การพึ่งพาอาศัยกำลังงาน งานเครื่องกล: คืออะไรและใช้อย่างไร

งานเครื่องกลนี่คือลักษณะพลังงานของการเคลื่อนไหวของร่างกายซึ่งมีรูปแบบสเกลาร์ มันเท่ากับโมดูลัสของแรงที่กระทำต่อร่างกาย คูณด้วยโมดูลัสของการกระจัดที่เกิดจากแรงนี้และด้วยโคไซน์ของมุมระหว่างพวกมัน

สูตร 1 - งานเครื่องกล

F - แรงที่กระทำต่อร่างกาย

s - การเคลื่อนไหวของร่างกาย

cosa - โคไซน์ของมุมระหว่างแรงและการกระจัด

สูตรนี้มี แบบฟอร์มทั่วไป. ถ้ามุมระหว่างแรงที่ใช้และการกระจัดเป็นศูนย์ โคไซน์จะเท่ากับ 1 ดังนั้น งานจะเท่ากับผลคูณของแรงและการกระจัดเท่านั้น พูดง่ายๆ ก็คือ ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ใช้แรง งานทางกลก็จะเท่ากับผลคูณของแรงและการกระจัด

ที่สอง กรณีพิเศษเมื่อมุมระหว่างแรงที่กระทำต่อร่างกายกับการกระจัดของมันคือ 90 องศา ในกรณีนี้ โคไซน์ของ 90 องศาเท่ากับศูนย์ ดังนั้นงานจะเท่ากับศูนย์ และแท้จริงแล้ว สิ่งที่เกิดขึ้นก็คือ เราใช้แรงไปในทิศทางเดียว และร่างกายเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับทิศทางนั้น นั่นคือร่างกายไม่เคลื่อนไหวอย่างชัดเจนภายใต้อิทธิพลของพลังของเรา ดังนั้นงานที่เรากระทำเพื่อขยับร่างกายจึงเป็นศูนย์

รูปที่ 1 - การทำงานของแรงเมื่อเคลื่อนย้ายร่างกาย

หากมีแรงมากกว่าหนึ่งแรงกระทำต่อร่างกาย แรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกายจะถูกคำนวณ แล้วจึงแทนสูตรเป็นแรงเดียวเท่านั้น ร่างกายที่อยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงสามารถเคลื่อนที่ได้ไม่เพียงแต่เป็นแนวตรงเท่านั้น แต่ยังไปตามวิถีโคจรตามอำเภอใจอีกด้วย ในกรณีนี้งานจะถูกคำนวณสำหรับการเคลื่อนไหวส่วนเล็ก ๆ ซึ่งถือได้ว่าเป็นเส้นตรงแล้วจึงรวมเข้าด้วยกันตลอดเส้นทาง

งานสามารถเป็นได้ทั้งบวกและลบ นั่นคือถ้าการกระจัดและแรงตรงกัน งานก็จะเป็นบวก และถ้ามีแรงไปในทิศทางหนึ่งและร่างกายเคลื่อนที่ไปอีกทางหนึ่ง งานก็จะเป็นลบ ตัวอย่างของงานเชิงลบคืองานของแรงเสียดทาน เนื่องจากแรงเสียดทานมีทิศทางสวนทางกับการเคลื่อนที่ ลองนึกภาพร่างกายเคลื่อนที่ไปตามเครื่องบิน แรงที่กระทำต่อร่างกายจะดันไปในทิศทางที่กำหนด พลังนี้ทำงานเชิงบวกในการเคลื่อนย้ายร่างกาย แต่ในขณะเดียวกัน แรงเสียดทานก็ทำงานด้านลบ มันทำให้การเคลื่อนไหวของร่างกายช้าลงและมุ่งตรงไปที่การเคลื่อนไหวของมัน

รูปที่ 2 - พลังแห่งการเคลื่อนที่และแรงเสียดทาน

งานเครื่องกลมีหน่วยเป็นจูล หนึ่งจูลคืองานที่กระทำด้วยแรงหนึ่งนิวตันเมื่อเคลื่อนที่วัตถุหนึ่งเมตร นอกจากทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกายแล้ว ขนาดของแรงที่ใช้ยังสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อสปริงถูกบีบอัด แรงที่ใช้กับสปริงจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของระยะทางที่เคลื่อนที่ ในกรณีนี้ งานจะคำนวณโดยใช้สูตร

สูตร 2 - งานอัดสปริง

k คือความแข็งของสปริง

x - พิกัดเคลื่อนที่

งานเครื่องกล. หน่วยงาน.

ในชีวิตประจำวันเราเข้าใจทุกอย่างด้วยแนวคิด “งาน”

ในวิชาฟิสิกส์แนวคิด งานแตกต่างกันบ้าง นี่คือสิ่งที่แน่นอน ปริมาณทางกายภาพซึ่งหมายความว่าสามารถวัดได้ ในวิชาฟิสิกส์จะศึกษาเป็นหลัก งานเครื่องกล .

มาดูตัวอย่างงานเครื่องกลกัน

รถไฟเคลื่อนที่ภายใต้แรงดึงของหัวรถจักรไฟฟ้า และทำงานด้านกลไก เมื่อยิงปืน แรงดันของผงก๊าซจะทำงาน - มันจะเคลื่อนกระสุนไปตามลำกล้อง และความเร็วของกระสุนจะเพิ่มขึ้น

จากตัวอย่างเหล่านี้ เห็นได้ชัดว่างานทางกลเกิดขึ้นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรง งานเครื่องกลยังดำเนินการในกรณีที่แรงที่กระทำต่อวัตถุ (เช่น แรงเสียดทาน) ทำให้ความเร็วในการเคลื่อนที่ลดลง

อยากย้ายตู้ก็กดแรงๆ แต่ถ้าไม่ขยับ เราก็ไม่ทำงานเครื่องกล เราสามารถจินตนาการถึงกรณีที่ร่างกายเคลื่อนที่โดยไม่มีแรงร่วม (โดยความเฉื่อย) ในกรณีนี้ จะไม่มีการทำงานทางกลเช่นกัน

ดังนั้น, งานทางกลจะทำก็ต่อเมื่อมีแรงกระทำต่อร่างกายและเคลื่อนที่เท่านั้น .

ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเข้าใจว่ายิ่งแรงกระทำต่อร่างกายมากเท่าไร และยิ่งเส้นทางที่ร่างกายเดินทางภายใต้อิทธิพลของแรงนี้ยิ่งนานเท่าไร งานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

งานเครื่องกลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงที่ใช้และเป็นสัดส่วนโดยตรงกับระยะทางที่เคลื่อนที่ .

ดังนั้นเราจึงตกลงที่จะวัดงานเครื่องกลด้วยผลคูณของแรงและเส้นทางที่เคลื่อนที่ไปตามทิศทางของแรงนี้:

งาน = แรง × เส้นทาง

ที่ไหน ก- งาน, เอฟ- ความแข็งแกร่งและ ส- ระยะทางที่เดินทาง

หน่วยของงานถือเป็นงานที่กระทำด้วยแรง 1N บนเส้นทางยาว 1 เมตร

หน่วยงาน - จูล (เจ ) ตั้งชื่อตามจูล นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ดังนั้น,

1 เจ = 1 นิวตัน ม.

ยังใช้ กิโลจูล (เคเจ) .

