운동에너지 공식. 결합 에너지를 계산하는 방법 물리학에서 에너지를 찾는 방법

지구 중심에서 신체의 거리를 늘리려면(몸을 들어 올리기) 작업이 수행되어야 합니다. 중력에 대한 이러한 일은 신체의 위치 에너지 형태로 저장됩니다.

그것이 무엇인지 이해하기 위해서는 잠재력몸, 우리는 질량이 m인 물체를 지표면 위의 높이에서 높이 까지 수직으로 아래로 움직일 때 중력이 한 일을 알아낼 것입니다.

지구 중심까지의 거리에 비해 차이가 무시할 수 있는 경우 신체 이동 중 중력은 일정하고 mg과 동일한 것으로 간주될 수 있습니다.

변위는 중력 벡터와 방향이 일치하기 때문에 중력의 일은 다음과 같습니다.

마지막 공식에서 질량 m의 물질 지점을 지구의 중력장으로 옮길 때 중력의 작용은 특정 양 mgh의 두 값 사이의 차이와 같다는 것이 분명합니다. 일은 에너지 변화의 척도이므로 공식의 오른쪽에는 이 신체의 두 에너지 값의 차이가 포함됩니다. 이는 mgh 값이 지구 중력장에서 신체의 위치로 인한 에너지를 나타냄을 의미합니다.

상호 작용하는 물체(또는 한 물체의 일부)의 상대적 위치로 인해 발생하는 에너지를 에너지라고 합니다. 잠재적인 Wp로 표시됩니다. 그러므로 지구의 중력장에 위치한 물체의 경우,

중력이 한 일은 변화량과 같다 신체 위치에너지, 반대 기호로 촬영되었습니다.

중력의 작용은 신체의 궤적에 의존하지 않으며 항상 중력 계수와 초기 위치와 최종 위치의 높이 차이의 곱과 같습니다.

의미 잠재력지구 위로 올라간 물체의 크기는 0 수준, 즉 위치 에너지가 0으로 간주되는 높이의 선택에 따라 달라집니다. 일반적으로 지구 표면에 있는 물체의 위치에너지는 0이라고 가정합니다.

이 제로 레벨 선택으로 신체 위치 에너지지구 표면 위의 높이 h에 위치한 는 중력 가속도 계수와 지구 표면으로부터의 거리를 신체 질량에 곱한 것과 같습니다.

위의 모든 내용을 통해 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다. 신체의 위치 에너지는 두 가지 양에만 의존합니다., 즉: 몸체 자체의 질량과 이 몸체가 올라가는 높이로부터. 신체의 궤적은 어떤 식으로든 위치 에너지에 영향을 미치지 않습니다.

신체의 강성과 변형의 제곱을 곱한 값의 절반에 해당하는 물리량을 탄성 변형된 신체의 위치 에너지라고 합니다.

탄성 변형된 물체의 위치 에너지는 물체가 변형이 0인 상태로 전환될 때 탄성력이 한 일과 같습니다.

도 있습니다:

운동 에너지

우리가 사용한 공식에서.

기계 작업. 작업 단위.

일상생활에서 우리는 '일'이라는 개념으로 모든 것을 이해합니다.

물리학에서는 개념을 직업다소 다릅니다. 이는 일정한 물리량이므로 측정할 수 있습니다. 물리학에서는 주로 연구됩니다. 기계적인 작업 .

기계적인 작업의 예를 살펴보겠습니다.

기차는 전기기관차의 견인력을 받아 움직이며 기계적인 작업이 수행됩니다. 총이 발사되면 분말 가스의 압력이 작용하여 총알이 총신을 따라 이동하고 총알의 속도가 증가합니다.

이러한 예에서 신체가 힘의 영향을 받아 움직일 때 기계적 작업이 수행된다는 것이 분명합니다. 신체에 작용하는 힘(예: 마찰력)으로 인해 신체의 이동 속도가 감소하는 경우에도 기계적 작업이 수행됩니다.

