È. Nurgaliev. L'energia meccanica e le sue tipologie Parliamo dell'energia meccanica e delle sue tipologie

Dai un'occhiata: una palla che rotola lungo la pista abbatte i birilli e questi si disperdono ai lati. La ventola appena spenta continua a ruotare per qualche tempo creando un flusso d'aria. Questi corpi hanno energia?

Nota: la palla e il ventilatore svolgono un lavoro meccanico, il che significa che possiedono energia. Hanno energia perché si muovono. In fisica si chiama l'energia dei corpi in movimento energia cinetica (dal greco “kinema” - movimento).

L'energia cinetica dipende dalla massa del corpo e dalla velocità del suo movimento (movimento nello spazio o rotazione). Ad esempio, maggiore è la massa della palla, maggiore sarà l'energia che trasferirà ai birilli al momento dell'impatto, più lontano voleranno. Ad esempio, maggiore è la velocità di rotazione delle pale, più la ventola sposterà il flusso d'aria.

L'energia cinetica di uno stesso corpo può essere diversa dai punti di vista di diversi osservatori. Ad esempio, dal nostro punto di vista di lettori di questo libro, l'energia cinetica di un ceppo sulla strada è zero, poiché il ceppo non si muove. Tuttavia, in relazione al ciclista, il moncone ha energia cinetica, poiché si avvicina rapidamente e in caso di collisione eseguirà un lavoro meccanico molto spiacevole: piegherà le parti della bicicletta.

In fisica si chiama l'energia che i corpi o parti di un corpo possiedono perché interagiscono con altri corpi (o parti del corpo). energia potenziale (dal latino "potenza" - forza).

Diamo un'occhiata al disegno. Durante la risalita, la palla può eseguire un lavoro meccanico, ad esempio spingendo il palmo della mano fuori dall'acqua in superficie. Un peso posizionato ad una certa altezza può fare un lavoro: rompere una noce. Una corda dell'arco tesa può spingere fuori la freccia. Quindi, i corpi considerati hanno energia potenziale perché interagiscono con altri corpi (o parti del corpo). Ad esempio, una palla interagisce con l'acqua: la forza di Archimede la spinge in superficie. Il peso interagisce con la Terra: la gravità lo spinge verso il basso. La corda interagisce con le altre parti dell'arco: viene tirata dalla forza elastica dell'asta curva dell'arco.

L'energia potenziale di un corpo dipende dalla forza di interazione tra i corpi (o parti del corpo) e dalla distanza tra loro. Ad esempio, maggiore è la forza di Archimede e più profonda è l'immersione della palla nell'acqua, maggiore è la forza di gravità e più lontano è il peso dalla Terra, maggiore è la forza elastica e più si tira la corda, maggiore è la forza elastica. le energie potenziali dei corpi: la palla, il peso, l'arco (rispettivamente).

L'energia potenziale dello stesso corpo può essere diversa in relazione a corpi diversi. Dai un'occhiata alla foto. Quando un peso cade su ciascuna noce, scoprirai che i frammenti della seconda noce voleranno molto più lontano dei frammenti della prima. Pertanto il peso rispetto al dado 1 ha meno energia potenziale che rispetto al dado 2. Importante: diversamente energia cinetica, l'energia potenziale non dipende dalla posizione e dal movimento dell'osservatore, ma dipende dalla nostra scelta del “livello zero” di energia.

L’energia meccanica totale di un corpo è pari alla somma della sua energia cinetica e potenziale.

L'energia meccanica totale viene considerata nei casi in cui si applica la legge di conservazione dell'energia e rimane costante.

Se il movimento di un corpo non è influenzato da forze esterne, ad esempio non c'è interazione con altri corpi, non c'è forza di attrito o resistenza al movimento, allora l'energia meccanica totale del corpo rimane invariata nel tempo.