1 กิโลจูล = 1,000 เจ

สูตร ก = ฟใช้ได้เมื่อมีแรง เอฟสม่ำเสมอและสอดคล้องกับทิศทางการเคลื่อนไหวของร่างกาย

หากทิศทางของแรงเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกาย แรงนี้ก็จะทำงานในเชิงบวก

หากวัตถุเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของแรงที่กระทำ เช่น แรงเสียดทานแบบเลื่อน แรงนี้ก็จะส่งผลลบ

หากทิศทางของแรงที่กระทำต่อร่างกายตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ แรงนี้จะไม่ได้ผล งานจะเป็นศูนย์:

ในอนาคตหากพูดถึงงานเครื่องกลจะเรียกสั้นๆ สั้นๆ ว่า งาน

ตัวอย่าง. คำนวณงานที่ทำเมื่อยกแผ่นหินแกรนิตด้วยปริมาตร 0.5 ลบ.ม. ถึงสูง 20 ม. ความหนาแน่นของหินแกรนิตคือ 2,500 กก./ลบ.ม.

ที่ให้ไว้:

ρ = 2,500 กก./ลบ.ม. 3

สารละลาย:

โดยที่ F คือแรงที่ต้องใช้ในการยกแผ่นพื้นขึ้นอย่างสม่ำเสมอ แรงนี้มีหน่วยเป็นโมดูลัสเท่ากับแรง Fstrand ที่กระทำต่อแผ่นคอนกรีต นั่นคือ F = Fstrand และแรงโน้มถ่วงสามารถกำหนดได้จากมวลของแผ่นพื้น: Fweight = gm ลองคำนวณมวลของแผ่นคอนกรีตโดยทราบปริมาตรและความหนาแน่นของหินแกรนิต: m = ρV; s = h นั่นคือ เส้นทางเท่ากับความสูงในการยก

ดังนั้น m = 2,500 กก./ลบ.ม. · 0.5 ลบ.ม. = 1250 กก.

F = 9.8 นิวตัน/กก. · 1250 กก. กลับไปยัง 12,250 นิวตัน

A = 12,250 นิวตัน · 20 ม. = 245,000 จูล = 245 กิโลจูล

คำตอบ: ก = 245 กิโลจูล

คันโยก.พลัง.พลังงาน

ในการทำงานเดียวกัน จำเป็นต้องใช้เครื่องยนต์ที่แตกต่างกัน เวลาที่แตกต่างกัน. ตัวอย่างเช่น, เครนที่สถานที่ก่อสร้าง เขายกอิฐหลายร้อยก้อนขึ้นไปชั้นบนสุดของอาคารในเวลาไม่กี่นาที หากคนงานเคลื่อนย้ายอิฐเหล่านี้ อาจต้องใช้เวลาหลายชั่วโมงในการดำเนินการนี้ ตัวอย่างอื่น. ม้าสามารถไถดินได้ 1 เฮกตาร์ในเวลา 10-12 ชั่วโมง ในขณะที่รถแทรคเตอร์ที่มีคันไถหลายส่วน ( คันไถ- ส่วนหนึ่งของคันไถที่ตัดชั้นดินจากด้านล่างแล้วย้ายไปที่กองขยะ คันไถหลายคัน - คันไถหลายคัน) งานนี้จะแล้วเสร็จภายใน 40-50 นาที

เห็นได้ชัดว่าเครนทำงานแบบเดียวกันได้เร็วกว่าคนงาน และรถแทรกเตอร์ก็ทำงานแบบเดียวกันได้เร็วกว่าม้า ความเร็วของงานมีลักษณะเป็นปริมาณพิเศษที่เรียกว่ากำลัง

กำลังเท่ากับอัตราส่วนของงานต่อเวลาที่ดำเนินการ

ในการคำนวณกำลังคุณต้องแบ่งงานตามเวลาที่งานนี้เสร็จกำลัง = งาน/เวลา

ที่ไหน เอ็น- พลัง, ก- งาน, ที- เวลาที่งานเสร็จสิ้น

กำลังคือปริมาณคงที่เมื่องานเดียวกันเสร็จทุกวินาที ในกรณีอื่นคืออัตราส่วน ที่กำหนดกำลังเฉลี่ย:

เอ็นเฉลี่ย = ที่ . หน่วยของกำลังถือเป็นกำลังที่งาน J เสร็จใน 1 วินาที

หน่วยนี้เรียกว่าวัตต์ ( ว) เพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษอีกคนคือวัตต์

1 วัตต์ = 1 จูล/1 วินาที, หรือ 1 วัตต์ = 1 เจ/วินาที

วัตต์(จูลต่อวินาที) - W (1 J/s)

หน่วยพลังงานขนาดใหญ่ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี - กิโลวัตต์ (กิโลวัตต์), เมกะวัตต์ (เมกะวัตต์) .

1 เมกะวัตต์ = 1,000,000 วัตต์

1 กิโลวัตต์ = 1,000 วัตต์

1 มิลลิวัตต์ = 0.001 วัตต์

1 วัตต์ = 0.000001 เมกะวัตต์

1 วัตต์ = 0.001 กิโลวัตต์

1 วัตต์ = 1,000 มิลลิวัตต์

ตัวอย่าง. จงหากำลังของกระแสน้ำที่ไหลผ่านเขื่อน หากความสูงของน้ำตกอยู่ที่ 25 เมตร และอัตราการไหลคือ 120 ลบ.ม. ต่อนาที

ที่ให้ไว้:

ρ = 1,000 กก./ลบ.ม

สารละลาย:

มวลน้ำที่ตกลงมา: ม. = ρV,

ม. = 1,000 กก./ลบ.ม. 120 ลบ.ม. = 120,000 กก. (12,104 กก.)

แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อน้ำ:

F = 9.8 ม./วินาที2 120,000 กก. กลับไปยัง 1,200,000 นิวตัน (12,105 นิวตัน)

งานที่ทำโดยการไหลต่อนาที:

A - 1,200,000 นิวตัน · 25 ม. = 30,000,000 จูล (3 · 107 จูล)

พลังการไหล: N = A/t,

N = 30,000,000 จูล / 60 วินาที = 500,000 วัตต์ = 0.5 เมกะวัตต์

คำตอบ: ไม่มี = 0.5 เมกะวัตต์

เครื่องยนต์ต่างๆ มีกำลังตั้งแต่หนึ่งในร้อยถึงสิบกิโลวัตต์ (เครื่องยนต์ มีดโกนหนวดไฟฟ้า, จักรเย็บผ้า) มากถึงหลายแสนกิโลวัตต์ (กังหันน้ำและไอน้ำ)

ตารางที่ 5.

กำลังของเครื่องยนต์บางตัว, กิโลวัตต์.

เครื่องยนต์แต่ละเครื่องจะมีป้าย (พาสปอร์ตเครื่องยนต์) ซึ่งระบุข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับเครื่องยนต์ รวมถึงกำลังของเครื่องยนต์ด้วย

พลังมนุษย์ที่ สภาวะปกติทำงานโดยเฉลี่ย 70-80 W. เมื่อกระโดดหรือวิ่งขึ้นบันไดบุคคลสามารถพัฒนาพลังงานได้สูงถึง 730 W และใน ในบางกรณีและยิ่งใหญ่กว่านั้นอีก

จากสูตร N = A/t จะได้ดังนี้

ในการคำนวณงานจำเป็นต้องคูณกำลังตามเวลาที่ทำงานนี้

ตัวอย่าง. มอเตอร์พัดลมในห้องมีกำลังไฟ 35 วัตต์ เขาทำงานเท่าไหร่ใน 10 นาที?

