PRACA Pracą mechaniczną nazywamy iloczyn wartości siły i wartości przemieszczenia, które nastąpiło zgodnie ze zwrotem działającej siły.

Transkrypt

1 PRACA Pracą mechaniczną nazywamy iloczyn wartości siły i wartości przemieszczenia, które nastąpiło zgodnie ze zwrotem działającej siły. Pracę oznaczamy literą W Pracę obliczamy ze wzoru: W = F s W praca; F siła; s droga (przesunięcie) Z pracą mamy do czynienia wtedy, kiedy działa siła i wskutek działania tej siły następuje przemieszczenie ciała. Dodatkowo kierunek i zwrot siły musi być zgodny z kierunkiem i zwrotem przemieszczenia. Jeśli przemieszczenie odbywa się w kierunku prostopadłym do działania siły, to praca równa jest zero. Kiedy siła lub przemieszczenie ma wartość 0, to z punktu widzenia fizyki nie mamy do czynienia z pracą mechaniczną. Praca mechaniczna występuje także wtedy, kiedy następuje odkształcenie ciała pod działaniem siły. Jednostką pracy mechanicznej w układzie SI jest 1J (dżul). 1J = 1N 1m Praca ma wartość 1J, kiedy siła 1N działająca na ciało przemieszcza go o 1m, zgodnie z kierunkiem jej działania. MOC Moc to stosunek pracy do czasu w jakim ta praca została wykonana. Moc oznaczamy literą P Moc obliczamy ze wzoru: P - moc; W praca; t - czas Jednostką mocy w układzie SI jest 1W (wat). P = W t 1W = 1J 1s Urządzenie ma moc 1 wata jeżeli w czasie 1 s wykonuje pracę 1 J. Jednostką mocy używaną w motoryzacji jest koń mechaniczny. 1KM=735 W ENERGIA MECHANICZNA. RODZAJE ENERGII MECHANICZNEJ Energia to wielkość fizyczna charakteryzująca zdolność układu do wykonania pracy. Energię oznaczamy literą E Jednostką energii w układzie SI jest 1J (dżul). Ciało ma energię 1 dżula, jeśli może wykonać pracę o wartości 1 dżula.

2 Gdy ciało wykonuje pracę, traci swoją energię. Gdy praca jest wykonywana nad ciałem, zyskuje ono energię. Przyrost energii ciała jest równy wykonanej nad ciałem pracy: E = W ΔE zmiana energii; W - praca Wyróżnia się wiele rodzajów energii: Najważniejsze z nich to energia: mechaniczna, która może być energią: potencjalną związaną z położeniem ciała i oddziaływaniami kinetyczną związaną z ruchem ciała cieplna (wewnętrzna) jest sumą energii kinetycznych i potencjalnych wszystkich atomów i cząsteczek, z których zbudowane jest ciało elektryczna energia, którą prąd przekazuje odbiornikowi energii elektrycznej; dzięki tej energii odbiornik wykonuje pracę chemiczna zgromadzona w substancji w postaci wiązań chemicznych, uwalniana w trakcie reakcji chemicznych jądrowa energia zgromadzona w jądrach atomów i wydzielana podczas przemian jądrowych słoneczna to energia wypromieniowana przez Słońce Energia jest wielkością skalarną, więc do jej opisu wystarczy tylko wartość liczbowa; nie jest potrzebne (ani możliwe) określenie kierunku, zwrotu i punktu przyłożenia. Ponieważ miarą energii jest zdolność do wykonywania pracy, jednostki pracy i energii są takie same. ENERGIA POTENCJALNA CIĘŻKOŚCI Energia potencjalna ciężkości to energia jaką posiada ciało, które ma masę oraz znajduje się na pewnej wysokości względem wybranego układu odniesienia. Jednostką energii potencjalnej ciężkości w układzie SI jest 1J (dżul). E p = m g h E p energia potencjalna ciężkości m masa ciała g przyspieszenie ziemskie h wysokość, na którą wzniesione jest ciało Zmiana energii potencjalnej ciężkości zależy od różnicy wysokości początkowej i końcowej ciała, a nie zależy od sposobu w jaki ciało się przemieszczało z jednego miejsca w drugie. Jeżeli ciało się przemieszcza, ale wysokość, na której znajduje się ciało nie ulega zmianie, to i energia potencjalna ciężkości tego ciała się nie zmienia. Energia potencjalna ciężkości zależy od przyjętego poziomu odniesienia. Gdy obliczam energię potencjalną ciężkości to musimy wyznaczyć płożenie zerowe, d którego będzie się obliczało energię.

