊκή δύναμη του χεριού του ατόμου που πιάνει το ψαλίδι. Αντίρροπη δύναμη φά 2 είναι η δύναμη αντίστασης του υλικού που κόβεται με ψαλίδι. Ανάλογα με τον σκοπό του ψαλιδιού, ο σχεδιασμός τους ποικίλλει. Το ψαλίδι γραφείου, σχεδιασμένο για κοπή χαρτιού, έχει μακριές λεπίδες και λαβές που έχουν σχεδόν το ίδιο μήκος. Το κόψιμο του χαρτιού δεν απαιτεί μεγάλη δύναμη και μια μακριά λεπίδα διευκολύνει την κοπή σε ευθεία γραμμή. Τα ψαλίδια για την κοπή λαμαρίνας (Εικ.) έχουν λαβές πολύ μακρύτερες από τις λεπίδες, καθώς η δύναμη αντίστασης του μετάλλου είναι μεγάλη και για να εξισορροπηθεί, πρέπει να αυξηθεί σημαντικά ο βραχίονας της ενεργού δύναμης. Η διαφορά μεταξύ του μήκους των λαβών και της απόστασης του τμήματος κοπής και του άξονα περιστροφής είναι ακόμη μεγαλύτερη συρματοκόπτης(Εικ.), σχεδιασμένο για κοπή σύρματος.

Πολλά μηχανήματα έχουν διαφορετικούς τύπους μοχλών. Η λαβή μιας ραπτομηχανής, τα πεντάλ ή το χειρόφρενο ενός ποδηλάτου, τα πεντάλ ενός αυτοκινήτου και ενός τρακτέρ και τα πλήκτρα ενός πιάνου είναι όλα παραδείγματα μοχλών που χρησιμοποιούνται σε αυτές τις μηχανές και εργαλεία.

Παραδείγματα χρήσης μοχλών είναι οι λαβές των μέγγενων και των πάγκων εργασίας, ο μοχλός μιας μηχανής διάτρησης κ.λπ.

Η δράση των ζυγών μοχλού βασίζεται στην αρχή του μοχλού (Εικ.). Οι κλίμακες εκπαίδευσης που φαίνονται στο Σχήμα 48 (σελ. 42) λειτουργούν ως ίσος μοχλός βραχίονα . ΣΕ δεκαδικές κλίμακεςΟ ώμος από τον οποίο αναρτάται το κύπελλο με τα βάρη είναι 10 φορές μεγαλύτερος από τον ώμο που φέρει το φορτίο. Αυτό κάνει τη ζύγιση μεγάλων φορτίων πολύ πιο εύκολη. Όταν ζυγίζετε ένα φορτίο σε δεκαδική κλίμακα, θα πρέπει να πολλαπλασιάσετε τη μάζα των βαρών επί 10.

Η συσκευή της ζυγαριάς για τη ζύγιση φορτηγών αυτοκινήτων αυτοκινήτων βασίζεται επίσης στον κανόνα της μόχλευσης.

Μοχλοί βρίσκονται επίσης σε διάφορα μέρη του σώματος των ζώων και των ανθρώπων. Αυτά είναι, για παράδειγμα, τα χέρια, τα πόδια, τα σαγόνια. Πολλοί μοχλοί μπορούν να βρεθούν στο σώμα των εντόμων (διαβάζοντας ένα βιβλίο για τα έντομα και τη δομή του σώματός τους), τα πουλιά και τη δομή των φυτών.

Εφαρμογή του νόμου της ισορροπίας ενός μοχλού σε ένα μπλοκ.

ΟΙΚΟΔΟΜΙΚΟ ΤΕΤΡΑΓΩΝΟΕίναι τροχός με αυλάκι, τοποθετημένος σε θήκη. Ένα σχοινί, καλώδιο ή αλυσίδα περνά μέσα από την αυλάκωση του μπλοκ.

Σταθερό μπλοκ Αυτό ονομάζεται μπλοκ του οποίου ο άξονας είναι σταθερός και δεν ανεβαίνει ή πέφτει κατά την ανύψωση φορτίων (Εικ.).