มาเขียนเงื่อนไขของปัญหาและแก้ไขกัน

ที่ให้ไว้:

สารละลาย:

A = 35 W * 600s = 21,000 W * s = 21,000 J = 21 กิโลจูล

คำตอบ ก= 21 กิโลจูล

กลไกง่ายๆ

ตั้งแต่สมัยโบราณ มนุษย์ได้ใช้อุปกรณ์ต่างๆ เพื่อทำงานเครื่องกล

ทุกคนรู้ดีว่าวัตถุที่มีน้ำหนักมาก (หิน ตู้ เครื่องมือกล) ซึ่งไม่สามารถเคลื่อนย้ายด้วยมือได้ สามารถเคลื่อนย้ายได้โดยใช้คันโยกที่ยาวเพียงพอ - คันโยก

ปัจจุบันเชื่อกันว่าด้วยความช่วยเหลือของคันโยกเมื่อสามพันปีก่อนในระหว่างการก่อสร้างปิรามิดค่ะ อียิปต์โบราณทรงเคลื่อนย้ายและยกแผ่นหินหนักขึ้นให้สูงมาก

ในหลายกรณี แทนที่จะยกของหนักจนมีความสูงระดับหนึ่ง ก็สามารถม้วนหรือดึงให้มีความสูงเท่ากันได้ เครื่องบินเอียงหรือยกด้วยบล็อก

อุปกรณ์ที่ใช้ในการแปลงแรงเรียกว่า กลไก .

กลไกง่ายๆ ได้แก่: คันโยกและความหลากหลายของมัน - บล็อกประตู; ระนาบเอียงและพันธุ์ของมัน - ลิ่ม, สกรู. ในกรณีส่วนใหญ่ กลไกง่ายๆเคยใช้เพื่อเพิ่มกำลัง กล่าวคือ เพิ่มแรงที่กระทำต่อร่างกายหลายครั้ง

กลไกง่ายๆ พบได้ทั้งในครัวเรือนและในเครื่องจักรอุตสาหกรรมและอุตสาหกรรมที่ซับซ้อนทั้งหมด ซึ่งใช้ตัด บิด และประทับตราแผ่นเหล็กขนาดใหญ่หรือดึงด้ายที่ดีที่สุดเพื่อใช้ในการผลิตผ้า กลไกเดียวกันนี้สามารถพบได้ในเครื่องจักรอัตโนมัติที่ทันสมัย ​​เครื่องพิมพ์ และเครื่องนับจำนวน

แขนคันโยก. ความสมดุลของแรงบนคันโยก

พิจารณากลไกที่ง่ายและธรรมดาที่สุด - คันโยก

คันโยกคือ แข็งซึ่งสามารถหมุนรอบแนวรองรับคงที่ได้

รูปภาพแสดงให้เห็นว่าคนงานใช้ชะแลงเป็นคันโยกในการยกสิ่งของอย่างไร ในกรณีแรกผู้ปฏิบัติงานใช้กำลัง เอฟกดที่ปลายชะแลง บีในวินาที - ยกจุดจบ บี.

คนงานจำเป็นต้องเอาชนะน้ำหนักของโหลด ป- แรงพุ่งลงในแนวตั้งลง เมื่อต้องการทำเช่นนี้ให้หมุนชะแลงไปรอบแกนที่ผ่านไปเพียงอันเดียว ไม่นิ่งจุดแตกหักคือจุดรองรับ เกี่ยวกับ. บังคับ เอฟโดยที่คนงานไปกระทำกับคันโยกจะมีแรงน้อยกว่า ปดังนั้นคนงานจึงได้รับ ได้รับความแข็งแกร่ง. เมื่อใช้คันโยก คุณสามารถยกของหนักที่คุณไม่สามารถยกได้ด้วยตัวเอง

รูปนี้แสดงคันโยกที่มีแกนหมุนอยู่ เกี่ยวกับ(fulcrum) อยู่ระหว่างจุดออกแรง กและ ใน. อีกภาพหนึ่งแสดงไดอะแกรมของคันโยกนี้ แรงทั้งสอง เอฟ 1 และ เอฟ 2 ที่กระทำต่อคันโยกนั้นหันไปในทิศทางเดียว

ระยะห่างที่สั้นที่สุดระหว่างจุดศูนย์กลางและเส้นตรงที่แรงกระทำต่อคันโยกเรียกว่าแขนแห่งแรง

ความยาวของเส้นตั้งฉากนี้จะเป็นแขนของแรงนี้ รูปนี้แสดงให้เห็นว่า โอเอ- ความแข็งแรงของไหล่ เอฟ 1; อ.บ- ความแข็งแรงของไหล่ เอฟ 2. แรงที่กระทำต่อคันโยกสามารถหมุนรอบแกนได้สองทิศทาง: ตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา ใช่แล้ว ความแข็งแกร่ง เอฟ 1 หมุนคันโยกตามเข็มนาฬิกาและแรง เอฟ 2 หมุนทวนเข็มนาฬิกา

สภาวะที่คันโยกอยู่ในสภาวะสมดุลภายใต้อิทธิพลของแรงที่ใช้กับคันโยกสามารถสร้างได้จากการทดลอง ต้องจำไว้ว่าผลลัพธ์ของการกระทำของแรงนั้นไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับค่าตัวเลข (โมดูลัส) เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับจุดที่แรงนั้นถูกนำไปใช้กับร่างกายหรือวิธีการบังคับทิศทางด้วย

ตุ้มน้ำหนักต่างๆ จะถูกแขวนไว้จากคันโยก (ดูรูป) ที่ทั้งสองด้านของจุดศูนย์กลาง เพื่อให้แต่ละครั้งคันโยกคงความสมดุล แรงที่กระทำต่อคันโยกจะเท่ากับน้ำหนักของโหลดเหล่านี้ ในแต่ละกรณี โมดูลแรงและไหล่จะถูกวัด จากประสบการณ์ที่แสดงในรูปที่ 154 จะเห็นชัดเจนว่าแรง 2 เอ็นปรับสมดุลกำลัง 4 เอ็น. ในกรณีนี้ ดังที่เห็นจากรูป ไหล่ที่มีกำลังน้อยกว่าจะมีขนาดใหญ่กว่าไหล่ที่มีกำลังมากกว่า 2 เท่า

จากการทดลองดังกล่าว เงื่อนไข (กฎ) ของความสมดุลของคันโยกจึงถูกสร้างขึ้น

คันโยกจะอยู่ในสภาวะสมดุลเมื่อแรงที่กระทำต่อคันโยกนั้นแปรผกผันกับแขนของแรงเหล่านี้

กฎนี้สามารถเขียนเป็นสูตร:

เอฟ 1/เอฟ 2 = ล 2/ ล 1 ,

ที่ไหน เอฟ 1และเอฟ 2 - แรงที่กระทำต่อคันโยก ล 1และล 2 , - ไหล่ของกองกำลังเหล่านี้ (ดูรูป)

กฎแห่งความสมดุลของคันโยกก่อตั้งขึ้นโดยอาร์คิมีดีสประมาณปี 287 - 212 พ.ศ จ. (แต่ในย่อหน้าสุดท้ายว่ากันว่าชาวอียิปต์ใช้คันโยกเหรอ หรือนี่ บทบาทสำคัญเล่นคำว่า "ติดตั้ง" เหรอ?)

จากกฎนี้ เป็นไปตามว่าสามารถใช้แรงที่น้อยกว่าเพื่อสร้างสมดุลของแรงที่ใหญ่กว่าได้โดยใช้คันโยก ให้แขนข้างหนึ่งใหญ่กว่าแขนอีกข้างหนึ่ง 3 เท่า (ดูรูป) จากนั้น ด้วยการใช้แรง เช่น 400 N ที่จุด B คุณสามารถยกหินที่มีน้ำหนัก 1,200 N ได้ หากต้องการยกของที่หนักกว่านั้น คุณต้องเพิ่มความยาวของแขนคันโยกที่คนงานทำหน้าที่

ตัวอย่าง. คนงานใช้คันโยกยกแผ่นคอนกรีตที่มีน้ำหนัก 240 กิโลกรัม (ดูรูปที่ 149) เขาใช้แรงอะไรกับแขนคันโยกที่มีขนาดใหญ่กว่า 2.4 ม. ถ้าแขนเล็กกว่าคือ 0.6 ม.

