Какво характеризира мощността на машина или механизъм. Формула за механична мощност и определение. Мощността е физическа величина, формула за мощност. Закони за опазване. Комплексни задачи

Какво е сила и сила? Как се измерва този показател, какви инструменти се използват и как се използват на практика, ще разгледаме по-нататък в статията.

Сила

В света всички тела от физическа природа започват да се движат поради сила. При излагане на него, с еднаква или противоположна посока на движение на тялото, се извършва работа. Така върху тялото действа някаква сила.

Така велосипедът се движи благодарение на силата на краката на човек, а върху влака действа теглителната сила на електрически локомотив. Подобно въздействие се получава при всяко движение. Работата на силата е количеството, в което се умножават модулът на силата, модулът на преместване на точката на нейното приложение и косинусът на ъгъла между векторите на тези индикатори. Формулата в този случай изглежда така:

A = F s cos (F, s)

Ако ъгълът между тези вектори не е нула, тогава работата винаги се извършва. Освен това може да има както положително, така и отрицателно значение. Върху тялото под ъгъл 90° няма да действа сила.

Помислете например за каруца, теглена от мускулната сила на кон. С други думи, работата се извършва от теглителната сила в посоката на движение на количката. Но когато е насочен надолу или перпендикулярно, не върши работа (между другото мощността на двигателя се измерва в конски сили).

Работата, извършена от дадена сила, е скаларна величина и се измерва в джаули. Тя може да бъде:

• резултатна (под въздействието на няколко сили);
• непостоянен (тогава изчислението се извършва с интеграл).

Мощност

Как се измерва това количество? Първо, нека да видим какво представлява. Ясно е, че тялото започва да се движи поради упражнената сила. Но на практика освен това е необходимо да се знае как точно се постига това.

Работата може да бъде завършена през различни термини. Например, същото действие може да се извърши от малък двигател или голям електродвигател. Единственият въпрос е колко време ще отнеме производството му. Количеството, отговорно за тази задача, е мощността. Как се измерва става ясно от определението - това е съотношението на работата за определено време към неговата стойност:

Чрез логични стъпки стигаме до следната формула:

тоест произведението на векторите на силата и скоростта на движение е мощност. Как се измерва? Според международната система SI мерната единица за тази величина е 1 ват.

Watt и други мощности

Ват означава мощност, където един джаул работа се извършва за една секунда. Последният агрегат е кръстен на англичанина Дж. Уат, който е изобретил и построил първия парен двигател. Но той използва друга величина - конски сили, която се използва и до днес. приблизително равно на 735,5 вата.

По този начин, освен във ватове, мощността се измерва в метрични конски сили. И за много малка стойност също се използва Erg, равно на десет на минус седма степен на ват. Също така е възможно да се измери в една единица маса/сила/метри за секунда, което е равно на 9,81 вата.

Мощност на двигателя

Тази стойност е една от най-важните във всеки двигател, който се предлага в широк диапазон на мощност. Например електрическата самобръсначка има стотни от киловата, а ракетата с космически кораб има милиони.

Различните товари изискват различна мощност за поддържане на определена скорост. Например, една кола ще стане по-тежка, ако в нея се постави повече товар. Тогава пътят ще се увеличи. Следователно, за да се поддържа същата скорост, както в ненатоварено състояние, ще е необходима повече мощност. Съответно двигателят ще консумира повече гориво. Всички шофьори знаят този факт.

Но при високи скорости е важна и инерцията на машината, която е правопропорционална на нейната маса. Опитните шофьори, които знаят за този факт, намират при шофиране най-добрата комбинациягориво и скорост, така че да се изразходва по-малко бензин.

Текуща мощност

Как се измерва текущата мощност? В същата единица SI. Може да се измерва чрез директни или косвени методи.

Първият метод се прилага с помощта на ватметър, който консумира значителна енергия и силно натоварва източника на ток. Може да се използва за измерване на десет вата или повече. Индиректният метод се използва, когато е необходимо да се измерват малки стойности. Уредите за това са амперметър и волтметър, свързани към консуматора. Формулата в този случай ще изглежда така:

С известно съпротивление на натоварване измерваме тока, протичащ през него, и намираме мощността, както следва:

P = I 2 ∙ R n.