캐비닛을 옮기고 싶어서 세게 눌러도 움직이지 않으면 기계적인 작업을 수행하지 않습니다. 신체가 힘의 참여 없이(관성에 의해) 움직이는 경우를 상상할 수 있는데, 이 경우 기계적 작업도 수행되지 않습니다.

그래서, 기계적 일은 물체에 힘이 작용하여 움직일 때만 이루어집니다. .

신체에 작용하는 힘이 클수록, 이 힘의 영향을 받아 신체가 이동하는 경로가 길어질수록 더 많은 일이 수행된다는 것을 이해하는 것은 어렵지 않습니다.

기계적 일은 가해진 힘에 정비례하고 이동 거리에 정비례합니다. .

따라서 우리는 힘의 곱과 이 힘의 방향을 따라 이동하는 경로로 기계적 작업을 측정하기로 합의했습니다.

일 = 힘 × 경로

어디 ㅏ- 직업, 에프- 힘과 에스- 이동 거리.

일의 단위는 1m의 경로에 1N의 힘이 가해진 일로 간주됩니다.

작업 단위 - 줄 (제이 ) 영국 과학자 Joule의 이름을 따서 명명되었습니다. 따라서,

1J = 1N·m.

또한 사용됨 킬로줄 (kJ) .

1kJ = 1000J.

공식 A = Fs힘을 가할 때 적용 가능 에프일정하고 신체의 움직임 방향과 일치합니다.

힘의 방향이 물체의 운동 방향과 일치하면 이 힘은 양의 작용을 합니다.

몸체가 적용된 힘(예: 미끄럼 마찰력)의 방향과 반대 방향으로 움직이는 경우 이 힘은 음의 일을 합니다.

물체에 작용하는 힘의 방향이 이동 방향과 수직이면 이 힘은 작용하지 않으며 일은 0입니다.

앞으로는 기계적인 일에 대해 간단히 한마디로 일(work)이라고 부르겠습니다.

예. 부피가 0.5m3인 화강암 석판을 높이 20m까지 들어올릴 때 수행된 작업을 계산하십시오. 화강암의 밀도는 2500kg/m3입니다.

주어진:

ρ = 2500kg/m 3

해결책:

여기서 F는 슬래브를 균일하게 들어 올리기 위해 가해지는 힘입니다. 이 힘은 슬래브에 작용하는 힘 Fstrand와 모듈러스가 동일합니다. 즉, F = Fstrand입니다. 그리고 중력은 슬래브의 질량에 의해 결정될 수 있습니다: Fweight = gm. 슬래브의 부피와 화강암 밀도를 알고 슬래브의 질량을 계산해 보겠습니다. m = ρV; s = h, 즉 경로는 리프팅 높이와 동일합니다.

따라서 m = 2500kg/m3 · 0.5m3 = 1250kg입니다.

F = 9.8N/kg · 1250kg ≒ 12,250N.

A = 12,250N · 20m = 245,000J = 245kJ.

답변: A =245kJ.

레버.파워.에너지

동일한 작업을 수행하려면 서로 다른 엔진이 필요합니다. 다른 시간. 예를 들어, 건설 현장의 크레인은 몇 분 안에 수백 개의 벽돌을 건물 꼭대기 층으로 들어 올립니다. 작업자가 이 벽돌을 옮기면 이를 수행하는 데 몇 시간이 걸릴 것입니다. 다른 예시. 말은 10-12시간 안에 1헥타르의 땅을 갈 수 있는 반면, 다중 공유 쟁기를 갖춘 트랙터( 쟁기질하다- 아래에서 흙층을 잘라서 쓰레기장으로 옮기는 쟁기의 일부. 다중 쟁기질 - 많은 쟁기질), 이 작업은 40~50분 안에 완료됩니다.

크레인이 작업자보다 동일한 작업을 더 빠르게 수행하고 트랙터가 말보다 동일한 작업을 더 빠르게 수행한다는 것은 분명합니다. 작업 속도는 전력이라는 특별한 양으로 특징 지어집니다.