มาเขียนเงื่อนไขของปัญหาและแก้ไขกัน

ที่ให้ไว้:

สารละลาย:

ตามกฎของสมดุลคาน F1/F2 = l2/l1 โดยที่ F1 = F2 l2/l1 โดยที่ F2 = P คือน้ำหนักของหิน น้ำหนักหิน asd = gm, F = 9.8 N 240 กก. กลับไปยัง 2400 N

จากนั้น F1 = 2400 N · 0.6/2.4 = 600 N

คำตอบ: F1 = 600 นิวตัน

ในตัวอย่างของเรา คนงานเอาชนะแรง 2,400 นิวตัน โดยส่งแรง 600 นิวตันไปที่คันโยก แต่ในขณะเดียวกัน ไหล่ที่คนงานกระทำคือ 4 ครั้ง นานกว่านั้นซึ่งได้รับผลกระทบจากน้ำหนักของหิน ( ล 1 : ล 2 = 2.4 ม.: 0.6 ม. = 4)

โดยการใช้กฎแห่งการงัด แรงที่เล็กกว่าจะสามารถปรับสมดุลของแรงที่ใหญ่กว่าได้ ในกรณีนี้ ไหล่ที่มีกำลังน้อยกว่าควรยาวกว่าไหล่ที่มีกำลังมากกว่า

ช่วงเวลาแห่งพลัง

คุณรู้กฎของความสมดุลของคานแล้ว:

เอฟ 1 / เอฟ 2 = ล 2 / ล 1 ,

การใช้คุณสมบัติของสัดส่วน (ผลคูณของสมาชิกสุดขีดเท่ากับผลคูณของสมาชิกระดับกลาง) เราเขียนมันในรูปแบบนี้:

เอฟ 1ล 1 = เอฟ 2 ล 2 .

ทางด้านซ้ายของสมการเป็นผลคูณของแรง เอฟ 1 บนไหล่ของเธอ ล 1 และทางขวา - ผลคูณของแรง เอฟ 2 บนไหล่ของเธอ ล 2 .

ผลคูณของโมดูลัสของแรงหมุนร่างกายและไหล่เรียกว่า ช่วงเวลาแห่งพลัง; ถูกกำหนดด้วยตัวอักษร M ซึ่งหมายถึง

คันโยกจะอยู่ในสภาวะสมดุลภายใต้การกระทำของแรงสองแรง ถ้าโมเมนต์ของแรงที่หมุนตามเข็มนาฬิกาเท่ากับโมเมนต์ของแรงที่หมุนทวนเข็มนาฬิกา

กฎนี้เรียกว่า กฎของช่วงเวลา สามารถเขียนเป็นสูตรได้ดังนี้

M1 = M2

อันที่จริงในการทดลองที่เราพิจารณา (§ 56) แรงกระทำเท่ากับ 2 N และ 4 N ไหล่ของพวกมันมีค่าแรงดันคันโยก 4 และ 2 ตามลำดับ กล่าวคือ โมเมนต์ของแรงเหล่านี้จะเท่ากันเมื่อคันโยกอยู่ในสภาวะสมดุล .

โมเมนต์ของแรงสามารถวัดได้เช่นเดียวกับปริมาณทางกายภาพใดๆ หน่วยของโมเมนต์ของแรงถือเป็นโมเมนต์ของแรง 1 นิวตัน ซึ่งแขนของโมเมนต์นั้นยาว 1 เมตรพอดี

หน่วยนี้มีชื่อว่า นิวตันเมตร (เอ็น ม).

โมเมนต์ของแรงเป็นการแสดงลักษณะของแรง และแสดงให้เห็นว่าแรงนั้นขึ้นอยู่กับทั้งโมดูลัสของแรงและแรงงัดของแรงไปพร้อมๆ กัน อันที่จริง เรารู้อยู่แล้วว่า ตัวอย่างเช่น การกระทำของแรงที่ประตูนั้นขึ้นอยู่กับทั้งขนาดของแรงและตำแหน่งที่แรงนั้นถูกกระทำ ยิ่งเปิดประตูได้ง่ายกว่า แรงที่กระทำต่อประตูก็จะยิ่งอยู่ห่างจากแกนหมุนมากขึ้นเท่านั้น ควรคลายเกลียวน็อตด้วยประแจยาวดีกว่าใช้ประแจสั้น ยิ่งยกถังออกจากบ่อได้ง่ายขึ้น มือจับประตูก็จะยาวขึ้น ฯลฯ

ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี ชีวิตประจำวัน และธรรมชาติ

กฎของการใช้ประโยชน์ (หรือกฎของช่วงเวลา) อยู่ภายใต้การกระทำของเครื่องมือและอุปกรณ์ประเภทต่างๆ ที่ใช้ในเทคโนโลยีและชีวิตประจำวัน ซึ่งจำเป็นต้องมีความแข็งแกร่งหรือการเดินทาง

เรามีความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้นเมื่อทำงานกับกรรไกร กรรไกร - นี่คือคันโยก(รูป) แกนการหมุนที่เกิดขึ้นผ่านสกรูที่เชื่อมต่อกรรไกรทั้งสองซีก ทำหน้าที่บังคับ เอฟ 1 คือ ความแข็งแรงของกล้ามเนื้อมือของผู้จับกรรไกร ตอบโต้ เอฟ 2 คือ แรงต้านของวัสดุที่ตัดด้วยกรรไกร การออกแบบจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของกรรไกร กรรไกรสำนักงานที่ออกแบบมาสำหรับการตัดกระดาษ มีใบมีดยาวและด้ามจับยาวเกือบเท่ากัน การตัดกระดาษไม่จำเป็นต้องใช้แรงมากนัก และใบมีดยาวช่วยให้ตัดเป็นเส้นตรงได้ง่ายขึ้น กรรไกรตัด แผ่นโลหะ(รูป) มีด้ามจับยาวกว่าใบมีดมาก เนื่องจากแรงต้านทานของโลหะมีมากและเพื่อให้สมดุล แขนของแรงออกฤทธิ์จึงต้องเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ความแตกต่างระหว่างความยาวของด้ามจับและระยะห่างของชิ้นส่วนตัดและแกนการหมุนนั้นยิ่งใหญ่กว่า เครื่องตัดลวด(รูป) ออกแบบมาเพื่อตัดลวด

คันโยก หลากหลายชนิดใช้ได้กับรถยนต์หลายคัน ที่จับของจักรเย็บผ้า แป้นเหยียบหรือเบรกมือของจักรยาน แป้นเหยียบของรถยนต์และรถแทรกเตอร์ และกุญแจของเปียโน ล้วนเป็นตัวอย่างของคันโยกที่ใช้ในเครื่องจักรและเครื่องมือเหล่านี้

ตัวอย่างของการใช้คันโยกคือมือจับของรองและโต๊ะทำงานคันโยก เครื่องเจาะฯลฯ

การทำงานของคันโยกจะขึ้นอยู่กับหลักการของคันโยก (รูปที่) ตาชั่งการฝึกอบรมที่แสดงในรูปที่ 48 (หน้า 42) ทำหน้าที่เป็น คันโยกแขนเท่ากัน . ใน เครื่องชั่งทศนิยมไหล่ที่ใช้ห้อยถ้วยตุ้มน้ำหนักจะยาวกว่าไหล่ที่รับน้ำหนักถึง 10 เท่า ทำให้การชั่งน้ำหนักสิ่งของขนาดใหญ่ง่ายขึ้นมาก เมื่อชั่งน้ำหนักสิ่งของในระดับทศนิยม คุณควรคูณมวลของน้ำหนักด้วย 10

อุปกรณ์เครื่องชั่งสำหรับการชั่งน้ำหนักรถบรรทุกสินค้าของรถยนต์ก็ขึ้นอยู่กับกฎการงัดเช่นกัน