Ένα σταθερό μπλοκ μπορεί να θεωρηθεί ως μοχλός ίσου βραχίονα, στον οποίο οι βραχίονες των δυνάμεων είναι ίσοι με την ακτίνα του τροχού (Εικ.): OA = OB = r. Ένα τέτοιο μπλοκ δεν παρέχει κέρδος στη δύναμη. ( φά 1 = φά 2), αλλά σας επιτρέπει να αλλάξετε την κατεύθυνση της δύναμης. Κινητό μπλοκ - αυτό είναι ένα μπλοκ. ο άξονας του οποίου ανεβαίνει και πέφτει μαζί με το φορτίο (Εικ.). Το σχήμα δείχνει τον αντίστοιχο μοχλό: ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ- σημείο υπομόχλιο του μοχλού, ΟΑ- δύναμη ώμου RΚαι OB- δύναμη ώμου φά. Από τον ώμο OB 2 φορές τον ώμο ΟΑ, μετά η δύναμη φά 2 φορές λιγότερη δύναμη R:

F = P/2 .

Ετσι, το κινητό μπλοκ δίνει διπλάσιο κέρδος σε αντοχή .

Αυτό μπορεί να αποδειχθεί χρησιμοποιώντας την έννοια της ροπής δύναμης. Όταν το μπλοκ βρίσκεται σε ισορροπία, οι ροπές των δυνάμεων φάΚαι Rίσα μεταξύ τους. Αλλά ο ώμος της δύναμης φά 2 φορές η μόχλευση R, και, επομένως, η ίδια η εξουσία φά 2 φορές λιγότερη δύναμη R.

Συνήθως στην πράξη χρησιμοποιείται συνδυασμός σταθερού μπλοκ και κινητού (Εικ.). Το σταθερό μπλοκ χρησιμοποιείται μόνο για ευκολία. Δεν δίνει κέρδος σε δύναμη, αλλά αλλάζει την κατεύθυνση της δύναμης. Για παράδειγμα, σας επιτρέπει να σηκώνετε ένα φορτίο ενώ στέκεστε στο έδαφος. Αυτό είναι χρήσιμο για πολλούς ανθρώπους ή εργαζόμενους. Δίνει όμως κέρδος σε δύναμη 2 φορές μεγαλύτερο από το συνηθισμένο!

Ισότητα εργασίας κατά τη χρήση απλών μηχανισμών. «Χρυσός κανόνας» της μηχανικής.

Οι απλοί μηχανισμοί που εξετάσαμε χρησιμοποιούνται κατά την εκτέλεση εργασιών σε περιπτώσεις όπου είναι απαραίτητο να εξισορροπηθεί μια άλλη δύναμη με τη δράση μιας δύναμης.

Φυσικά, τίθεται το ερώτημα: ενώ δίνουν ένα κέρδος σε δύναμη ή μονοπάτι, οι απλοί μηχανισμοί δεν δίνουν κέρδος στην εργασία; Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα μπορεί να ληφθεί από την εμπειρία.

Εξισορροπώντας δύο διαφορετικές δυνάμεις μεγέθους σε έναν μοχλό φά 1 και φά 2 (εικ.), θέστε το μοχλό σε κίνηση. Αποδεικνύεται ότι ταυτόχρονα το σημείο εφαρμογής της μικρότερης δύναμης φά 2 πηγαίνει παραπέρα μικρό 2, και το σημείο εφαρμογής της μεγαλύτερης δύναμης φά 1 - μικρότερη διαδρομή μικρό 1. Έχοντας μετρήσει αυτές τις διαδρομές και τις μονάδες δύναμης, διαπιστώνουμε ότι οι διαδρομές που διανύονται από τα σημεία εφαρμογής των δυνάμεων στο μοχλό είναι αντιστρόφως ανάλογες με τις δυνάμεις:

μικρό 1 / μικρό 2 = φά 2 / φά 1.

