Energia mecanică totală caracterizează mișcarea și interacțiunea corpurilor, prin urmare, depinde de viteze și de poziția relativă a corpurilor.
Energia mecanică totală a unui sistem mecanic închis este egală cu suma energiilor cinetice și potențiale ale corpurilor acestui sistem:
Legea conservării energiei
Legea conservării energiei este o lege fundamentală a naturii.
În mecanica newtoniană, legea conservării energiei este formulată după cum urmează:
Energia mecanică totală a unui sistem izolat (închis) de corpuri rămâne constantă.
Cu alte cuvinte:
Energia nu ia naștere din nimic și nu dispare nicăieri, ea poate trece doar de la o formă la alta.
Exemple clasice ale acestei afirmații sunt: un pendul cu arc și un pendul pe filet (cu amortizare neglijabilă). În cazul unui pendul cu arc, în procesul de oscilație, energia potențială a unui arc deformat (având un maxim în pozițiile extreme ale sarcinii) este convertită în energia cinetică a sarcinii (atingând un maxim în momentul sarcina trece de poziția de echilibru) și invers. În cazul unui pendul pe un fir, energia potențială a sarcinii este convertită în energie cinetică și invers.
2 Echipamente
2.1 Dinamometru.
2.2 Stand de laborator.
2.3 Sarcina cu greutatea de 100 g - 2 buc.
2.4 Riglă de măsurare.
2.5 O bucată de pânză moale sau pâslă.
3 Context teoretic
Schema configurației experimentale este prezentată în Figura 1.
Dinamometrul este fixat vertical la piciorul trepiedului. O bucată de pânză moale sau pâslă este așezată pe un trepied. La suspendarea sarcinilor de pe dinamometru, tensiunea arcului dinamometrului este determinată de poziția indicatorului. În acest caz, alungirea maximă (sau deplasarea statică) a arcului X 0 apare atunci când forța elastică a unui arc cu rigiditate k echilibrează forța de gravitație a sarcinii cu masa T:
kx 0 =mg, (1)
Unde g = 9,81 - accelerație în cădere liberă.
Prin urmare,
Deplasarea statică caracterizează noua poziție de echilibru O" a capătului inferior al arcului (Fig. 2).
Dacă sarcina este trasă în jos o distanţă DAR din punctul O" și eliberați în punctul 1, apoi apar oscilații periodice ale sarcinii. În puncte 1 iar 2, numite puncte de cotitură, sarcina se oprește, inversând direcția de mișcare. Prin urmare, în aceste puncte, viteza încărcăturii v = 0.
viteza maxima v m topor sarcina va avea la mijlocul O". Două forţe acţionează asupra sarcinii oscilante: forţa constantă a gravitaţiei mg și forță elastică variabilă kx. Energia potențială a unui corp într-un câmp gravitațional într-un punct arbitrar cu coordonate X este egal cu mgx. Energia potențială a corpului deformat, respectiv, este egală cu .
În acest caz, ideea X = 0, corespunzătoare poziției indicatorului pentru un arc neîntins.
Energia mecanică totală a sarcinii într-un punct arbitrar este suma energiei sale potențiale și cinetice. Neglijând forțele de frecare, folosim legea conservării energiei mecanice totale.
Să echivalăm energia mecanică totală a sarcinii din punctul 2 cu coordonata -(X 0 -DAR) iar în punctul O" cu coordonata -X 0 :
Extinzând parantezele și efectuând transformări simple, aducem formula (3) în formă
Apoi modulul vitezei maxime a sarcinilor
Rigiditatea unui arc poate fi găsită prin măsurarea deplasării statice X 0 . După cum rezultă din formula (1),
desemnând „acţiune”. Poți numi o persoană energică care se mișcă, creează o anumită muncă, poate crea, acționa. De asemenea, mașinile create de oameni, de viață și de natură au energie. Dar asta e în viața reală. În plus, există una strictă care a definit și desemnat multe tipuri de energie - electrică, magnetică, atomică etc. Totuși, acum vom vorbi despre energia potențială, care nu poate fi considerată izolat de energia cinetică.
Energie kinetică
Această energie, conform conceptelor de mecanică, este deținută de toate corpurile care interacționează între ele. Și în acest caz vorbim despre mișcarea corpurilor.