E sudore E kin = cost

Ovviamente quello dentro vita quotidiana Non esiste una situazione ideale in cui un corpo conservi completamente la sua energia, poiché qualsiasi corpo intorno a noi interagisce almeno con le molecole d'aria e incontra la resistenza dell'aria. Ma se la forza di resistenza è molto piccola e il movimento viene considerato in un periodo di tempo relativamente breve, allora tale situazione può essere approssimativamente considerata teoricamente ideale.

La legge di conservazione dell'energia meccanica totale viene solitamente applicata quando si considera la caduta libera di un corpo, quando viene lanciato verticalmente o nel caso di oscillazioni del corpo.

Esempio:

Quando un corpo viene lanciato verticalmente, la sua energia meccanica totale non cambia, ma l'energia cinetica del corpo si trasforma in energia potenziale e viceversa.

La conversione dell'energia è mostrata nella figura e nella tabella.

Partendo dal fatto che all'inizio del movimento il valore dell'energia cinetica del corpo è uguale al valore della sua energia potenziale nel punto più alto della traiettoria del movimento, per i calcoli possono essere utilizzate altre due formule.

Se è nota l'altezza massima alla quale si alza il corpo, la velocità massima di movimento può essere determinata utilizzando la formula:

v massimo = 2 ⋅ g ⋅ h massimo .

Se è nota la velocità massima di un corpo, l'altezza massima alla quale un corpo viene lanciato verso l'alto può essere determinata utilizzando la seguente formula:

h massimo = v massimo 2 2 g .

Per rappresentare graficamente la conversione dell'energia è possibile utilizzare la simulazione "Energia allo Skate Park", in cui uno skateboarder si muove lungo una rampa. Per rappresentare il caso ideale, si presuppone che non si verifichi alcuna perdita di energia a causa dell'attrito. La figura mostra una rampa con un pattinatore, quindi il grafico mostra la dipendenza dell'energia meccanica dalla posizione del pattinatore sulla traiettoria.

Blu sul grafico linea tratteggiata viene mostrata la variazione dell'energia potenziale. Nel punto medio della rampa, l'energia potenziale è \(zero\). La linea tratteggiata verde mostra la variazione di energia cinetica. Nei punti più alti della rampa l'energia cinetica è \(zero\). La linea giallo-verde rappresenta l'energia meccanica totale - la somma di potenziale e cinetica - in ogni momento del movimento e in ogni punto della traiettoria. Come puoi vedere, rimane \(invariato\) per tutto il movimento. La frequenza dei punti caratterizza la velocità del movimento: più i punti sono lontani l'uno dall'altro, maggiore è la velocità del movimento.

Se un corpo può compiere lavoro meccanico, allora lo ha fatto energia meccanica E(J). Oppure, se una forza esterna agisce sul corpo, la sua energia cambia.

Esistono due tipi di energia meccanica: cinetica e potenziale.

Energia cinetica – energia dei corpi in movimento:

Dove v(m/s) – modulo di velocità, m – massa corporea.

Energia potenziale– energia dei corpi interagenti.

Esempi di energia potenziale in meccanica.

Il corpo è sollevato da terra: E = mgh

dove h è l'altezza determinata dal livello zero (o dal punto più basso della traiettoria). La forma della traiettoria non è importante, contano solo le quote iniziale e finale.

Corpo deformato elasticamente. Deformazione determinata dalla posizione di un corpo indeformato (molla, corda, ecc.).

Energia potenziale dei corpi elastici: , dove k è la rigidezza della molla; x è la sua deformazione.

L'energia può essere trasferita da un corpo all'altro e anche trasformata da un tipo all'altro.

- Energia meccanica totale.

Legge di conservazione dell'energia:V Chiuso sistema completo del corpo l'energia non cambia durante qualsiasi interazione all’interno di questo sistema di corpi.

La somma dell'energia cinetica e potenziale dei corpi che compongono un sistema chiuso e interagiscono tra loro attraverso le forze gravitazionali ed elastiche rimane invariata.