คันโยกก็พบเช่นกัน ส่วนต่างๆร่างกายของสัตว์และมนุษย์ เหล่านี้ได้แก่ แขน ขา กราม คันโยกหลายชนิดสามารถพบได้ในร่างกายของแมลง (โดยการอ่านหนังสือเกี่ยวกับแมลงและโครงสร้างของร่างกาย) นก และในโครงสร้างของพืช

การใช้กฎสมดุลของคันโยกกับบล็อก

ปิดกั้นเป็นล้อแบบมีร่องติดตั้งอยู่ในที่ยึด เชือก สายเคเบิล หรือโซ่ถูกส่งผ่านร่องบล็อก

บล็อกคงที่ สิ่งนี้เรียกว่าบล็อกที่มีแกนคงที่และไม่ขึ้นหรือลงเมื่อยกของหนัก (รูปที่)

บล็อกคงที่ถือได้ว่าเป็นคันโยกที่มีอาวุธเท่ากันซึ่งแขนของแรงจะเท่ากับรัศมีของล้อ (รูป): โอเอ = OB = อาร์. บล็อกดังกล่าวไม่ได้ให้ความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น ( เอฟ 1 = เอฟ 2) แต่ให้คุณเปลี่ยนทิศทางของแรงได้ บล็อกเคลื่อนย้ายได้ - นี่คือบล็อก แกนที่เพิ่มขึ้นและลดลงพร้อมกับโหลด (รูปที่) รูปภาพแสดงคันโยกที่เกี่ยวข้อง: เกี่ยวกับ- จุดศูนย์กลางของคันโยก โอเอ- ความแข็งแรงของไหล่ รและ อ.บ- ความแข็งแรงของไหล่ เอฟ. ตั้งแต่ไหล่ อ.บไหล่ 2 ครั้ง โอเอแล้วความแข็งแกร่ง เอฟออกแรงน้อยกว่า 2 เท่า ร:

ฉ = พี/2 .

ดังนั้น, บล็อกที่เคลื่อนย้ายได้ให้ความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น 2 เท่า .

สิ่งนี้สามารถพิสูจน์ได้โดยใช้แนวคิดเรื่องโมเมนต์แห่งพลัง เมื่อบล็อกอยู่ในสภาวะสมดุล โมเมนต์ของแรง เอฟและ รเท่ากัน แต่ไหล่แห่งความแข็งแกร่ง เอฟเลเวอเรจ 2 เท่า รและด้วยเหตุนี้เอง อำนาจนั้นเอง เอฟออกแรงน้อยกว่า 2 เท่า ร.

โดยปกติแล้วในทางปฏิบัติจะใช้การรวมกันของบล็อกแบบคงที่และแบบเคลื่อนย้ายได้ (รูปที่) บล็อกคงที่ใช้เพื่อความสะดวกเท่านั้น มันไม่ได้ให้กำลังเพิ่มขึ้น แต่มันเปลี่ยนทิศทางของแรง ตัวอย่างเช่น ช่วยให้คุณสามารถยกของขณะยืนอยู่บนพื้นได้ สิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับคนจำนวนมากหรือคนงาน แต่กลับได้รับความแข็งแกร่งมากกว่าปกติถึง 2 เท่า!

ความเท่าเทียมกันของงานเมื่อใช้กลไกง่ายๆ "กฎทอง" ของช่างกล

กลไกง่ายๆ ที่เราพิจารณาใช้ในการปฏิบัติงานในกรณีที่จำเป็นต้องสร้างสมดุลของแรงอีกแรงหนึ่งผ่านการกระทำของแรงเดียว

โดยธรรมชาติแล้ว คำถามเกิดขึ้น: ในขณะที่ได้รับความเข้มแข็งหรือเส้นทาง กลไกง่ายๆ จะไม่ให้ผลกำไรในการทำงานใช่หรือไม่ คำตอบสำหรับคำถามนี้ได้มาจากประสบการณ์

โดยการสร้างสมดุลของแรงที่มีขนาดต่างกันสองแรงบนคันโยก เอฟ 1 และ เอฟ 2 (รูป) ตั้งคันโยกให้เคลื่อนที่ ปรากฎว่าในขณะเดียวกันก็มีจุดใช้แรงที่เล็กกว่า เอฟ 2 ก้าวต่อไป ส 2 และจุดใช้แรงที่มากขึ้น เอฟ 1 - เส้นทางที่สั้นกว่า ส 1. เมื่อวัดเส้นทางและโมดูลแรงเหล่านี้แล้ว เราพบว่าเส้นทางที่เคลื่อนที่ผ่านจุดที่ใช้แรงบนคันโยกนั้นแปรผกผันกับแรง:

ส 1 / ส 2 = เอฟ 2 / เอฟ 1.

ดังนั้นเมื่อใช้แขนยาวของคันโยกเราจึงได้รับความแข็งแกร่ง แต่ในขณะเดียวกันเราก็สูญเสียไปในจำนวนที่เท่ากันตลอดทาง

สินค้าของแรง เอฟระหว่างทาง สมีงานทำ การทดลองของเราแสดงให้เห็นว่างานที่ทำโดยแรงที่ใช้กับคันโยกนั้นมีค่าเท่ากัน:

เอฟ 1 ส 1 = เอฟ 2 ส 2 คือ ก 1 = ก 2.

ดังนั้น, เมื่อใช้เลเวอเรจ คุณจะไม่สามารถชนะในที่ทำงานได้

ด้วยการใช้เลเวอเรจ เราสามารถได้รับพลังหรือระยะทาง โดยการใช้แรงที่แขนสั้นของคันโยก เราจะได้ระยะทางเพิ่มขึ้น แต่จะสูญเสียความแข็งแกร่งในปริมาณที่เท่ากัน

มีตำนานเล่าว่าอาร์คิมิดีสยินดีกับการค้นพบกฎแห่งการงัดและอุทานว่า "ขอจุดศูนย์กลางให้ฉันแล้วฉันจะพลิกโลก!"

แน่นอนว่า อาร์คิมิดีสไม่สามารถรับมือกับงานดังกล่าวได้ แม้ว่าเขาจะได้รับจุดศูนย์กลาง (ซึ่งควรจะอยู่นอกโลก) และคันโยกที่มีความยาวตามที่กำหนดก็ตาม

ในการยกพื้นโลกให้สูงขึ้นเพียง 1 ซม. แขนยาวของคันโยกจะต้องอธิบายถึงส่วนโค้งที่มีความยาวมหาศาล อาจต้องใช้เวลาหลายล้านปีในการเคลื่อนคันโยกปลายด้านยาวไปตามเส้นทางนี้ เช่น ด้วยความเร็ว 1 เมตร/วินาที!

บล็อกที่อยู่กับที่ไม่ได้ให้ประโยชน์ในการทำงานซึ่งง่ายต่อการตรวจสอบด้วยการทดลอง (ดูรูป) วิธี จุดที่ผ่านได้การใช้กำลัง เอฟและ เอฟเท่ากัน แรงเท่ากัน แสดงว่างานก็เหมือนกัน

คุณสามารถวัดและเปรียบเทียบงานที่ทำโดยใช้บล็อกที่เคลื่อนที่ได้ ในการยกของให้สูง h โดยใช้บล็อกแบบเคลื่อนย้ายได้ จำเป็นต้องเลื่อนปลายเชือกที่ติดไดนาโมมิเตอร์ไว้ ดังประสบการณ์แสดงให้เห็น (รูปที่) ไปที่ความสูง 2 ชม.