전력은 작업이 수행된 시간에 대한 작업의 비율과 같습니다.

전력을 계산하려면 작업을 이 작업이 수행되는 시간으로 나누어야 합니다.힘 = 일 / 시간.

어디 N- 힘, ㅏ- 직업, 티- 작업이 완료된 시간입니다.

전력은 매초 동일한 작업이 수행될 때 일정한 양이며, 다른 경우에는 비율입니다. 에평균 전력을 결정합니다.

N평균 = 에 . 전력의 단위는 J의 일이 1초 동안 수행되는 전력으로 간주됩니다.

이 단위를 와트(watt)라고 합니다. 여) 또 다른 영국 과학자 Watt를 기리기 위해.

1와트 = 1줄/1초, 또는 1W = 1J/초.

와트(초당 줄) - W(1J/s).

더 큰 전력 단위가 기술에서 널리 사용됩니다. 킬로와트 (kW), 메가와트 (MW) .

1MW = 1,000,000W

1kW = 1000W

1mW = 0.001W

1W = 0.000001MW

1W = 0.001kW

1W = 1000mW

예. 폭포 높이가 25m이고 유속이 분당 120m3일 때 댐을 통해 흐르는 물 흐름의 힘을 구하십시오.

주어진:

ρ = 1000kg/m3

해결책:

떨어지는 물의 질량: m = ρV,

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

물에 작용하는 중력:

F = 9.8m/s2 120,000kg ≒ 1,200,000N(12,105N)

분당 흐름으로 수행되는 작업:

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

흐름 전력: N = A/t,

N = 30,000,000J / 60초 = 500,000W = 0.5MW.

답변: N = 0.5MW.

다양한 엔진은 100분의 1~10분의 1킬로와트(전기 면도기 엔진, 재봉틀) 최대 수십만 킬로와트(물 및 증기 터빈).

표 5.

일부 엔진의 출력, kW.

각 엔진에는 출력을 포함하여 엔진에 대한 일부 정보를 나타내는 플레이트(엔진 여권)가 있습니다.

정상적인 작동 조건에서 인력은 평균 70-80W입니다. 점프하거나 계단을 올라갈 때 사람은 최대 730W의 전력을 개발할 수 있으며 어떤 경우에는 그 이상까지 발전할 수 있습니다.

공식 N = A/t로부터 다음이 도출됩니다.

작업을 계산하려면 해당 작업이 수행된 시간을 전력에 곱해야 합니다.

예. 룸 팬 모터의 출력은 35와트입니다. 그는 10분 동안 얼마나 많은 일을 합니까?

문제의 조건을 적어서 해결해보자.

주어진:

해결책:

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

답변 ㅏ= 21kJ.

간단한 메커니즘.

옛날부터 인간은 기계 작업을 수행하기 위해 다양한 장치를 사용해 왔습니다.

손으로 이동할 수 없는 무거운 물체(돌, 캐비닛, 공작 기계)는 충분히 긴 막대(레버)를 사용하여 이동할 수 있다는 것을 누구나 알고 있습니다.

현재 3000년 전 고대 이집트의 피라미드 건설 과정에서 레버의 도움으로 무거운 석판이 이동되어 매우 높은 높이로 올라간 것으로 믿어집니다.

무거운 짐을 특정 높이까지 들어올리는 대신 경사면을 따라 같은 높이까지 굴리거나 당기거나 블록을 이용해 들어올리는 경우가 많다.

힘을 변환하는 데 사용되는 장치를 메커니즘 .

간단한 메커니즘에는 다음이 포함됩니다. 레버 및 그 종류 - 블록, 게이트; 경사면 및 그 종류 - 쐐기, 나사. 대부분의 경우 힘을 얻기 위해, 즉 신체에 작용하는 힘을 여러 번 증가시키기 위해 간단한 메커니즘이 사용됩니다.