2. Trasformatore. Principio di funzionamento. Dispositivo. Coefficiente di trasformazione. Trasmissione dell'elettricità.
Conversione AC, in cui la tensione aumenta o diminuisce più volte praticamente senza la perdita di potenza viene effettuata utilizzando trasformatori.

Trasformatore- un dispositivo utilizzato per aumentare o diminuire la tensione della corrente alternata.

I trasformatori furono utilizzati per la prima volta nel 1878. Lo scienziato russo P.N. Yablochkov per alimentare le “candele elettriche” da lui inventate, una nuova fonte di luce per l’epoca.

Il trasformatore più semplice è costituito da due bobine. Avvolto su una comune anima in acciaio. Una bobina si collega alla sorgente variabile voltaggio. Questa bobina si chiama primario avvolgimento), e dall'altra bobina (denominata secondario avvolgimento) rimuovere la tensione alternata per la sua ulteriore trasmissione.

La corrente alternata nell'avvolgimento primario crea un campo magnetico alternato. Grazie al nucleo in acciaio, l'avvolgimento secondario, avvolto sullo stesso nucleo, viene penetrato quasi allo stesso modo variabile campo come primario.

Perché tutto gira sono penetrati lo stesso flusso magnetico alternato, a causa del fenomeno dell'induzione elettromagnetica in ogni turno generato stessa tensione. Pertanto, il rapporto tra le tensioni 𝑈 1 e 𝑈 2 degli avvolgimenti primari e secondari è uguale al rapporto tra il numero di spire in essi contenuti:

La variazione di tensione di un trasformatore caratterizza il rapporto di trasformazione

Rapporto di trasformazione - un valore pari al rapporto tra le tensioni negli avvolgimenti primario e secondario del trasformatore:

Potenziamento trasformatore - un trasformatore che aumenta la tensione (in un trasformatore elevatore, il numero di spire nell'avvolgimento secondario deve essere maggiore del numero di spire nell'avvolgimento primario, cioè<1.

Verso il basso trasformatore - un trasformatore che riduce la tensione (in un trasformatore step-down, il numero di spire nell'avvolgimento secondario deve essere inferiore al numero di spire nell'avvolgimento primario, cioè k>1.

La trasmissione dell'energia elettrica dalle centrali elettriche alle grandi città o ai centri industriali su distanze di migliaia di chilometri è un problema scientifico e tecnico complesso. Per ridurre le perdite dovute al riscaldamento dei cavi, è necessario ridurre la corrente nella linea di trasmissione e, di conseguenza, aumentare la tensione. Tipicamente, le linee di trasmissione di potenza sono costruite per tensioni di 400–500 kV e utilizzano corrente trifase con una frequenza di 50 Hz.

Biglietto numero 12

Legge di Pascal. Legge di Archimede. Condizioni di navigazione tel.

Formulazione della legge di Pascal

La pressione prodotta su un liquido o gas viene trasmessa a qualsiasi punto lo stesso in tutte le direzioni. Questa affermazione è spiegata dalla mobilità delle particelle di liquidi e gas in tutte le direzioni.

Diversi dispositivi idraulici funzionano sulla base della legge idrostatica di Pascal: sistemi frenanti, presse, ecc.

Legge di Archimedeè la legge della statica dei liquidi e dei gas, secondo la quale un corpo immerso in un liquido (o gas) è sollecitato da una forza di galleggiamento (forza di Archimede) pari al peso del liquido (o gas) spostato da tale corpo .

F A = ​​ρgV,
Dove ρ - densità del liquido (gas),
G - accelerazione di gravità,
V - il volume di un corpo immerso (o il volume di quella parte del corpo immersa in un liquido (o gas)).

La forza di Archimede è diretta sempre opposto alla gravità. È pari a zero se un corpo immerso in un liquido è denso, con tutta la base premuta sul fondo.
Dovrebbe essere ricordato In uno stato di assenza di gravità, la legge di Archimede non funziona.