ดังนั้น, เมื่อได้รับความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น 2 เท่าพวกเขาจะสูญเสีย 2 เท่าระหว่างทางดังนั้นบล็อกที่เคลื่อนย้ายได้จึงไม่ให้ประโยชน์ในการทำงาน

การปฏิบัติที่มีมาหลายศตวรรษได้แสดงให้เห็นแล้วว่า ไม่มีกลไกใดที่ทำให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นพวกเขาใช้กลไกต่าง ๆ เพื่อเอาชนะความแข็งแกร่งหรือการเดินทางขึ้นอยู่กับสภาพการทำงาน

นักวิทยาศาสตร์โบราณรู้กฎที่ใช้ได้กับกลไกทั้งหมดแล้ว: ไม่ว่าเราจะชนะด้วยความแข็งแกร่งกี่ครั้งก็ตาม แต่จำนวนครั้งที่เราแพ้ในระยะทางเท่ากัน กฎนี้เรียกว่า "กฎทอง" ของกลศาสตร์

ประสิทธิภาพของกลไก

เมื่อพิจารณาการออกแบบและการทำงานของคันบังคับ เราไม่ได้คำนึงถึงแรงเสียดทานรวมถึงน้ำหนักของคันบังคับด้วย ในสิ่งเหล่านี้ เงื่อนไขในอุดมคติงานที่ทำโดยแรงที่ใช้ (เราจะเรียกงานนี้ว่า เต็ม), เท่ากับ มีประโยชน์ทำงานในการยกของหนักหรือเอาชนะแรงต้านใด ๆ

ในทางปฏิบัติ งานทั้งหมดที่ทำโดยใช้กลไกจะมากกว่าเล็กน้อยเสมอ งานที่มีประโยชน์.

งานส่วนหนึ่งกระทำต่อแรงเสียดทานในกลไกและโดยการเคลื่อนแต่ละชิ้นส่วน ดังนั้นเมื่อใช้บล็อกแบบเคลื่อนย้ายได้ คุณจะต้องทำงานเพิ่มเติมเพื่อยกบล็อกเอง เชือก และกำหนดแรงเสียดทานในแกนของบล็อก

ไม่ว่าเราจะใช้กลไกใดก็ตาม งานที่เป็นประโยชน์ที่ทำด้วยความช่วยเหลือนั้นจะถือเป็นเพียงส่วนหนึ่งของงานทั้งหมดเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าแสดงถึงงานที่มีประโยชน์ด้วยตัวอักษร Ap งานทั้งหมด (ใช้จ่าย) ด้วยตัวอักษร Az เราสามารถเขียนได้:

ขึ้น< Аз или Ап / Аз < 1.

อัตราส่วนของงานที่เป็นประโยชน์ต่องานทั้งหมดเรียกว่าประสิทธิภาพของกลไก

ปัจจัยประสิทธิภาพย่อว่าประสิทธิภาพ

ประสิทธิภาพ = Ap / Az

โดยทั่วไปประสิทธิภาพจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์และแสดงด้วยตัวอักษรกรีก η อ่านว่า "eta":

η = Ap / Az · 100%

ตัวอย่าง: บรรทุกน้ำหนัก 100 กิโลกรัม แขวนไว้ที่แขนสั้นของคันโยก ในการยกจะต้องใช้แรง 250 นิวตันกับแขนยาว โหลดขึ้นสูง h1 = 0.08 ม. และจุดใช้งาน แรงผลักดันลดลงจนสูง h2 = 0.4 ม. จงหาประสิทธิภาพของคันโยก

มาเขียนเงื่อนไขของปัญหาและแก้ไขกัน

ที่ให้ไว้ :

สารละลาย :

η = Ap / Az · 100%

งานทั้งหมด (ใช้จ่าย) Az = Fh2

งานที่มีประโยชน์ Ap = Рh1

P = 9.8 100 กก. กลับไปยัง 1,000 นิวตัน

Ap = 1,000 N · 0.08 = 80 เจ

Az = 250 N · 0.4 ม. = 100 เจ

η = 80 จูล/100 จูล 100% = 80%

คำตอบ : η = 80%

แต่ " กฎทอง"ในกรณีนี้ก็ดำเนินการเช่นกัน ส่วนหนึ่งของงานที่มีประโยชน์ - 20% ของงานนั้นใช้ไปกับการเอาชนะแรงเสียดทานในแกนของคันโยกและแรงต้านของอากาศตลอดจนการเคลื่อนที่ของคันโยกเอง

ประสิทธิภาพของกลไกใด ๆ จะน้อยกว่า 100% เสมอ เมื่อออกแบบกลไก ผู้คนมุ่งมั่นที่จะเพิ่มประสิทธิภาพของตน เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ แรงเสียดทานในแกนของกลไกและน้ำหนักจะลดลง

พลังงาน.

ในโรงงานและโรงงาน เครื่องจักรต่างๆ ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งกินพลังงาน พลังงานไฟฟ้า(จึงเป็นที่มาของชื่อ)

จากประสบการณ์ในชีวิตประจำวันของเรา คำว่า “งาน” ปรากฏบ่อยมาก แต่เราควรแยกความแตกต่างระหว่างงานทางสรีรวิทยาและงานจากมุมมองของวิทยาศาสตร์ฟิสิกส์ เมื่อคุณกลับจากชั้นเรียน คุณจะพูดว่า: “โอ้ ฉันเหนื่อยมาก!” นี่คืองานทางสรีรวิทยา หรือยกตัวอย่างการทำงานเป็นทีมค่ะ นิทานพื้นบ้าน"หัวผักกาด".

รูปที่ 1 ทำงานตามความหมายในชีวิตประจำวัน

เราจะพูดถึงงานจากมุมมองของฟิสิกส์ที่นี่

งานเครื่องกลจะดำเนินการหากร่างกายเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรง งานถูกกำหนดด้วยตัวอักษรละติน A คำจำกัดความของงานที่เข้มงวดยิ่งขึ้นมีลักษณะเช่นนี้

งานของแรงคือปริมาณทางกายภาพเท่ากับผลคูณของขนาดของแรงและระยะทางที่ร่างกายเคลื่อนที่ไปในทิศทางของแรง

รูปที่ 2 งานคือปริมาณทางกายภาพ

สูตรนี้ใช้ได้เมื่อมีแรงคงที่กระทำต่อร่างกาย

ในระบบสากลของหน่วย SI งานจะวัดเป็นจูล

ซึ่งหมายความว่าหากวัตถุเคลื่อนที่ได้ 1 เมตรภายใต้อิทธิพลของแรง 1 นิวตัน แสดงว่าแรงนี้ทำงาน 1 จูล

หน่วยงานนี้ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ James Prescott Joule

รูปที่ 3 เจมส์ เพรสคอตต์ จูล (1818 - 1889)

จากสูตรการคำนวณงานพบว่ามีสามกรณีที่เป็นไปได้เมื่องานมีค่าเท่ากับศูนย์

กรณีแรกคือเมื่อมีแรงกระทำต่อร่างกาย แต่ร่างกายไม่เคลื่อนไหว ตัวอย่างเช่น บ้านมีแรงโน้มถ่วงมหาศาล แต่เธอไม่ได้ทำงานอะไรเพราะบ้านไม่เคลื่อนไหว

กรณีที่สองคือเมื่อร่างกายเคลื่อนที่ด้วยความเฉื่อย กล่าวคือ ไม่มีแรงใดมากระทำ ตัวอย่างเช่น, ยานอวกาศเคลื่อนที่ไปในอวกาศระหว่างกาแล็กซี

กรณีที่สามคือเมื่อมีแรงกระทำต่อร่างกายตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกาย ในกรณีนี้แม้ว่าร่างกายจะเคลื่อนไหวและมีแรงกระทำต่อร่างกาย แต่ไม่มีการเคลื่อนไหวของร่างกาย ในทิศทางของแรง.