간단한 메커니즘은 큰 강철 시트를 자르고, 비틀고, 스탬핑하거나 직물을 만드는 가장 가는 실을 뽑는 가정용 기계와 모든 복잡한 산업 및 산업 기계에서 발견됩니다. 현대의 복잡한 자동 기계, 인쇄 및 계수 기계에서도 동일한 메커니즘을 찾을 수 있습니다.

레버 암. 레버에 가해지는 힘의 균형.

가장 간단하고 가장 일반적인 메커니즘인 레버를 고려해 보겠습니다.

레버는 고정된 지지대를 중심으로 회전할 수 있는 강체입니다.

사진은 작업자가 지렛대를 지렛대로 사용하여 화물을 들어 올리는 방법을 보여줍니다. 첫 번째 경우, 힘을 가진 노동자 에프쇠지렛대 끝을 누른다 비, 두 번째 - 끝을 올립니다 비.

작업자는 하중의 무게를 극복해야 합니다. 피- 수직으로 아래쪽으로 향하는 힘. 이를 위해 그는 유일한 축을 통과하는 축 주위로 지렛대를 돌립니다. 움직이지 않는한계점은 지지점이다 에 대한. 힘 에프작업자가 레버에 작용하는 힘은 적습니다. 피, 따라서 근로자는 다음과 같은 혜택을 받습니다. 힘을 얻다. 지렛대를 이용하면 혼자서는 들 수 없을 만큼 무거운 짐을 들어올릴 수 있습니다.

그림은 회전축이 다음과 같은 레버를 보여줍니다. 에 대한(받침점)은 힘의 적용 지점 사이에 위치합니다. ㅏ그리고 안에. 또 다른 그림은 이 레버의 다이어그램을 보여줍니다. 두 세력 모두 에프 1과 에프레버에 작용하는 2개는 한 방향으로 향합니다.

지렛대에 힘이 작용하는 지점과 직선 사이의 최단 거리를 힘의 팔이라고 합니다.

이 수직선의 길이는 이 힘의 팔이 됩니다. 그림은 OA- 어깨 힘 에프 1; 산부인과- 어깨 힘 에프 2. 레버에 작용하는 힘은 축을 중심으로 시계 방향 또는 시계 반대 방향의 두 방향으로 레버를 회전시킬 수 있습니다. 응 힘내 에프 1. 레버를 시계방향으로 돌리면 힘이 가해집니다. 에프 2는 시계 반대 방향으로 회전합니다.

레버에 가해지는 힘의 영향으로 레버가 평형을 이루는 조건은 실험적으로 설정할 수 있습니다. 힘의 결과는 수치(계수)뿐만 아니라 신체에 적용되는 지점이나 방향에 따라 달라진다는 점을 기억해야 합니다.

레버가 균형을 유지할 때마다 지지대의 양쪽에 있는 레버(그림 참조)에 다양한 추가 매달려 있습니다. 레버에 작용하는 힘은 이러한 하중의 무게와 같습니다. 각 경우에 대해 힘 모듈과 해당 어깨가 측정됩니다. 그림 154의 경험을 통해 힘 2가 N힘의 균형을 맞춘다 4 N. 이 경우 그림에서 알 수 있듯이 힘이 약한 어깨가 힘이 센 어깨보다 2배 더 크다.

이러한 실험을 바탕으로 지렛대 평형의 조건(규칙)이 확립되었다.

지레에 작용하는 힘이 이러한 힘의 팔에 반비례할 때 지레는 평형 상태에 있습니다.

이 규칙은 다음과 같은 공식으로 작성할 수 있습니다.

에프 1/에프 2 = 엘 2/ 엘 1 ,

어디 에프 1그리고에프 2 - 레버에 작용하는 힘, 엘 1그리고엘 2 , - 이러한 힘의 어깨입니다(그림 참조).

지렛대 평형의 법칙은 287~212년경 아르키메데스에 의해 확립되었습니다. 기원전 이자형. (그런데 마지막 문단에서 지렛대는 이집트인들이 사용했다고 하더군요. 아니면 여기서 "확립"이라는 단어가 중요한 역할을 하는 걸까요?)