Energia cinetica– una grandezza fisica scalare che caratterizza un corpo in movimento ed è pari per un punto materiale alla metà del prodotto della sua massa per il quadrato della sua velocità:

L'unità SI dell'energia cinetica è il joule (J).

A velocità prossime a quella della luce, dovrebbe essere utilizzata una diversa definizione di energia cinetica.

L'energia cinetica di un corpo esteso è pari alla somma delle energie cinetiche delle sue piccole parti, che possono essere considerate punti materiali.

Usando la seconda legge di Newton, possiamo dimostrare Teorema della variazione dell'energia cinetica corpi: in un sistema di riferimento inerziale, la variazione dell'energia cinetica di un corpo è uguale al lavoro di tutte le forze, sia interne che esterne, che agiscono su questo corpo.

Se, su un tratto rettilineo della traiettoria, un corpo in movimento  X, agiscono due forze costanti, dirette agli angoli  1 e  2 rispetto allo spostamento, quindi la variazione dell'energia cinetica del corpo è uguale a:

12. Lavoro meccanico e potenza. Efficienza

Lavoro meccanicoUN la costante di forza per lo spostamento è una quantità fisica scalare pari al prodotto del modulo di forza F, modulo di viaggio S e il coseno dell'angolo tra le direzioni della forza e dello spostamento.

UN = Fs cos= F X S,

Dove F X– proiezione della forza sulla direzione del movimento (Fig. 4).

Il lavoro di una forza costante, a seconda dell'angolo tra i vettori forza e spostamento, può essere positivo, negativo e uguale a zero (Fig. 5).

L'unità di lavoro SI è il joule (J).

Nel caso generale dell'azione di una forza variabile su un tratto curvo di una traiettoria, il calcolo del lavoro risulta più complesso.

Energia– grandezza fisica scalare pari al rapporto tra il lavoro della forza UN ad un periodo di tempo T durante il quale è stato prodotto:

La potenza della forza può essere misurata nel tempo N(T)

L'unità SI di potenza è il watt (W).

Quando viene applicata una forza a un corpo che si muove velocemente (Fig. 7), la potenza di questa forza è pari a:

N = F cos.

Spesso termini Lavoro E energia si riferisce a un dispositivo attraverso il quale sorgono forze che eseguono lavoro. Si parla del lavoro di una persona, della potenza di un motore elettrico o del motore di un'auto, invece del lavoro e della potenza della forza di tensione della fune con cui una persona tira una slitta, o del lavoro e della potenza delle forze interne o del potenza delle forze di resistenza dell'aria quando un'auto si muove. Nei casi più semplici (una gru solleva un carico), ciò è abbastanza accettabile, ma in alcuni casi richiede una considerazione più attenta. Quindi, nel caso di un'auto in movimento, la forza di trazione è la forza di attrito dei pneumatici sull'asfalto, e il suo lavoro è pari a zero. Nel caso di un elicottero in bilico sopra il suolo, la forza di spinta è uguale alla forza di gravità, la potenza della forza di spinta è zero, ma l'energia del carburante in fiamme viene spesa per trasmettere energia cinetica ai flussi d'aria gettati giù .

Quando si utilizzano i meccanismi più semplici, una persona si sforza di eseguire azioni che non possono essere eseguite a “mani nude” (sollevare un carico, spostare un corpo, ecc.). Tali meccanismi sono caratterizzati da una grandezza fisica chiamata efficienza(efficienza). In meccanica, l'efficienza di un meccanismo è solitamente intesa come il rapporto tra lavoro utile e lavoro speso.

Quando parlano di lavoro speso, intendono il lavoro della forza che una persona esercita su un meccanismo. Se parliamo di lavoro utile intendiamo il lavoro della forza applicata ad un corpo durante il suo movimento uniforme. Quindi, se una persona solleva un carico utilizzando un sistema di carrucole, sposta l'estremità della fune per una certa lunghezza S 1, e il carico si sposta (sale) ad un'altezza S 2 sotto vigore F 2 = mg, allora l'efficienza del meccanismo, indicata con la lettera , sarà uguale.