Energie potențială
Acest tip de energie este creat atunci când există o interacțiune a corpurilor sau părților unui corp, dar nu există nicio mișcare ca atare. Aceasta este principala diferență față de energia cinetică. De exemplu, dacă ridici o piatră deasupra solului și o ții în această poziție, aceasta va avea energie potențială, care se poate transforma în energie cinetică dacă piatra este eliberată.
Energia este de obicei asociată cu munca. Adică, în acest exemplu, piatra eliberată poate face ceva lucru atunci când cade. Și cantitatea posibilă de lucru va fi egală cu energia potențială a corpului la o anumită înălțime h. Pentru a calcula această energie se folosește următoarea formulă:
A=Fs=Ft*h=mgh, sau Ep=mgh, unde:
Ep - energia potențială a corpului,
m - greutatea corporală,
h este înălțimea corpului deasupra solului,
g este accelerația de cădere liberă.
Două tipuri de energie potențială
Există două tipuri de energie potențială:
1. Energia în aranjarea reciprocă a corpurilor. O piatră suspendată posedă o astfel de energie. Interesant este că lemnul de foc obișnuit sau cărbunele au și ele energie potențială. Conțin carbon neoxidat, care poate fi oxidat. Pentru a spune simplu, lemnul ars poate încălzi apa.
2. Energia de deformare elastică. Un exemplu aici este un garou elastic, un arc comprimat sau un sistem os-mușchi-ligament.
Energia potențială și cea cinetică sunt interconectate. Pot trece unul în celălalt. De exemplu, dacă arunci o piatră în sus, atunci când te miști, aceasta are mai întâi energie cinetică. Când ajunge la un anumit punct, îngheață pentru un moment și câștigă energie potențială, apoi gravitația o trage în jos și energia cinetică reapare.
Dacă un corp poate efectua lucrări mecanice, atunci are energie mecanică E(J). Sau, dacă o forță externă funcționează, acționând asupra corpului, energia sa se schimbă.
Există două tipuri de energie mecanică: cinetică și potențială.
Energie kinetică - energia corpurilor în mișcare:
Unde v(m/s) – modulul de viteză, m – masa corporală.
Energie potențială este energia corpurilor care interacționează.
Exemple de energie potențială în mecanică.
Corpul este ridicat deasupra solului: E = mgh
unde h este înălțimea determinată de la nivelul zero (sau din punctul inferior al traiectoriei). Forma căii nu este importantă, contează doar înălțimile de început și de sfârșit.
Corp deformat elastic. Deformare determinată din poziția unui corp neformat (arc, șnur etc.).
Energie potențială corpuri elastice: , unde k este rigiditatea arcului; x este deformarea sa.
Energia poate fi transferată de la un corp la altul și, de asemenea, poate fi transformată de la un tip la altul.
- Energie mecanică totală.
Legea conservării energiei: în închis sistem corporal complet energia nu se schimbă la orice interacţiuni în cadrul acestui sistem de corpuri.
|
Suma energiei cinetice și potențiale a corpurilor care alcătuiesc un sistem închis și interacționează între ele prin forțele gravitaționale și forțele elastice rămâne neschimbată.
2.
Transformator. Principiul de funcționare. Dispozitiv. Raportul de transformare. Transmisia energiei electrice.
Conversie AC, în care tensiunea este crescută sau scăzută de mai multe ori cu puțin sau deloc 
pierderile de putere se realizează cu ajutorul transformatoarelor.
Transformator- un dispozitiv folosit pentru creșterea sau scăderea tensiunii curentului alternativ.
Transformatoarele au fost folosite pentru prima dată în 1878. Omul de știință rus P.N. Yablochkov pentru a alimenta „lumânările electrice” pe care le-a inventat - o nouă sursă de lumină la acea vreme.
Cel mai simplu transformator este format din două bobine. Înfăşurat pe un miez comun de oţel. O bobină este conectată la sursă variabil Voltaj. Această bobină se numește primarînfășurare), și din cealaltă bobină (numită secundarînfășurare) eliminați tensiunea alternativă pentru transmiterea ulterioară a acesteia.