이 규칙에 따르면 레버를 사용하여 더 큰 힘의 균형을 맞추기 위해 더 작은 힘을 사용할 수 있습니다. 레버의 한쪽 팔을 다른 쪽 팔보다 3배 더 크게 만듭니다(그림 참조). 그런 다음 B 지점에 예를 들어 400N의 힘을 가하면 무게가 1200N인 돌을 들어 올릴 수 있습니다. 더 무거운 하중을 들어 올리려면 작업자가 작용하는 레버 암의 길이를 늘려야 합니다.

예. 작업자는 레버를 사용하여 무게 240kg의 슬래브를 들어 올립니다(그림 149 참조). 작은 팔이 0.6m라면 그는 2.4m의 더 큰 레버 팔에 어떤 힘을 가합니까?

문제의 조건을 적어서 해결해보자.

주어진:

해결책:

지레 평형 법칙에 따르면, F1/F2 = l2/l1, 여기서 F1 = F2 l2/l1, 여기서 F2 = P는 돌의 무게입니다. 석재 무게 asd = gm, F = 9.8 N 240 kg ≒ 2400 N

그러면 F1 = 2400N · 0.6/2.4 = 600N입니다.

답변: F1 = 600N.

이 예에서 작업자는 600N의 힘을 지렛대에 적용하여 2400N의 힘을 극복합니다. 그러나 동시에 작업자가 작용하는 어깨는 4배입니다. 그보다 더 오래, 이는 돌의 무게( 엘 1 : 엘 2 = 2.4m: 0.6m = 4).

지렛대의 법칙을 적용하면 더 작은 힘이 더 큰 힘의 균형을 이룰 수 있습니다. 이 경우 힘이 약한 어깨는 힘이 강한 어깨보다 길어야 합니다.

힘의 순간.

당신은 이미 지렛대 평형의 법칙을 알고 있습니다.

에프 1 / 에프 2 = 엘 2 / 엘 1 ,

비율의 속성(최단 구성원의 곱은 중간 구성원의 곱과 동일함)을 사용하여 다음 형식으로 작성합니다.

에프 1엘 1 = 에프 2 엘 2 .

평등의 왼쪽에는 힘의 산물이 있습니다. 에프 1 그녀의 어깨에 엘 1, 오른쪽 - 힘의 산물 에프 2 그녀의 어깨에 엘 2 .

몸체와 어깨를 회전시키는 힘의 계수의 곱을 힘의 순간; 문자 M으로 지정됩니다. 이는

지레를 시계 방향으로 회전시키는 힘의 모멘트가 시계 반대 방향으로 회전시키는 힘의 모멘트와 같으면 지레는 두 힘의 작용 하에서 평형 상태에 있습니다.

이 규칙은 순간의 법칙 , 수식으로 작성할 수 있습니다.

M1 = M2

실제로 우리가 고려한 실험(§ 56)에서 작용하는 힘은 2N과 4N이었고 어깨의 어깨는 각각 4와 2의 레버 압력에 해당했습니다. 즉, 레버가 평형 상태에 있을 때 이러한 힘의 모멘트는 동일합니다. .

다른 물리량과 마찬가지로 힘의 순간도 측정할 수 있습니다. 힘의 모멘트 단위는 1N의 힘의 모멘트로 간주되며, 그 팔의 길이는 정확히 1m입니다.

이 단위는 뉴턴 미터 (N·m).

힘의 순간은 힘의 작용을 특징짓고 힘의 계수와 지렛대 모두에 동시에 의존한다는 것을 보여줍니다. 실제로, 예를 들어 우리는 문에 작용하는 힘이 힘의 크기와 힘이 가해지는 위치에 따라 달라진다는 것을 이미 알고 있습니다. 문을 돌리는 것이 더 쉬울수록 문에 작용하는 힘이 회전축에서 멀어질수록 적용됩니다. 너트를 길게 푸는 것이 좋습니다 렌치짧은 것보다. 우물에서 양동이를 들어 올리는 것이 더 쉬울수록 게이트 손잡이가 길어집니다.