Използвайки формулата P = I 2 /R n, може да се изчисли и текущата мощност.

Как се измерва в мрежа с трифазен ток също не е тайна. За това се използва вече познато устройство - ватметър. Освен това е възможно да се реши проблемът с това какво се измерва с помощта на един, два или дори три инструмента. Например, четирипроводна инсталация ще изисква три устройства. И за трижилен с асиметричен товар - два.

Цели на урока:

• Запознаване с мощността като нова физична величина;
• Развийте способността да извеждате формули, като използвате необходимите знания от минали уроци; развиват логическото мислене, способността да анализират, да правят изводи;
• Приложете знанията по физика в света около вас.

По време на часовете

„И вечна битка! Почивай само в мечтите ни
През кръв и прах...
Степната кобила лети, лети
И перушината се мачка...
И край няма! Километри и стръмнини мигат от...
Спри! ...Няма мир! Степната кобила препуска!“

А. Блок „На Куликовското поле“ (юни 1908 г.). (Слайд 1).

Днес искам да започна урока с въпроси към вас. (Слайд 2).

1. Мислите ли, че конят има нещо общо с физиката?

2. С какво физическо количество се свързва конят?

Мощност– точно така, това е темата на нашия урок. Нека го запишем в тетрадка.

Всъщност мощността на двигателя на автомобилите и превозните средства все още се измерва в конски сили. Днес в урока ще научим всичко за силата от гледна точка на физиката. Нека помислим заедно и да определим какво трябва да знаем за мощността като физическа величина.

Има план за изучаване на физически величини: (Слайд 3).

1. дефиниция;
2. Вектор или скалар;
3. Буквено обозначение;
4. Формула;
5. Измервателен уред;
6. Единица за величина.

Този план ще бъде целта на нашия урок.

Нека започнем с пример от реалния живот. Трябва да съберете варел с вода, за да поливате растенията. Водата е в кладенеца. Имате избор: събирайте с помощта на кофа или с помощта на помпа. Нека ви напомня, че и в двата случая извършената механична работа ще бъде една и съща. Разбира се, повечето от вас ще изберат помпата.

Въпрос: Каква е разликата при извършване на една и съща работа?

Отговор:Помпата ще свърши тази работа по-бързо, т.е. ще отнеме по-малко време.

1) Физическата величина, характеризираща скоростта на работа, се нарича мощност. (Слайд 4).

2) Скаларно, т.к няма посока.

5) [N] = [1 J/s] =

Името на тази единица за мощност е дадено в чест на английския изобретател на парната машина (1784 г.) Джеймс Уат. (Слайд 5).

6) 1 W = мощност, при която 1 J работа се извършва за 1 s (Слайд 6).

Самолети, коли, кораби и други превозни средствачесто се движат с постоянна скорост. Например, по магистрали кола може да се движи със скорост 100 км/ч доста дълго време (Слайд 7).

Въпрос: от какво зависи скоростта на движение на такива тела?

Оказва се, че тя пряко зависи от мощността на двигателя на автомобила.

Знаейки формулата за мощност, ще изведем друга, но за това нека си спомним основната формула за механична работа.

Ученикът отива до дъската, за да изведе формулата. (Слайд 8).

Нека силата съвпада по посока със скоростта на тялото. Нека запишем формулата за работата на тази сила.

1.

2. При постоянна скорост на движение тялото изминава път, определен от формулата

Заместете в оригиналната формула за мощност: , получаваме - мощност.

Имаме друга формула за изчисляване на мощността, която ще използваме при решаване на задачи.

Мощността винаги е посочена в паспорта техническо средство. И в съвременните технически паспорти на автомобили има колона:

Мощност на двигателя: kW/hp

Следователно има връзка между тези единици на мощност.

Въпрос: Откъде идва тази единица мощност? (Слайд 11).

J. Watt излезе с идеята за измерване на механичната мощност в "конски сили". Предложената от него единица за мощност беше много популярна, но през 1948 г. Генералната конференция по мерки и теглилки въведе нова единица за мощност в международната система от единици - ват. (Слайд 12).