Curentul alternativ în înfășurarea primară creează un câmp magnetic alternativ. Datorită miezului de oțel, înfășurarea secundară, înfășurată pe același miez, pătrunde aproape la fel variabil câmp ca fiind cel primar.
Din moment ce totul bobine pătruns același flux magnetic variabil, datorită fenomenului de inducție electromagnetică în la fiecare tură generate aceeasi tensiune. Prin urmare, raportul tensiunilor 𝑈 1 și 𝑈 2 în înfășurările primare și secundare este egal cu raportul dintre numărul de spire din ele:
Modificarea tensiunii de către transformator caracterizează raportul de transformare
Raportul de transformare - o valoare egală cu raportul tensiunilor din înfășurările primare și secundare ale transformatorului:
ridicarea transformator - un transformator care crește tensiunea (Un transformator step-up are numărul de spire în înfășurarea secundară trebuie să fie mai mare decât numărul de spire în înfășurarea primară, adică să<1.
demisionează transformator - un transformator care reduce tensiunea (Un transformator descendente are numărul de spire în înfășurarea secundară trebuie să fie mai mic decât numărul de spire în înfășurarea primară, adică k\u003e 1.
Transmiterea energiei electrice de la centrale electrice către marile orașe sau centre industriale pe distanțe de mii de kilometri este o problemă științifică și tehnică complexă. Pentru a reduce pierderile de încălzire ale firelor, este necesar să se reducă curentul în linia de transport și, în consecință, să se mărească tensiunea. De obicei, liniile de transport sunt construite pentru o tensiune de 400-500 kV, în timp ce liniile folosesc un curent trifazat cu o frecvență de 50 Hz.
Biletul numărul 12
legea lui Pascal. Legea lui Arhimede. Conditii de navigatie tel.
Formularea legii lui Pascal
Presiunea produsă pe un lichid sau gaz este transmisă în orice punct la fel in toate directiile. Această afirmație se explică prin mobilitatea particulelor de lichide și gaze în toate direcțiile.
Pe baza legii lui Pascal a hidrostaticii funcționează diverse dispozitive hidraulice: sisteme de frânare, prese etc.
Legea lui Arhimede- aceasta este legea staticii lichidelor si gazelor, conform careia asupra unui corp scufundat intr-un lichid (sau gaz) actioneaza o forta de plutire (forta lui Arhimede), egala cu greutatea lichidului (sau gazului) deplasat de acest corp. .
F A = ρgV,
Unde ρ
- densitatea lichidului (gazului),
g - accelerarea gravitației,
V - volumul corpului scufundat (sau volumul acelei părți a corpului care este scufundată într-un lichid (sau gaz)).
Forța arhimediană este îndreptată întotdeauna opus gravitaţiei. Este egal cu zero dacă corpul scufundat în lichid este dens, cu toată baza apăsată spre fund.
Trebuie amintit că în stare de imponderabilitate, legea lui Arhimede nu funcționează.
În mecanică, există două tipuri de energie: cinetică și potențială. Energie kinetică ei numesc energia mecanică a oricărui corp care se mișcă liber și o măsoară prin munca pe care corpul ar putea-o face atunci când încetinește până la o oprire completă.
Lasă corpul ÎN, deplasându-se cu o viteză v, începe să interacționeze cu un alt corp DIN si in acelasi timp incetineste. Prin urmare, corpul ÎN actioneaza asupra organismului DIN cu ceva forță F iar pe un tronson elementar al potecii ds face treaba
Conform celei de-a treia legi a lui Newton, o forță acționează simultan asupra corpului B -F, a cărui componentă tangentă -F τ determină o modificare a valorii numerice a vitezei corpului. Conform celei de-a doua legi a lui Newton
Prin urmare,
Munca efectuată de organism până la oprirea completă este:
Deci, energia cinetică a unui corp în mișcare translațională este egală cu jumătate din produsul masei acestui corp și pătratul vitezei sale:
(3.7)
Din formula (3.7) se poate observa că energia cinetică a corpului nu poate fi negativă ( E k ≥ 0).