Έτσι, ενεργώντας στο μακρύ χέρι του μοχλού, κερδίζουμε σε δύναμη, αλλά ταυτόχρονα χάνουμε κατά το ίδιο ποσό στην πορεία.

Προϊόν δύναμης φάστο δρόμο μικρόυπάρχει δουλειά. Τα πειράματά μας δείχνουν ότι το έργο που γίνεται από τις δυνάμεις που ασκούνται στον μοχλό είναι ίσο μεταξύ τους:

φά 1 μικρό 1 = φά 2 μικρό 2, δηλ. ΕΝΑ 1 = ΕΝΑ 2.

Ετσι, Όταν χρησιμοποιείτε μόχλευση, δεν θα μπορείτε να κερδίσετε στη δουλειά.

Χρησιμοποιώντας μόχλευση, μπορούμε να κερδίσουμε είτε δύναμη είτε απόσταση. Εφαρμόζοντας δύναμη στον κοντό βραχίονα του μοχλού, κερδίζουμε σε απόσταση, αλλά χάνουμε με το ίδιο ποσό σε δύναμη.

Υπάρχει ένας θρύλος ότι ο Αρχιμήδης, ευχαριστημένος με την ανακάλυψη του κανόνα της μόχλευσης, αναφώνησε: «Δώσε μου ένα υπομόχλιο και θα αναποδογυρίσω τη Γη!»

Φυσικά, ο Αρχιμήδης δεν θα μπορούσε να ανταπεξέλθει σε ένα τέτοιο έργο ακόμα κι αν του είχε δοθεί ένα υπομόχλιο (που θα έπρεπε να ήταν έξω από τη Γη) και ένας μοχλός του απαιτούμενου μήκους.

Για να ανυψωθεί η γη μόλις 1 cm, ο μακρύς βραχίονας του μοχλού θα έπρεπε να περιγράφει ένα τόξο τεράστιου μήκους. Θα χρειάζονταν εκατομμύρια χρόνια για να μετακινήσετε το μακρύ άκρο του μοχλού κατά μήκος αυτής της διαδρομής, για παράδειγμα, με ταχύτητα 1 m/s!

Ένα σταθερό μπλοκ δεν δίνει κανένα κέρδος στην εργασία,που είναι εύκολο να επαληθευτεί πειραματικά (βλ. σχήμα). Μονοπάτια που διανύονται από τα σημεία εφαρμογής των δυνάμεων φάΚαι φά, είναι τα ίδια, οι δυνάμεις είναι ίδιες, που σημαίνει ότι το έργο είναι το ίδιο.

Μπορείτε να μετρήσετε και να συγκρίνετε την εργασία που έγινε με τη βοήθεια ενός κινούμενου μπλοκ. Για να ανυψωθεί ένα φορτίο σε ύψος h χρησιμοποιώντας ένα κινητό μπλοκ, είναι απαραίτητο να μετακινήσετε το άκρο του σχοινιού στο οποίο είναι στερεωμένο το δυναμόμετρο, όπως δείχνει η εμπειρία (Εικ.), σε ύψος 2 ωρών.

Ετσι, παίρνοντας διπλάσιο κέρδος σε δύναμη, χάνουν 2 φορές στο δρόμο, επομένως, το κινητό μπλοκ δεν δίνει κέρδος στην εργασία.

Η πρακτική αιώνων το έχει δείξει Κανένας από τους μηχανισμούς δεν δίνει κέρδος στην απόδοση.Χρησιμοποιούν διάφορους μηχανισμούς για να κερδίσουν σε δύναμη ή σε ταξίδι, ανάλογα με τις συνθήκες εργασίας.

Ήδη οι αρχαίοι επιστήμονες γνώριζαν έναν κανόνα που ισχύει για όλους τους μηχανισμούς: όσες φορές κι αν νικήσουμε σε δύναμη, τόσες φορές χάνουμε σε απόσταση. Αυτός ο κανόνας έχει ονομαστεί «χρυσός κανόνας» της μηχανικής.

Αποτελεσματικότητα του μηχανισμού.