1 к.с = 735,5 W.

1 W = 0,00013596 к.с

Примери за мощността на съвременните автомобили. (Слайд 13,14).

Различните двигатели имат различна мощност.

Учебник стр.134 табл.5.

Въпрос: Каква е силата на човек?

Текст от учебник, § 54. Човешката мощност при нормални условия на работа е средно 70-80 W. При скачане или бягане по стълби човек може да развие мощност до 730 W, а в някои случаи дори повече.

Въпрос: Как се различават „живите двигатели“ от механичните? (Слайд 15).

Отговор:Фактът, че „живите двигатели“ могат да променят мощността си няколко пъти.

Фиксиране на материала.

1. Разкажете всичко, което знаете за властта. Отговорете според плана за изучаване на физическа величина.

Отговор: N ≈ 2,9 kW.

1. § 54.
2. Запишете формули за мощност в таблицата с формули.
3. Пр. 29 (2,5) – 1 ниво.
4. Пр. 29 (1.3) – ниво 2.
5. Пр. 29 (1.4) – 3-то ниво.
6. Задача 18 – за допълнителна оценка (на листчета).

Литература:

1. А.В. Перишкин „Учебник по физика за 7 клас“, Bustard, Москва, 2006 г.
2. А. Блок „На Куликовото поле“.
3. 1C: Училищна физика 7 клас

Механична работа. Работни единици.

В ежедневието разбираме всичко под понятието „работа“.

Във физиката понятието работамалко по-различен. Това е определено физическо количество, което означава, че може да се измери. Във физиката се изучава предимно механична работа .

Нека да разгледаме примери за механична работа.

Влакът се движи под теглителната сила на електрически локомотив и се извършва механична работа. Когато се стреля с пистолет, силата на натиск на праховите газове действа - тя движи куршума по цевта и скоростта на куршума се увеличава.

От тези примери става ясно, че механичната работа се извършва, когато тялото се движи под въздействието на сила. Механична работа се извършва и в случай, че сила, действаща върху тялото (например сила на триене), намалява скоростта на неговото движение.

Искайки да преместим шкафа, ние го натискаме силно, но ако не се движи, тогава не извършваме механична работа. Може да си представим случай, когато тялото се движи без участието на сили (по инерция), в който случай също не се извършва механична работа.

Така, механична работа се извършва само когато върху тялото действа сила и то се движи .

Не е трудно да се разбере, че колкото по-голяма сила действа върху тялото и колкото по-дълъг е пътят, който тялото изминава под въздействието на тази сила, толкова по-голяма е извършената работа.

Механичната работа е право пропорционална на приложената сила и право пропорционална на изминатото разстояние .

Затова се съгласихме да измерваме механичната работа чрез произведението на силата и пътя, изминат по тази посока на тази сила:

работа = сила × път

Където А- Работа, Е- сила и с- изминато разстояние.

За единица работа се приема работата, извършена от сила от 1N върху път от 1 m.

Работна единица - джаул (Дж ) на името на английския учен Джаул. По този начин,

1 J = 1N m.

Също така се използва килоджаули (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Формула A = Fsприложимо, когато силата Епостоянен и съвпада с посоката на движение на тялото.

Ако посоката на силата съвпада с посоката на движение на тялото, тогава тази сила извършва положителна работа.

Ако тялото се движи в посока, обратна на посоката на приложената сила, например силата на триене при плъзгане, тогава тази сила извършва отрицателна работа.

Ако посоката на силата, действаща върху тялото, е перпендикулярна на посоката на движение, тогава тази сила не извършва работа, работата е нула:

В бъдеще, говорейки за механична работа, ще я наричаме накратко с една дума - работа.

Пример. Изчислете извършената работа при повдигане на гранитна плоча с обем 0,5 m3 на височина 20 m. Плътността на гранита е 2500 kg/m3.