기술, 일상생활, 자연을 활용합니다.

지렛대 법칙(또는 순간의 법칙)은 힘의 증가나 여행이 필요한 기술 및 일상 생활에서 사용되는 다양한 종류의 도구 및 장치의 작용의 기초가 됩니다.

가위로 작업하면 힘이 늘어납니다. 가위 - 이건 레버야(그림) 가위의 양쪽 절반을 연결하는 나사를 통해 회전축이 발생합니다. 작용력 에프 1은 가위를 쥐는 사람의 손의 근력이다. 반력 에프 2는 가위로 자르는 재료의 저항력입니다. 가위의 목적에 따라 디자인이 달라집니다. 종이 절단용으로 설계된 사무용 가위는 칼날이 길고 손잡이가 거의 같은 길이입니다. 종이 절단이 필요하지 않습니다. 큰 힘, 긴 칼날을 사용하면 직선으로 자르는 것이 더 편리합니다. 판금 절단용 가위(그림)에는 칼날보다 손잡이가 훨씬 더 깁니다. 금속의 저항력이 크기 때문에 균형을 맞추려면 작용하는 힘의 팔을 크게 늘려야 합니다. 손잡이 길이와 절단부 및 회전축 거리의 차이가 더욱 커집니다. 와이어 커터(그림), 와이어 절단용으로 설계되었습니다.

레버 다양한 방식많은 자동차에서 사용 가능합니다. 재봉틀의 손잡이, 자전거의 페달이나 핸드브레이크, 자동차와 트랙터의 페달, 피아노의 건반 등이 모두 이러한 기계와 도구에 사용되는 레버의 예입니다.

레버 사용의 예로는 바이스 및 작업대의 핸들, 드릴링 머신의 레버 등이 있습니다.

레버 스케일의 작동은 레버의 원리를 기반으로 합니다(그림). 그림 48(p. 42)에 표시된 훈련 척도는 다음과 같은 역할을 합니다. 균등 암 레버 . 안에 소수점 이하 자릿수무게가 있는 컵이 매달린 어깨는 무게를 지탱하는 어깨보다 10배 더 깁니다. 이렇게 하면 큰 하중의 무게를 측정하는 것이 훨씬 쉬워집니다. 소수점 이하로 무게를 잴 때는 그 무게의 질량에 10을 곱해야 합니다.

자동차 화물차의 무게를 측정하는 저울 장치도 지렛대의 법칙에 기초합니다.

레버는 다음에서도 발견됩니다. 다른 부분들동물과 인간의 몸. 예를 들어 팔, 다리, 턱이 있습니다. 많은 레버는 곤충의 몸(곤충과 몸의 구조에 관한 책을 읽음으로써), 새, 식물의 구조에서 찾을 수 있습니다.

블록에 레버의 평형 법칙을 적용합니다.

차단하다홀더에 장착된 홈이 있는 휠입니다. 로프, 케이블 또는 체인이 블록 홈을 통과합니다.

고정 블록 이를 축이 고정되어 하중을 들어올려도 오르내리지 않는 블록이라고 합니다(그림).

고정 블록은 힘의 팔이 바퀴의 반경과 동일한 동일 암 레버로 간주될 수 있습니다(그림). OA = OB = r. 이러한 블록은 강도를 향상시키지 않습니다. ( 에프 1 = 에프 2) 그러나 힘의 방향을 바꿀 수 있습니다. 이동식 블록 - 이것은 블록입니다. 하중에 따라 상승 및 하강하는 축입니다(그림). 그림은 해당 레버를 보여줍니다. 에 대한- 레버의 받침점, OA- 어깨 힘 아르 자형그리고 산부인과- 어깨 힘 에프. 어깨부터 산부인과어깨 2배 OA, 그러면 힘 에프 2배 적은 힘 아르 자형:

F = P/2 .

따라서, 움직일 수 있는 블록은 강도를 2배 증가시킵니다. .