Dacă sistemul constă din n corpuri în mișcare progresivă, apoi pentru a o opri, este necesar să încetinești fiecare dintre aceste corpuri. Prin urmare, energia cinetică totală a unui sistem mecanic este egală cu suma energiilor cinetice ale tuturor corpurilor incluse în acesta:
(3.8)
Din formula (3.8) se poate observa că E k depinde doar de mărimea maselor și vitezelor corpurilor incluse în ea. Nu contează cât de masă corporală m i a căpătat viteză v i. Cu alte cuvinte, energia cinetică a unui sistem este o funcție a stării de mișcare a acestuia.
Viteze v i depind în esență de alegerea sistemului de referință. La derivarea formulelor (3.7) și (3.8), s-a presupus că mișcarea este considerată într-un cadru de referință inerțial, deoarece altfel nu s-ar putea folosi legile lui Newton. Cu toate acestea, în diferite cadre de referință inerțiale care se deplasează unul față de celălalt, viteza v i i-al-lea corp al sistemului și, în consecință, al acestuia E ki iar energia cinetică a întregului sistem nu va fi aceeași. Astfel, energia cinetică a sistemului depinde de alegerea cadrului de referință, adică. este cantitatea relativ.
Energie potențială- aceasta este energia mecanică a unui sistem de corpuri, determinată de aranjarea lor reciprocă și de natura forțelor de interacțiune dintre ele.
Din punct de vedere numeric, energia potențială a sistemului în poziția sa dată este egală cu munca pe care forțele care acționează asupra sistemului îl vor produce atunci când sistemul se deplasează din această poziție în cea în care se presupune convențional că energia potențială este zero ( E n= 0). Conceptul de „energie potențială” are loc numai pentru sistemele conservatoare, adică. sisteme în care munca forţelor care acţionează depinde numai de poziţia iniţială şi finală a sistemului. Deci, pentru o greutate de cântărire P ridicat la o înălțime h, energia potenţială va fi egală cu E n = Ph (E n= 0 la h= 0); pentru o sarcină atașată la un arc, E n \u003d kΔl 2 / 2, Unde Δl- prelungirea (comprimarea) arcului, k este coeficientul său de rigiditate ( E n= 0 la l= 0); pentru două particule cu mase m 1Și m2, atras de legea gravitației universale, 
, Unde γ
este constanta gravitațională, r este distanța dintre particule ( E n= 0 la r → ∞).
Luați în considerare energia potențială a sistemului Pământ - un corp cu masă m ridicat la o înălțime h deasupra suprafeței pământului. Scăderea energiei potențiale a unui astfel de sistem se măsoară prin munca forțelor gravitaționale efectuate când cădere liberă trupuri pe pământ. Dacă un corp cade vertical, atunci
Unde Nu este energia potențială a sistemului la h= 0 (semnul „-” indică faptul că munca este efectuată din cauza pierderii de energie potențială).
Dacă același corp cade pe un plan înclinat de lungime lși cu un unghi de înclinare α față de verticală ( lcosα = h), atunci munca forțelor gravitaționale este egală cu valoarea anterioară:
Dacă, în cele din urmă, corpul se mișcă de-a lungul unei traiectorii curbilinii arbitrare, atunci ne putem imagina această curbă constând din n mici secțiuni drepte Δl i. Lucrul forței gravitaționale pe fiecare dintre aceste secțiuni este egal cu
Pe întreg drumul curbiliniu, munca forțelor gravitaționale este evident egală cu:
Deci, munca forțelor gravitaționale depinde doar de diferența de înălțime a punctelor de început și de sfârșit ale căii.
Astfel, un corp într-un câmp potențial (conservator) de forțe are energie potențială. Cu o modificare infinitezimală a configurației sistemului, munca forțelor conservatoare este egală cu creșterea energiei potențiale, luată cu semnul minus, deoarece munca se realizează datorită scăderii energiei potențiale:
La rândul său, munca dA exprimată ca produs scalar al forței F a muta dr, deci ultima expresie poate fi scrisă astfel:
(3.9)
Prin urmare, dacă funcția este cunoscută E n (r), apoi din expresia (3.9) se poate găsi forța F modulo și direcție.
Pentru forțele conservatoare
Sau sub formă de vector
Unde
(3.10)
Se numește vectorul definit prin expresia (3.10). gradientul funcției scalare P; i, j, k- vectori unitari ai axelor de coordonate (orturi).