дадени:

ρ = 2500 kg/m3

Решение:

където F е силата, която трябва да се приложи за равномерно повдигане на плочата нагоре. Тази сила е равна по модул на силата Fstrand, действаща върху плочата, т.е. F = Fstrand. И силата на гравитацията може да се определи от масата на плочата: Fтегло = gm. Нека изчислим масата на плочата, знаейки нейния обем и плътността на гранита: m = ρV; s = h, т.е. пътят е равен на височината на повдигане.

И така, 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.

Отговор: A =245 kJ.

Лостове.Мощност.Енергия

За извършване на една и съща работа са необходими различни двигатели различно време. Например, кранна строителна площадка той вдига стотици тухли до последния етаж на сграда за няколко минути. Ако тези тухли бяха преместени от работник, това ще му отнеме няколко часа. Друг пример. Конят може да изоре хектар земя за 10-12 часа, докато тракторът с плуг с много лости ( лемеж- част от плуга, който отрязва слоя земя отдолу и го прехвърля на сметището; мулти-лемеж - много лемежи), тази работа ще бъде завършена за 40-50 минути.

Ясно е, че кранът върши същата работа по-бързо от работника, а тракторът върши същата работа по-бързо от коня. Скоростта на работа се характеризира със специално количество, наречено мощност.

Мощността е равна на отношението на работата към времето, през което е извършена.

За да изчислите мощността, трябва да разделите работата на времето, през което е извършена тази работа.мощност = работа/време.

Където н- мощност, А- Работа, T- време на завършена работа.

Мощността е постоянна величина, когато една и съща работа се извършва всяка секунда; в други случаи съотношението A/tопределя средната мощност:

нср. = A/t . За единица мощност се приема мощността, при която J работа се извършва за 1 s.

Тази единица се нарича ват ( У) в чест на друг английски учен, Уат.

1 ват = 1 джаул/1 секунда, или 1 W = 1 J/s.

Ват (джаул за секунда) - W (1 J/s).

По-големите единици мощност се използват широко в технологиите - киловат (kW), мегават (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

Пример. Намерете мощността на водния поток, протичащ през язовира, ако височината на пада на водата е 25 m и дебитът му е 120 m3 в минута.

дадени:

ρ = 1000 kg/m3

Решение:

Маса на падащата вода: m = ρV,

m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120 000 kg (12 104 kg).

Силата на гравитацията, действаща върху водата:

F = 9,8 m/s2 120 000 kg ≈ 1 200 000 N (12 105 N)

Работа, извършена от потока на минута:

A - 1 200 000 N · 25 m = 30 000 000 J (3 · 107 J).

Мощност на потока: N = A/t,

N = 30 000 000 J / 60 s = 500 000 W = 0,5 MW.

Отговор: N = 0,5 MW.

Различни двигатели имат мощности, вариращи от стотни до десети от киловата (двигател с електрическа самобръсначка, шевна машина) до стотици хиляди киловата (водни и парни турбини).

Таблица 5.

Мощност на някои двигатели, kW.

Всеки двигател има табела (паспорт на двигателя), която показва някаква информация за двигателя, включително неговата мощност.

Човешката мощност при нормални условия на работа е средно 70-80 W. При скачане или бягане по стълби човек може да развие мощност до 730 W, а в някои случаи дори повече.

От формулата N = A/t следва, че

За да се изчисли работата, е необходимо мощността да се умножи по времето, през което е извършена тази работа.

Пример. Моторът на стайния вентилатор е с мощност 35 вата. Колко работа върши за 10 минути?

Нека запишем условията на задачата и да я решим.

дадени:

Решение:

A = 35 W * 600 s = 21 000 W * s = 21 000 J = 21 kJ.

Отговор А= 21 kJ.

Прости механизми.

От незапомнени времена човекът използва различни устройства за извършване на механична работа.

Всеки знае, че тежък предмет (камък, шкаф, машина), който не може да бъде преместен на ръка, може да бъде преместен с помощта на достатъчно дълга пръчка - лост.

В момента се смята, че с помощта на лостове преди три хиляди години по време на строежа на пирамидите в Древен Египетпремества и издига тежки каменни плочи на големи височини.

В много случаи, вместо да се повдига тежък товар до определена височина, той може да се търкаля или изтегля на същата височина по наклонена равнина или да се повдига с помощта на блокове.