รูปที่ 4 สามกรณีเมื่องานเป็นศูนย์

ควรกล่าวด้วยว่างานที่ทำโดยกำลังอาจเป็นผลลบได้ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นหากร่างกายเคลื่อนไหว ขัดแย้งกับทิศทางของแรง. ตัวอย่างเช่น เมื่อเครนยกสิ่งของเหนือพื้นดินโดยใช้สายเคเบิล งานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงจะเป็นลบ (และงานที่ทำโดยแรงยืดหยุ่นของสายเคเบิลที่พุ่งขึ้นด้านบนจะเป็นค่าบวก)

สมมติว่าเมื่อดำเนินการ งานก่อสร้างหลุมจะต้องเต็มไปด้วยทราย รถขุดจะใช้เวลาไม่กี่นาที แต่คนงานที่มีพลั่วจะต้องทำงานเป็นเวลาหลายชั่วโมง แต่ทั้งผู้ขุดและคนงานก็คงจะเสร็จเรียบร้อย งานเดียวกัน.

รูปที่ 5 งานเดียวกันสามารถทำได้ในเวลาที่ต่างกัน

เพื่อระบุลักษณะความเร็วของงานที่ทำในวิชาฟิสิกส์ จะใช้ปริมาณที่เรียกว่ากำลัง

กำลังคือปริมาณทางกายภาพเท่ากับอัตราส่วนของงานต่อเวลาที่ดำเนินการ

กำลังระบุด้วยตัวอักษรละติน เอ็น.

หน่วย SI ของกำลังคือวัตต์

หนึ่งวัตต์คือกำลังงานหนึ่งจูลในหนึ่งวินาที

หน่วยกำลังตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์ชาวอังกฤษ เครื่องยนต์ไอน้ำเจมส์ วัตต์.

รูปที่ 6 เจมส์ วัตต์ (1736 - 1819)

เรามารวมสูตรคำนวณงานกับสูตรคำนวณกำลังกัน

ให้เราจำไว้ว่าอัตราส่วนของเส้นทางที่ร่างกายเดินทางคือ สตามเวลาที่มีการเคลื่อนไหว ทีหมายถึงความเร็วของการเคลื่อนไหวของร่างกาย โวลต์.

ดังนั้น, กำลังเท่ากับผลคูณของค่าตัวเลขของแรงและความเร็วของร่างกายในทิศทางของแรง.

สูตรนี้สะดวกในการใช้เมื่อแก้ไขปัญหาที่แรงกระทำต่อวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ทราบ

บรรณานุกรม

1. Lukashik V.I. , Ivanova E.V. รวบรวมปัญหาทางฟิสิกส์สำหรับเกรด 7-9 ของสถาบันการศึกษาทั่วไป - ฉบับที่ 17 - อ.: การศึกษา, 2547.
2. Peryshkin A.V. ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 - ฉบับที่ 14 แบบเหมารวม. - ม.: อีสตาร์ด, 2010.
3. Peryshkin A.V. การรวบรวมปัญหาทางฟิสิกส์เกรด 7-9: รุ่นที่ 5 แบบเหมารวม - อ: สำนักพิมพ์ “สอบ”, 2553.

1. พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต Physics.ru ()
2. พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต Festival.1september.ru ()
3. พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต Fizportal.ru ()
4. พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต Elkin52.narod.ru ()

การบ้าน

1. งานมีค่าเท่ากับศูนย์ในกรณีใดบ้าง?
2. งานตามเส้นทางเดินทางไปในทิศทางของแรงเป็นอย่างไร? ไปในทิศทางตรงกันข้าม?
3. แรงเสียดทานที่กระทำต่ออิฐเมื่อเคลื่อนที่ไป 0.4 ม. ทำได้มากน้อยเพียงใด แรงเสียดทานคือ 5 N

เพื่อให้สามารถระบุลักษณะเฉพาะด้านพลังงานของการเคลื่อนไหวได้ จึงได้นำแนวคิดของงานเครื่องกลมาใช้ และบทความนี้ได้อุทิศให้กับบทความนี้ในรูปแบบต่างๆ หัวข้อนี้ทั้งง่ายและค่อนข้างเข้าใจยาก ผู้เขียนพยายามอย่างจริงใจเพื่อให้เข้าใจง่ายและเข้าถึงได้มากขึ้นและใคร ๆ ก็หวังได้ว่าจะบรรลุเป้าหมายเท่านั้น

งานเครื่องกลเรียกว่าอะไร?

มันเรียกว่าอะไร? หากมีแรงบางอย่างเกิดขึ้นกับร่างกาย และผลจากการกระทำนั้นทำให้ร่างกายเคลื่อนที่ สิ่งนั้นเรียกว่างานทางกล เมื่อเข้าใกล้จากมุมมองของปรัชญาวิทยาศาสตร์สามารถเน้นประเด็นเพิ่มเติมหลายประการได้ที่นี่ แต่บทความจะครอบคลุมหัวข้อจากมุมมองของฟิสิกส์ งานเครื่องกลไม่ใช่เรื่องยากถ้าคุณคิดอย่างรอบคอบเกี่ยวกับคำที่เขียนไว้ที่นี่ แต่โดยปกติจะไม่ได้เขียนคำว่า "เครื่องกล" และทุกอย่างจะสั้นลงเหลือคำว่า "งาน" แต่ไม่ใช่ทุกงานที่เป็นกลไก นี่คือผู้ชายคนหนึ่งกำลังนั่งคิดอยู่ มันได้ผลเหรอ? ทางจิตใจ ใช่แล้ว! แต่นี่มันงานเครื่องกลเหรอ? เลขที่ เกิดอะไรขึ้นถ้าคนเดิน? หากร่างกายเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรง แสดงว่าเป็นงานทางกล มันง่ายมาก กล่าวอีกนัยหนึ่ง แรงที่กระทำต่อร่างกายจะทำงาน (ทางกล) และอีกอย่างหนึ่ง: เป็นงานที่สามารถกำหนดลักษณะผลลัพธ์ของการกระทำของแรงบางอย่างได้ ดังนั้นหากบุคคลหนึ่งเดินแรงบางอย่าง (แรงเสียดทานแรงโน้มถ่วง ฯลฯ ) จะทำงานทางกลกับบุคคลนั้นและจากการกระทำของพวกเขาบุคคลนั้นจะเปลี่ยนตำแหน่งของเขาหรืออีกนัยหนึ่งคือเคลื่อนที่

งานเป็นปริมาณทางกายภาพเท่ากับแรงที่กระทำต่อร่างกาย คูณด้วยเส้นทางที่ร่างกายสร้างขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงนี้และในทิศทางที่แรงนั้นระบุไว้ เราสามารถพูดได้ว่างานกลไกเสร็จสิ้นได้หากตรงตามเงื่อนไข 2 ประการพร้อมกัน นั่นคือ แรงที่กระทำต่อร่างกาย และแรงนั้นเคลื่อนที่ไปในทิศทางของการกระทำ แต่จะไม่เกิดขึ้นหรือไม่เกิดขึ้นหากแรงกระทำและวัตถุไม่เปลี่ยนตำแหน่งในระบบพิกัด ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ เมื่อไม่ได้ทำงานด้านกลไก:

1. ดังนั้นบุคคลจึงสามารถพิงก้อนหินขนาดใหญ่เพื่อเคลื่อนย้ายได้ แต่มีกำลังไม่เพียงพอ แรงกระทำบนหิน แต่มันไม่เคลื่อนที่ และไม่มีงานใดเกิดขึ้น
2. ร่างกายเคลื่อนที่ในระบบพิกัด และแรงมีค่าเท่ากับศูนย์หรือทั้งหมดได้รับการชดเชยแล้ว สิ่งนี้สามารถสังเกตได้ในขณะที่เคลื่อนที่ด้วยความเฉื่อย
3. เมื่อทิศทางที่วัตถุเคลื่อนที่ตั้งฉากกับการกระทำของแรง เมื่อรถไฟเคลื่อนที่ไปตามเส้นแนวนอน แรงโน้มถ่วงจะไม่ทำงาน