3 ENERGIA POTENCJALNA SPRĘŻYSTOŚCI Energia potencjalna sprężystości to energia związana ze sprężystym odkształceniem ciała. Odkształcenie sprężyste to taka zmiana kształtu ciała, która ustępuje po usunięciu siły która je wywołała. Jednostką energii potencjalnej sprężystości w układzie SI jest 1J (dżul). Siła działająca na ciało może wywołać odkształcenie. Jeśli ciało jest sprężyste, to odkształcając to ciało, gromadzimy w nim energię potencjalną sprężystości. Energia potencjalna sprężystości zależy od wychylenia ciała z jego położenia równowagi. Ciała zachowują sprężystość w ograniczonym zakresie działających sił. E p energia potencjalna sprężystości k stała sprężystości ciała x wychylenie z położenia równowagi E p = k x2 2 Niektóre ciała pod wpływem siły ulegają odkształceniu to znaczy zmieniają kształt. Jeśli po usunięciu siły ciało wraca do poprzedniego kształtu, to mówimy, że odkształcenie było sprężyste. Odkształcenie może być mniejsze lub większe. Miarą odkształcenia jest wychylenie z położenia równowagi, oznaczane x. Np. gdy sprężyna jest w położeniu równowagi (tzn. nie działają żadne siły by ją odkształcić) to x=0. Gdy sprężynę ściśniemy, tak iż skróci się o 1 cm, to x=-1 cm. Gdy ją rozciągniemy, wydłużając o 1 cm, to x = 1 cm. ENERGIA KINETYCZNA Energia kinetyczna to energia ciała będącego w ruchu. Jednostką energii kinetycznej w układzie SI jest 1J (dżul). E k energia kinetyczna m masa ciała v prędkość, z jaką porusza się ciało E k = m v2 Jak wynika ze wzoru energia kinetyczna jest wprost proporcjonalna do masy ciała i kwadratu jego prędkości. Oznacza to, że im większa jest masa ciała, tym większa energia kinetyczna, również im większa jest prędkość ciała tym większa jego energia kinetyczna. Energię kinetyczną posiada każde ciało, które ma masę oraz znajduje się w ruchu. Zmiana energii kinetycznej jest równa pracy wykonanej nad ciałem przez siłę wypadkową. 2

4 ZASADA ZACHOWANIA ENERGII MECHANICZNEJ Energia mechaniczna to suma energii potencjalnej i kinetycznej. Układ odosobniony (izolowany) to układ, który nie wymienia materii ani energii z otoczeniem. Zasada zachowania energii mechanicznej w układzie odosobnionym, w którym nie występują siły tarcia (oporu powietrza), suma wszystkich rodzajów energii mechanicznej (kinetycznej i potencjalnej) pozostaje stała. E m = E k + E p E m energia mechaniczna E k energia kinetyczna E p energia potencjalna MASZYNY PROSTE Maszyny proste to urządzenia ułatwiające wykonywanie pracy. Zgodnie z zasadą zachowania energii praca wykonana nad danym układem bez maszyny prostej czy użyciem jakiejś maszyny jest zawsze taka sama. Korzyść z użycia maszyny jest np. taka, że można użyć do tego mniejszej siły. Dźwignia dwustronna - to sztywne ciało (np. pręt), do którego z obu stron punktu podparcia przyłożono siły. Siły skierowane są w tą samą stronę. Aby dźwignia była w równowadze, iloczyn wartości siły F 1 przyłożonej po jednej stronie punktu podparcia i ramienia jej działania r 1 musi mieć taką samą wartość jak iloczyn siły F 2 przyłożonej z drugiej strony i ramienia działania tej siły r 2. Można to wyrazić wzorem: r 1 F 1 = r 2 F 2 Z warunku równowagi wynika, że im dalej od punktu podparcia przyłożymy siłę, tym jej wartość będzie mniejsza. Jeśli np. pierwsze ramię jest dwa razy dłuższe od drugiego, to wartość siły działającej na drugie ramię musi być dwa razy większa aby dźwignia pozostała w równowadze. Blok nieruchomy - to krążek, przez który przerzucona jest lina. Na jednym z jej końców zawieszamy ciało, które chcemy podnieść lub opuścić, a na drugi koniec działamy odpowiednią siłą. Przy podnoszeniu lub opuszczaniu ciała za pomocą bloku nie zmienia się wartość siły, którą musimy działać, ale tylko zwrot tej siły.

5 Kołowrót - to walec z umieszczoną na końcu korbą o promieniu większym niż promień walca. Na walcu nawinięta jest lina, na której zawieszone jest podnoszone ciało. Im dłuższa korba, tym mniejszą siłą trzeba obracać walec kołowrotu. Równia pochyła to deska nachylona pod pewnym kątem do poziomu. Wartość siły, która należy działać, przesuwając ciało na równi pochyłej jest tyle razy mniejsza od wartości jego ciężaru, ile razy wysokość równi jest mniejsza od jej długości. F F g = h s F siła działania; F g - siłą ciężkości; h wysokość równi; s długość równi.