Устройствата, използвани за преобразуване на сила, се наричат механизми .

Простите механизми включват: лостове и техните разновидности - блок, порта; наклонена равнина и нейните разновидности - клин, винт. В повечето случаи прости механизмиизползва се за увеличаване на силата, тоест за увеличаване на силата, действаща върху тялото няколко пъти.

Прости механизми се намират както в домакинството, така и във всички сложни промишлени и индустриални машини, които режат, усукват и щамповат големи листове стомана или изтеглят най-фините нишки, от които след това се правят тъкани. Същите механизми могат да бъдат намерени в съвременните сложни автоматични машини, печатащи и броячни машини.

Рамо на лоста. Баланс на силите на лоста.

Нека разгледаме най-простия и често срещан механизъм - лоста.

Лостът е твърдо, който може да се върти около неподвижна опора.

Снимките показват как работник използва лост като лост за повдигане на товар. В първия случай работникът със сила Енатиска края на лоста Б, във втория - повдига края Б.

Работникът трябва да преодолее тежестта на товара П- сила, насочена вертикално надолу. За да направи това, той завърта лоста около ос, минаваща през единствената неподвиженточката на пречупване е точката на нейната опора ОТНОСНО. Сила Ес която работникът действа върху лоста е по-малка сила П, като по този начин работникът получава придобивам сила. С помощта на лост можете да вдигнете толкова тежък товар, че не можете да го вдигнете сами.

Фигурата показва лост, чиято ос на въртене е ОТНОСНО(опорна точка) се намира между точките на прилагане на силите АИ IN. Друга снимка показва диаграма на този лост. И двете сили Е 1 и Е 2 действащи на лоста са насочени в една посока.

Най-късото разстояние между опорната точка и правата линия, по която силата действа върху лоста, се нарича рамо на силата.

Дължината на този перпендикуляр ще бъде рамото на тази сила. Фигурата показва това OA- сила на раменете Е 1; ОВ- сила на раменете Е 2. Силите, действащи върху лоста, могат да го въртят около оста си в две посоки: по посока на часовниковата стрелка или обратно на часовниковата стрелка. Да, сила Е 1 завърта лоста по посока на часовниковата стрелка, а силата Е 2 го завърта обратно на часовниковата стрелка.

Условието, при което лостът е в равновесие под въздействието на приложените към него сили, може да се установи експериментално. Трябва да се помни, че резултатът от действието на дадена сила зависи не само от нейния числова стойност(модул), но и върху точката, в която се прилага към тялото или как е насочена.

Различни тежести са окачени на лоста (вижте фигурата) от двете страни на опорната точка, така че всеки път лостът да остава в равновесие. Силите, действащи върху лоста, са равни на теглата на тези товари. За всеки случай се измерват силовите модули и техните рамена. От опита, показан на фигура 154, е ясно, че сила 2 нбалансира силата 4 н. В този случай, както се вижда от фигурата, рамото с по-малка якост е 2 пъти по-голямо от рамото с по-голяма якост.

Въз основа на такива експерименти е установено условието (правилото) за равновесие на лоста.

Лостът е в равновесие, когато силите, действащи върху него, са обратно пропорционални на рамената на тези сили.

Това правило може да се запише като формула:

Е 1/Е 2 = л 2/ л 1 ,

Където Е 1ИЕ 2 - сили, действащи върху лоста, л 1Ил 2 , - раменете на тези сили (виж фигурата).

Правилото за равновесие на лоста е установено от Архимед около 287 - 212 г. пр.н.е д. (но в последния параграф беше казано, че лостовете са били използвани от египтяните? Или думата „установен“ играе важна роля тук?)

От това правило следва, че по-малка сила може да се използва за балансиране на по-голяма сила с помощта на лост. Нека едното рамо на лоста е 3 пъти по-голямо от другото (виж фигурата). След това, прилагайки сила от например 400 N в точка B, можете да повдигнете камък с тегло 1200 N. За да повдигнете още по-тежък товар, трябва да увеличите дължината на рамото на лоста, върху което действа работникът.