Κατά την εξέταση του σχεδιασμού και της δράσης του μοχλού, δεν λάβαμε υπόψη την τριβή, καθώς και το βάρος του μοχλού. κάτω από αυτές τις ιδανικές συνθήκες, το έργο που επιτελείται από την εφαρμοζόμενη δύναμη (θα το ονομάσουμε αυτό έργο γεμάτος), είναι ίσο με χρήσιμοςεργασίες για την ανύψωση φορτίων ή την υπέρβαση οποιασδήποτε αντίστασης.

Στην πράξη, η συνολική εργασία που γίνεται από έναν μηχανισμό είναι πάντα ελαφρώς μεγαλύτερη από τη χρήσιμη εργασία.

Μέρος της εργασίας γίνεται ενάντια στη δύναμη τριβής στον μηχανισμό και μετακινώντας τα επιμέρους μέρη του. Έτσι, όταν χρησιμοποιείτε ένα κινητό μπλοκ, πρέπει να κάνετε επιπλέον εργασίες για να σηκώσετε το ίδιο το μπλοκ, το σχοινί και να προσδιορίσετε τη δύναμη τριβής στον άξονα του μπλοκ.

Όποιο μηχανισμό κι αν πάρουμε, η χρήσιμη εργασία που γίνεται με τη βοήθειά του αποτελεί πάντα μόνο ένα μέρος της συνολικής εργασίας. Αυτό σημαίνει, δηλώνοντας χρήσιμη εργασία με το γράμμα Ap, συνολική (δαπανημένη) εργασία με το γράμμα Az, μπορούμε να γράψουμε:

Πάνω< Аз или Ап / Аз < 1.

Ο λόγος της χρήσιμης εργασίας προς το συνολικό έργο ονομάζεται απόδοση του μηχανισμού.

Ο παράγοντας απόδοσης συντομεύεται ως αποδοτικότητα.

Αποδοτικότητα = Απ / Αζ.

Η απόδοση εκφράζεται συνήθως ως ποσοστό και συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα η, που διαβάζεται ως «eta»:

η = Ap / Az · 100%.

Παράδειγμα: Ένα φορτίο βάρους 100 kg είναι αναρτημένο στον κοντό βραχίονα ενός μοχλού. Για την ανύψωσή του ασκείται δύναμη 250 N στον μακρύ βραχίονα Το φορτίο ανυψώνεται σε ύψος h1 = 0,08 m, ενώ το σημείο εφαρμογής της κινητήριας δύναμης πέφτει σε ύψος h2 = 0,4 m αποτελεσματικότητα του μοχλού.

Ας γράψουμε τις συνθήκες του προβλήματος και ας το λύσουμε.

Δεδομένος :

Λύση :

η = Ap / Az · 100%.

Συνολική (δαπανημένη) εργασία Az = Fh2.

Χρήσιμη εργασία Ap = Рh1

P = 9,8 100 kg ≈ 1000 N.

Απ = 1000 N · 0,08 = 80 J.

Az = 250 N · 0,4 m = 100 J.

η = 80 J/100 J 100% = 80%.

Απάντηση : η = 80%.

Αλλά ο «χρυσός κανόνας» ισχύει και σε αυτή την περίπτωση. Μέρος της χρήσιμης εργασίας - το 20% της - δαπανάται για την αντιμετώπιση της τριβής στον άξονα του μοχλού και της αντίστασης του αέρα, καθώς και για την κίνηση του ίδιου του μοχλού.

Η απόδοση οποιουδήποτε μηχανισμού είναι πάντα μικρότερη από 100%. Κατά το σχεδιασμό μηχανισμών, οι άνθρωποι προσπαθούν να αυξήσουν την αποτελεσματικότητά τους. Για να επιτευχθεί αυτό, μειώνονται οι τριβές στους άξονες των μηχανισμών και το βάρος τους.

Ενέργεια.

Στα εργοστάσια και τα εργοστάσια, οι μηχανές και οι μηχανές κινούνται από ηλεκτρικούς κινητήρες, οι οποίοι καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια (εξ ου και το όνομα).