งานทางกลอาจเป็นค่าลบและบวกได้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขบางประการ ดังนั้นหากทิศทางของทั้งแรงและการเคลื่อนไหวของร่างกายเหมือนกัน งานเชิงบวกก็จะเกิดขึ้น ตัวอย่าง การทำงานเชิงบวกคือผลของแรงโน้มถ่วงต่อหยดน้ำที่ตกลงมา แต่ถ้าแรงและทิศทางการเคลื่อนที่ตรงกันข้าม งานทางกลเชิงลบก็จะเกิดขึ้น ตัวอย่างของตัวเลือกดังกล่าวกำลังเพิ่มขึ้น บอลลูนและแรงโน้มถ่วงซึ่งส่งผลเสีย เมื่อวัตถุตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงหลายๆ แรง งานดังกล่าวเรียกว่า “งานแรงลัพธ์”

คุณสมบัติการใช้งานจริง (พลังงานจลน์)

เรามาเปลี่ยนจากทฤษฎีไปสู่ภาคปฏิบัติกันดีกว่า แยกกันเราควรพูดถึงงานเครื่องกลและการใช้ในฟิสิกส์ อย่างที่หลายๆ คนคงจำได้ พลังงานทั้งหมดของร่างกายแบ่งออกเป็นจลน์และศักย์ไฟฟ้า เมื่อวัตถุอยู่ในสภาวะสมดุลและไม่เคลื่อนที่ไปไหนเลย พลังงานศักย์ของมันจะเท่ากับพลังงานทั้งหมดและพลังงานจลน์ของมันจะเท่ากับศูนย์ เมื่อการเคลื่อนไหวเริ่มต้นขึ้น พลังงานศักย์เริ่มลดลง พลังงานจลน์เริ่มเพิ่มขึ้น แต่โดยรวมแล้วพลังงานทั้งหมดจะเท่ากับพลังงานทั้งหมดของวัตถุ สำหรับจุดวัตถุ พลังงานจลน์ถูกกำหนดให้เป็นการทำงานของแรงที่เร่งจุดจากศูนย์ไปเป็นค่า H และในรูปแบบสูตร จลนศาสตร์ของวัตถุจะเท่ากับ ½*M*N โดยที่ M คือมวล ในการหาพลังงานจลน์ของวัตถุที่ประกอบด้วยอนุภาคจำนวนมาก คุณต้องหาผลรวมของพลังงานจลน์ทั้งหมดของอนุภาค และนี่จะเป็นพลังงานจลน์ของร่างกาย

คุณสมบัติของการประยุกต์ใช้งานจริง (พลังงานศักย์)

ในกรณีที่แรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกายเป็นแบบอนุรักษ์นิยม และพลังงานศักย์เท่ากับพลังงานทั้งหมด ก็ไม่มีงานใดเกิดขึ้น สมมุติฐานนี้เรียกว่ากฎการอนุรักษ์พลังงานกล พลังงานกลในระบบปิดจะคงที่ตลอดช่วงเวลา กฎหมายอนุรักษ์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการแก้ปัญหาจากกลศาสตร์คลาสสิก

คุณสมบัติของการประยุกต์ใช้งานจริง (อุณหพลศาสตร์)

ในอุณหพลศาสตร์ งานที่ทำโดยแก๊สระหว่างการขยายตัวจะคำนวณโดยอินทิกรัลของความดันคูณปริมาตร วิธีการนี้ใช้ไม่เพียงแต่ในกรณีที่มีฟังก์ชันปริมาตรที่แน่นอน แต่ยังรวมถึงกระบวนการทั้งหมดที่สามารถแสดงในระนาบความดัน/ปริมาตรด้วย นอกจากนี้ยังใช้ความรู้เกี่ยวกับงานเครื่องกลไม่เพียงแต่กับก๊าซเท่านั้น แต่ยังใช้กับทุกสิ่งที่สามารถสร้างแรงกดดันได้

คุณสมบัติของการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติในทางปฏิบัติ (กลศาสตร์เชิงทฤษฎี)

ในกลศาสตร์เชิงทฤษฎี คุณสมบัติและสูตรทั้งหมดที่อธิบายไว้ข้างต้นได้รับการพิจารณาอย่างละเอียดยิ่งขึ้น โดยเฉพาะการคาดการณ์ นอกจากนี้ยังให้คำจำกัดความสำหรับสูตรต่างๆ ของงานเครื่องกล (ตัวอย่างคำจำกัดความสำหรับอินทิกรัลของ Rimmer): ขีดจำกัดที่ผลรวมของแรงทั้งหมดของงานเบื้องต้นมีแนวโน้ม เมื่อความละเอียดของพาร์ติชันมีแนวโน้มเป็นศูนย์ เรียกว่า การทำงานของแรงตามแนวโค้ง คงจะยากใช่ไหม? แต่ไม่มีอะไร ทุกอย่างเรียบร้อยดีด้วยกลศาสตร์เชิงทฤษฎี ใช่แล้ว งานเครื่องกล ฟิสิกส์ และปัญหาอื่นๆ จบลงแล้ว นอกจากนี้จะเป็นเพียงตัวอย่างและข้อสรุปเท่านั้น

หน่วยวัดงานเครื่องกล

SI ใช้จูลในการวัดงาน ในขณะที่ GHS ใช้ ergs:

1. 1 J = 1 กิโลกรัม ตรม./วินาที2 = 1 นิวตันเมตร
2. 1 เอิร์ก = 1 กรัม cm²/s² = 1 ดายน์ ซม
3. 1 เอิร์ก = 10 −7 เจ

ตัวอย่างงานเครื่องกล

เพื่อให้เข้าใจแนวคิดเช่นงานเครื่องจักรกลในที่สุดคุณควรศึกษาตัวอย่างหลายตัวอย่างที่จะช่วยให้คุณสามารถพิจารณาจากหลาย ๆ ด้าน แต่ไม่ใช่ทั้งหมด:

1. เมื่อบุคคลยกหินด้วยมือ งานกลจะเกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของความแข็งแรงของกล้ามเนื้อของมือ
2. เมื่อรถไฟแล่นไปตามราง รถไฟจะถูกดึงโดยแรงดึงของรถแทรกเตอร์ (หัวรถจักรไฟฟ้า หัวรถจักรดีเซล ฯลฯ)
3. หากคุณหยิบปืนและยิงจากนั้นต้องขอบคุณแรงกดดันที่สร้างขึ้นโดยผงก๊าซงานก็จะสำเร็จ: กระสุนถูกเคลื่อนที่ไปตามลำกล้องปืนในเวลาเดียวกันกับที่ความเร็วของกระสุนเพิ่มขึ้น
4. งานเครื่องกลก็เกิดขึ้นเมื่อแรงเสียดทานกระทำต่อร่างกาย บังคับให้ร่างกายลดความเร็วในการเคลื่อนที่
5. ตัวอย่างข้างต้นกับลูกบอลเมื่อพวกมันลอยขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามสัมพันธ์กับทิศทางของแรงโน้มถ่วงก็เป็นตัวอย่างหนึ่งของงานทางกลด้วย แต่นอกเหนือจากแรงโน้มถ่วงแล้ว แรงของอาร์คิมิดีสยังทำหน้าที่เมื่อทุกสิ่งที่เบากว่าอากาศลอยขึ้น

อำนาจคืออะไร?

สุดท้ายนี้ผมอยากจะกล่าวถึงหัวข้อเรื่องอำนาจ งานที่กระทำด้วยกำลังในหนึ่งหน่วยเวลาเรียกว่ากำลัง ในความเป็นจริง กำลังคือปริมาณทางกายภาพที่สะท้อนอัตราส่วนของงานต่อช่วงเวลาหนึ่งในระหว่างที่งานนี้เสร็จสิ้น: M=P/B โดยที่ M คือกำลัง P คืองาน B คือเวลา หน่วยกำลัง SI คือ 1 W วัตต์เท่ากับกำลังงานหนึ่งจูลในหนึ่งวินาที: 1 W=1J\1s