Пример. С помощта на лост работник повдига плоча с тегло 240 kg (виж фиг. 149). Каква сила прилага той към по-голямото рамо на лоста от 2,4 m, ако по-малкото рамо е 0,6 m?

Нека запишем условията на задачата и да я решим.

дадени:

Решение:

Според правилото за равновесие на лоста F1/F2 = l2/l1, откъдето F1 = F2 l2/l1, където F2 = P е теглото на камъка. Тегло на камъка asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Тогава F1 = 2400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Отговор: F1 = 600 N.

В нашия пример работникът преодолява сила от 2400 N, прилагайки сила от 600 N към лоста, но в този случай рамото, върху което действа работникът, е 4 пъти по-дълго от това, върху което действа тежестта на камъка. ( л 1 : л 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Прилагайки правилото за ливъридж, по-малка сила може да балансира по-голяма сила. В този случай рамото с по-малка сила трябва да е по-дълго от рамото с по-голяма сила.

Момент на сила.

Вече знаете правилото за равновесие на лоста:

Е 1 / Е 2 = л 2 / л 1 ,

Използвайки свойството на пропорцията (произведението на неговите крайни членове е равно на произведението на неговите средни членове), ние го записваме в следната форма:

Е 1л 1 = Е 2 л 2 .

От лявата страна на равенството е произведението на силата Е 1 на нейното рамо л 1, а отдясно - произведението на силата Е 2 на нейното рамо л 2 .

Произведението на модула на силата, въртяща тялото и рамото му, се нарича момент на сила; обозначава се с буквата М. Това означава

Лостът е в равновесие под действието на две сили, ако моментът на силата, която го върти по посока на часовниковата стрелка, е равен на момента на силата, която го върти обратно на часовниковата стрелка.

Това правило се нарича правило на моментите , може да се запише като формула:

М1 = М2

Наистина, в експеримента, който разгледахме (§ 56), действащите сили бяха равни на 2 N и 4 N, рамената им съответно възлизаха на 4 и 2 натиска на лоста, т.е. моментите на тези сили са еднакви, когато лостът е в равновесие .

Моментът на сила, както всяка физическа величина, може да бъде измерен. За единица момент на сила се приема момент на сила от 1 N, чието рамо е точно 1 m.

Тази единица се нарича нютон метър (N m).

Моментът на силата характеризира действието на сила и показва, че тя зависи едновременно както от модула на силата, така и от нейния лост. Наистина, ние вече знаем, например, че действието на сила върху врата зависи както от големината на силата, така и от това къде се прилага силата. Колкото по-лесно е да завъртите вратата, толкова по-далеч от оста на въртене се прилага силата, действаща върху нея. По-добре е да развиете гайката с дълъг ключ, отколкото с къс. Колкото по-лесно е да вдигнете кофа от кладенеца, толкова по-дълга е дръжката на портата и т.н.

Лостове в техниката, бита и природата.

Правилото на ливъриджа (или правилото на моментите) е в основата на действието на различни видове инструменти и устройства, използвани в технологиите и ежедневието, където се изисква печалба в сила или пътуване.

Имаме печалба в сила при работа с ножица. ножици - това е лост(фиг.), чиято ос на въртене се осъществява чрез винт, свързващ двете половини на ножицата. Действаща сила Е 1 е мускулната сила на ръката на човека, хващащ ножицата. Противодействие Е 2 е съпротивителната сила на материала, който се реже с ножица. В зависимост от предназначението на ножиците техният дизайн варира. Офис ножиците, предназначени за рязане на хартия, имат дълги остриета и почти еднаква дължина на дръжките. Рязането на хартия не изисква много сила, а дългото острие улеснява рязането по права линия. Ножиците за рязане на ламарина (фиг.) имат много по-дълги дръжки от остриетата, тъй като съпротивителната сила на метала е голяма и за балансирането й трябва значително да се увеличи рамото на действащата сила. | Повече ▼ повече разликамежду дължината на дръжките и разстоянието на режещата част и оста на въртене в резачки за тел(Фиг.), предназначен за рязане на тел.