Tip specific de funcție P(în cazul nostru E n) depinde de natura câmpului de forță (gravitațional, electrostatic etc.), care a fost arătat mai sus.
Energia mecanică totală W sistemul este egal cu suma energiilor sale cinetice și potențiale:
Din definiția energiei potențiale a sistemului și din exemplele luate în considerare, se poate observa că această energie, ca și energia cinetică, este o funcție a stării sistemului: depinde doar de configurația sistemului și de poziția acestuia. cu privire la corpuri externe. Prin urmare, energia mecanică totală a sistemului este, de asemenea, o funcție a stării sistemului, adică. depinde numai de poziția și vitezele tuturor corpurilor din sistem.
Cuvântul „energie” provine din limba greacă și înseamnă „acțiune”, „activitate”. Conceptul în sine a fost introdus pentru prima dată de un fizician englez la începutul secolului al XIX-lea. Prin „energie” se înțelege capacitatea unui corp care posedă această proprietate de a lucra. Corpul este capabil să facă mai multă muncă, cu atât mai multă energie are. Există mai multe tipuri: energie internă, electrică, nucleară și mecanică. Acesta din urmă este mai frecvent decât alții în viața noastră de zi cu zi. Din cele mai vechi timpuri, omul a învățat să-l adapteze nevoilor sale, transformându-l în lucru mecanic folosind o varietate de dispozitive și structuri. De asemenea, putem transforma o formă de energie în alta.
În cadrul mecanicii (una dintre energia mecanică este o mărime fizică care caracterizează capacitatea unui sistem (corp) de a efectua lucrări mecanice. Prin urmare, un indicator al prezenței acestui tip de energie este prezența unei anumite viteze de corpul, având care poate face treaba.
Tipuri de mecanică În fiecare caz, energia cinetică este o mărime scalară, constând din suma energiilor cinetice ale tuturor punctelor materiale care alcătuiesc un anumit sistem. În timp ce energia potențială a unui singur corp (sistem de corpuri) depinde de poziția relativă a părților sale (lor) în câmpul de forță extern. Indicatorul schimbării energiei potențiale este lucrarea perfectă.
Corpul are energie cinetică dacă este în mișcare (altfel poate fi numită energia mișcării) și energie potențială dacă este ridicat deasupra suprafeței pământului la o anumită înălțime (aceasta este energia interacțiunii). Energia mecanică se măsoară (ca și alte tipuri) în Jouli (J).
Pentru a găsi energia pe care o are un corp, trebuie să găsiți munca cheltuită pentru a transfera acest corp în starea curentă din starea zero (când energia corpului este egală cu zero). Următoarele sunt formule în funcție de care energia mecanică și tipurile acesteia pot fi determinate:
Cinetic - Ek=mV2/2;
Potenţial - Ep = mgh.
În formulele: m este masa corpului, V este viteza acestuia, g este accelerația căderii, h este înălțimea la care corpul este ridicat deasupra suprafeței pământului.
Găsirea unui sistem de corpuri înseamnă identificarea sumei componentelor sale potențiale și cinetice.
Exemple de modul în care energia mecanică poate fi folosită de om sunt cele inventate în cele mai vechi timpuri unelte (cuțit, suliță etc.) și cele mai moderne ceasuri, avioane și alte mecanisme. Ca surse ale acestui tip de energie și munca efectuată de acesta, pot acționa forțele naturii (vânt, curenții marini ai râurilor) și eforturile fizice ale unei persoane sau animale.
Astăzi, foarte des sistemele (de exemplu, energia unui arbore rotativ) sunt supuse unei conversii ulterioare în producția de energie electrică, pentru care se folosesc generatoare de curent. Au fost dezvoltate multe dispozitive (motoare) care sunt capabile să transforme continuu potențialul fluidului de lucru în energie mecanică.
Există o lege fizică a conservării sale, conform căreia într-un sistem închis de corpuri, unde nu există acțiune a forțelor de frecare și rezistență, valoarea constantă va fi suma ambelor tipuri de ei (Ek și Ep) a tuturor ei. organele constitutive. Un astfel de sistem este ideal, dar în realitate asemenea condiții nu pot fi atinse.