LAVORO ED ENERGIA MECCANICA.

§1 Energia. Energia meccanica.

Tipi di energia meccanica. Lavoro

L'energia è una quantità fisica scalare che è una misura generale di varie forme di movimento della materia.

L'energia caratterizza quantitativamente un sistema relativo a varie trasformazioni di movimento in esso che si verificano a seguito dell'interazione delle particelle del sistema sia tra loro che con corpi esterni. Per analizzare le varie forme di movimento, entra vari tipi energia: meccanica, interna, elettromagnetica, nucleare, ecc.

L'energia meccanica comprende l'energia associata alle forze di gravità universale, deformata corpo elastico ed energia associata al movimento del corpo.

Ulteriori definizioni di energia in meccanica: L'energia è la capacità di un corpo di compiere lavoro. La riserva energetica è determinata dal lavoro che un corpo può compiere modificando il suo stato: carico sollevato durante la caduta; molla compressa durante il ripristino della forma: un corpo in movimento quando si ferma. L'energia meccanica di un corpo è una quantità pari al lavoro massimo che il corpo può compiere in determinate condizioni.

I Lavoro meccanico (Lavoro a forza costante)

Se un corpo è sotto l'influenza di una forzafa una mossa, Lavoro UN di questa forza è uguale al prodotto scalare della forza per il vettore spostamento. Il lavoro compiuto da una forza è una grandezza scalare

Lavoro della componente orizzontale della forzaF- forza F la spinta è uguale a ()

Lavoro della componente verticale della forzaF- forze di sollevamento Fnè uguale a ()

Forza, la cui direzione è perpendicolare alla direzione del moto del corpo non compie lavoro.

Il lavoro compiuto dalla forza di attrito è ().

La forza diretta contro il movimento e che compie lavoro negativo è chiamata forza di resistenza. La forza perpendicolare allo spostamento non modifica il valore numerico della velocità (tale forza costringe il corpo a muoversi su una circonferenza - forza centripeta) e il suo lavoro è pari a 0.

Una forza che aumenta il valore numerico della velocità ( angolo α - circa un terzo), fa un lavoro positivo. Forza che riduce il valore numerico della velocità ( angolo α - ), fa un lavoro negativo.

ІІ . Lavoro di gravità. Forze conservatrici.

Determiniamo il lavoro della gravità quando si sposta un corpo di massa M lungo un piano inclinato la cui lunghezzal e l'altezza H. Sul corpo agiscono due forze: la forza di gravità diretta verticalmente verso il basso e la forza di reazione del terreno, diretto perpendicolarmente alla superficie del piano AC. La loro risultante 1 funziona, imprimendo accelerazione al corpo (trascuriamo la forza di attrito).

da

b) Determiniamo il lavoro compiuto dalla forza di gravità quando un corpo cade liberamente in quota.

Un confronto tra il lavoro compiuto dalla gravità durante lo spostamento su un piano inclinato e in caduta libera mostra che il lavoro della gravità non dipende dalla lunghezza e dalla forma del percorso percorso dal corpo, ma è determinato dal prodotto della gravità per il dislivello nelle posizioni iniziale e finale.

Quando si muove verso il basso, la gravità fa un lavoro positivo, mentre quando si muove verso l'alto, fa un lavoro negativo. Il lavoro compiuto dalla gravità lungo un percorso chiuso 1-2-1 è pari a 0.

Le forze il cui lavoro non dipende dalla forma e dalla lunghezza del percorso, ma è determinato solo dalla posizione iniziale e finale del corpo, sono dette conservative.

Il lavoro delle forze conservative lungo un percorso chiuso è zero. Esempi di forze conservative: gravità, forza elastica della molla e forze di interazione elettrostatica.