Лостове различни видовепредлага се на много автомобили. Дръжката на шевната машина, педалите или ръчната спирачка на велосипеда, педалите на колата и трактора и клавишите на пианото са примери за лостове, използвани в тези машини и инструменти.

Примери за използване на лостове са дръжките на менгеметата и работните маси, лоста на бормашината и др.

Действието на лостовите везни се основава на принципа на лоста (фиг.). Скалите за обучение, показани на Фигура 48 (стр. 42), действат като лост с равно рамо . IN десетични скалирамото, на което е окачена чашата с тежести, е 10 пъти по-дълго от рамото, носещо товара. Това прави претеглянето на големи товари много по-лесно. Когато претегляте товар на десетична скала, трябва да умножите масата на тежестите по 10.

Устройството на везни за претегляне на товарни вагони на автомобили също се основава на правилото за ливъридж.

Лостовете се намират и в различни части на тялото на животните и хората. Това са например ръцете, краката, челюстите. Много лостове могат да бъдат намерени в тялото на насекомите (като прочетете книга за насекомите и структурата на телата им), птиците и в структурата на растенията.

Прилагане на закона за равновесие на лост към блок.

БлокирайтеПредставлява колело с жлеб, монтирано в държач. През жлеба на блока се прекарва въже, кабел или верига.

Фиксиран блок Това се нарича блок, чиято ос е фиксирана и не се издига или пада при повдигане на товари (фиг.).

Фиксиран блок може да се разглежда като равнораменен лост, в който рамената на силите са равни на радиуса на колелото (фиг.): OA = OB = r. Такъв блок не осигурява печалба в сила. ( Е 1 = Е 2), но ви позволява да промените посоката на силата. Подвижен блок - това е блок. чиято ос се издига и пада заедно с товара (фиг.). Фигурата показва съответния лост: ОТНОСНО- опорна точка на лоста, OA- сила на раменете РИ ОВ- сила на раменете Е. Тъй като рамото ОВ 2 пъти рамото OA, след това силата Е 2 пъти по-малко сила Р:

F = P/2 .

По този начин, подвижният блок дава 2-кратно увеличение на силата .

Това може да се докаже с помощта на понятието момент на сила. Когато блокът е в равновесие, моментите на силите ЕИ Рравни един на друг. Но рамото на силата Е 2 пъти ливъридж Р, а следователно и самата мощност Е 2 пъти по-малко сила Р.

Обикновено в практиката се използва комбинация от неподвижен блок и подвижен (фиг.). Фиксираният блок се използва само за удобство. Това не дава печалба в сила, но променя посоката на силата. Например, той ви позволява да повдигнете товар, докато стоите на земята. Това е полезно за много хора или работници. Въпреки това дава печалба в сила 2 пъти по-голяма от обикновено!

Равнопоставеност на работата при използване на прости механизми. "Златното правило" на механиката.

Простите механизми, които разгледахме, се използват при извършване на работа в случаите, когато е необходимо да се балансира друга сила чрез действието на една сила.

Естествено възниква въпросът: докато дават печалба в силата или пътя, простите механизми не дават ли печалба в работата? Отговорът на този въпрос може да се получи от опит.

Чрез балансиране на две различни по големина сили върху лоста Е 1 и Е 2 (фиг.), задвижете лоста. Оказва се, че в същото време точката на приложение на по-малката сила Е 2 отива по-нататък с 2, и точката на приложение на по-голямата сила Е 1 - по-къс път с 1. След измерване на тези пътища и модули на сила, откриваме, че пътищата, изминати от точките на прилагане на силите върху лоста, са обратно пропорционални на силите:

с 1 / с 2 = Е 2 / Е 1.

Така, действайки върху дългото рамо на лоста, ние печелим в сила, но в същото време губим със същото количество по пътя.

Продукт на сила Епо пътя сработа има. Нашите експерименти показват, че работата, извършена от силите, приложени към лоста, е равна една на друга:

Е 1 с 1 = Е 2 с 2, т.е. А 1 = А 2.

Така, Когато използвате ливъридж, няма да можете да печелите на работа.

Използвайки ливъридж, можем да спечелим или сила, или разстояние. Прилагайки сила върху късото рамо на лоста, ние печелим на разстояние, но губим със същото количество на сила.

Има легенда, че Архимед, възхитен от откритието на правилото за ливъриджа, възкликнал: „Дайте ми опорна точка и ще обърна Земята!“

Разбира се, Архимед не би могъл да се справи с подобна задача, дори ако му беше дадена опорна точка (която трябваше да е извън Земята) и лост с необходимата дължина.

За да повдигне земята само с 1 см, дългото рамо на лоста трябва да опише дъга с огромна дължина. Ще са необходими милиони години, за да се премести дългият край на лоста по този път, например, със скорост 1 m/s!

Стационарен блок не дава печалба в работата,което е лесно да се провери експериментално (виж фигурата). начини, проходими точкиприлагане на сили ЕИ Е, са еднакви, силите са еднакви, което означава, че работата е една и съща.

Можете да измервате и сравнявате извършената работа с помощта на движещ се блок. За да се повдигне товар до височина h с помощта на подвижен блок, е необходимо да се премести края на въжето, към което е прикрепен динамометърът, както показва опитът (фиг.), На височина 2h.

По този начин, получавайки 2-кратно увеличение на силата, те губят 2-кратно по пътя, следователно подвижният блок не дава печалба в работата.

Това го показва вековната практика Нито един от механизмите не дава печалба в производителността.Те използват различни механизми, за да победят в сила или в пътуване, в зависимост от условията на работа.

Още древните учени са знаели правило, приложимо за всички механизми: без значение колко пъти печелим в сила, същият брой пъти губим в разстояние. Това правило е наречено "златното правило" на механиката.

Ефективност на механизма.

При разглеждането на дизайна и действието на лоста не взехме предвид триенето, както и теглото на лоста. в тези идеални условияработа, извършена от приложената сила (ще наричаме тази работа пълен), е равно на полезенработа по повдигане на товари или преодоляване на някакво съпротивление.

На практика общата работа, извършена с помощта на един механизъм, винаги е малко по-голяма полезна работа.

Част от работата се извършва срещу силата на триене в механизма и чрез движение на отделните му части. Така че, когато използвате подвижен блок, трябва допълнително да извършите работа, за да повдигнете самия блок, въжето и да определите силата на триене в оста на блока.

Какъвто и механизъм да вземем, полезната работа, извършена с негова помощ, винаги представлява само част от цялата работа. Това означава, че обозначавайки полезна работа с буквата Ap, обща (изразходвана) работа с буквата Az, можем да запишем:

нагоре< Аз или Ап / Аз < 1.

Съотношението на полезната работа към общата работа се нарича коефициент полезно действиемеханизъм.

Коефициентът на ефективност се обозначава съкратено като ефективност.

Ефективност = Ap / Az.

Ефективността обикновено се изразява като процент и се обозначава с гръцката буква η, разчетена като „ета“:

η = Ap / Az · 100%.

Пример: Товар с тегло 100 kg е окачен на късото рамо на лост. За повдигането му се прилага сила от 250 N. Товарът се повдига на височина h1 = 0,08 m, докато точката на приложение на движещата сила пада на височина h2 = 0,4 m ефективност на лоста.

Нека запишем условията на задачата и да я решим.

дадени :

Решение :

η = Ap / Az · 100%.

Обща (изразходвана) работа Az = Fh2.

Полезна работа Ap = Рh1

P = 9,8 100 kg ≈ 1000 N.

Ap = 1000 N · 0,08 = 80 J.

Az = 250 N · 0,4 m = 100 J.

η = 80 J/100 J 100% = 80%.

Отговор : η = 80%.

Но " златно правило"се извършва и в този случай. Част от полезната работа - 20% от нея - се изразходва за преодоляване на триенето в оста на лоста и съпротивлението на въздуха, както и за движението на самия лост.

Ефективността на всеки механизъм винаги е по-малка от 100%. Когато проектират механизми, хората се стремят да увеличат тяхната ефективност. За да се постигне това, се намалява триенето в осите на механизмите и тяхното тегло.

Енергия.

В заводите и фабриките машините и машините се задвижват от електродвигатели, които консумират електрическа енергия(оттук и името).