III. Lavoro della forza di attrito. Forze dissipative.

Forza di attrito F tr . determinato dalla velocità relativa dei corpi in contatto (forza di attrito radente). La forza di attrito è sempre diretta contro il movimento (), cioè. è sempre una forza di resistenza, e quindi il lavoro da essa svolto è sempre negativo e dopo che il corpo ritorna nella sua posizione originale, il lavoro totale delle forze di attrito è diverso da 0 e negativo.

Le forze dissipative sono forze il cui lavoro totale per qualsiasi movimento di un sistema chiuso è sempre negativo. Esempio: forze di attrito radente e forze di resistenza al movimento di corpi nei liquidi e nei gas. Come risultato dell'azione delle forze dissipative, l'energia meccanica viene convertita in altri tipi di energia.

І V. Lavoro a forza variabile.

Determiniamo il lavoro di una forza, la cui grandezza varia da punto a punto, secondo la legge mostrata in figura. Analizziamo i movimentiSalle trame elementaridS, su cui l'entità della forza rimane costante, allora quella elementare verrà scritta nella forma

Lavoro completo UN durante l'intero movimento dal punto 1 al punto 2 è uguale a

oppure, andando al limite,

UN

Il lavoro compiuto dalla forza variabile è:

Il lavoro della forza elastica, tenendo conto del fatto che

A= ()

Lavoro delle forze elasticità di un cammino chiuso 1-2-1

VI. Energia cinetica.

Se il movimento elementare d scritto nel modulo

Secondo la II legge di Newton

Poi

A=

Grandezza chiamata energia cinetica

Il lavoro della risultante di tutte le forze che agiscono sulla particella è uguale alla variazione dell'energia cinetica della particella.

Poi

o un'altra voce

Se A > 0, allora W K aumenta (diminuisce)

Se A > 0, allora W K diminuisce (lancio).

I corpi in movimento hanno la capacità di compiere lavoro anche se su di loro non agisce alcuna forza proveniente da altri corpi. Se un corpo si muove a velocità costante, allora- la somma di tutte le forze che agiscono sul corpo è 0 e non viene svolto alcun lavoro. Se un corpo agisce con una certa forza nella direzione del moto su un altro corpo, allora è capace di compiere lavoro. SecondoІІІ Secondo la legge di Newton, a un corpo in movimento verrà applicata una forza della stessa intensità, ma diretta nella direzione opposta. Grazie all'azione di questa forza, la velocità del corpo diminuirà fino ad arrestarsi completamente. Energia WK , causato dal movimento del corpo, è chiamato cinetico. Un corpo completamente fermo non può compiere lavoro. WK dipende dalla velocità e dal peso corporeo. Cambiare la direzione della velocità non influisce sull'energia cinetica.

VII. Energia potenziale.

Se il corpo viene sollevato ad un'altezza H , quindi cadendo sotto l'influenza della gravità, il corpo può lavorare

Se premi la molla della quantitàX 2 = X (X1 = 0), allora la molla deformata è in grado di compiere lavoro per tornare al suo stato originale

Di conseguenza, questi corpi hanno una fornitura di energia che deriva dall'interazione dei corpi tra loro. Questa energia è chiamata potenziale. L'energia potenziale è l'energia che dipende dalla posizione relativa delle particelle del sistema.

Se un corpo cade da una certa altezza h 1 all'altezza h 2, la sua energia potenziale varia dal valore

A

Il lavoro svolto in questo caso è pari a

quelli. il lavoro compiuto dai corpi su cui agiscono le forze conservatrici è pari alla variazione di energia potenziale con segno opposto.

Pertanto, quando un corpo che cade compie un lavoro positivo, WP diminuisce. Se un corpo viene sollevato verso l'alto, la gravità compie un lavoro negativo e WP aumenta.

VIII. Energia meccanica totale.

L'energia meccanica o l'energia meccanica totale è l'energia del movimento e dell'interazione meccanica. L’energia meccanica è uguale alla somma dell’energia cinetica e potenziale.