이는 힘의 모멘트 개념을 사용하여 증명할 수 있습니다. 블록이 평형 상태에 있을 때, 힘의 모멘트 에프그리고 아르 자형서로 동등합니다. 하지만 힘의 어깨 에프레버리지 2배 아르 자형, 따라서 전력 자체 에프 2배 적은 힘 아르 자형.

일반적으로 실제로는 고정 블록과 이동식 블록의 조합이 사용됩니다(그림). 고정 블록은 편의를 위해서만 사용됩니다. 힘에 이득을 주지는 않지만 힘의 방향을 바꿉니다. 예를 들어, 땅에 서서 짐을 들어올릴 수 있습니다. 이는 많은 사람이나 근로자에게 유용합니다. 하지만 평소보다 2배나 더 많은 힘을 얻을 수 있습니다!

간단한 메커니즘을 사용할 때의 작업 평등. 역학의 "황금률".

우리가 고려한 간단한 메커니즘은 한 힘의 작용을 통해 다른 힘의 균형을 맞춰야 하는 경우 작업을 수행할 때 사용됩니다.

당연히 다음과 같은 질문이 제기됩니다. 권력이나 길에서는 이득을 주지만, 단순한 메커니즘은 일에서도 이득을 주지 않습니까? 이 질문에 대한 답은 경험을 통해 얻을 수 있습니다.

레버에 가해지는 두 가지 다른 크기의 힘의 균형을 유지함으로써 에프 1과 에프 2(그림), 레버를 움직이게 설정합니다. 동시에 더 작은 힘을 적용하는 지점이 밝혀졌습니다. 에프 2는 더 나아간다 에스 2, 그리고 더 큰 힘의 적용 지점 에프 1 - 더 짧은 경로 에스 1. 이러한 경로와 힘 모듈을 측정한 결과, 레버에 힘을 가하는 지점이 통과하는 경로가 힘에 반비례한다는 것을 알 수 있습니다.

에스 1 / 에스 2 = 에프 2 / 에프 1.

따라서 지렛대의 긴 팔에 작용하면 힘이 증가하지만 동시에 그 과정에서 같은 양만큼 잃습니다.

힘의 산물 에프도중에 에스일이 있습니다. 우리의 실험은 지렛대에 가해진 힘이 한 일이 서로 같다는 것을 보여줍니다:

에프 1 에스 1 = 에프 2 에스 2, 즉 ㅏ 1 = ㅏ 2.

그래서, 레버리지를 사용하면 직장에서 승리할 수 없습니다.

레버리지를 사용하면 힘이나 거리를 얻을 수 있습니다. 레버의 짧은 팔에 힘을 가하면 거리가 늘어나지만 힘은 그만큼 줄어듭니다.

지렛대의 법칙을 발견하고 기뻐한 아르키메데스가 이렇게 외쳤다는 전설이 있습니다. “나에게 지지대를 주면 지구를 뒤집어 놓겠습니다!”

물론 아르키메데스는 지지대(지구 밖에 있어야 함)와 필요한 길이의 레버를 받았음에도 불구하고 그러한 작업에 대처할 수 없었습니다.

지구를 1cm만 높이려면 지렛대의 긴 팔이 엄청난 길이의 호를 그려야 합니다. 이사용 긴 끝예를 들어, 1m/s의 속도로 이 경로를 따라 레버를 움직이는 데는 수백만 년이 걸릴 것입니다!

고정된 블록은 작업에 아무런 이득을 주지 않습니다.이는 실험적으로 확인하기 쉽습니다(그림 참조). 힘의 적용 지점이 통과하는 경로 에프그리고 에프, 힘은 동일하며, 이는 작업이 동일함을 의미합니다.

움직이는 블록을 이용하여 작업한 내용을 측정하고 비교할 수 있습니다. 이동식 블록을 사용하여 하중을 높이 h까지 들어 올리려면 경험에서 알 수 있듯이 (그림) 동력계가 부착된 로프 끝을 2h 높이까지 이동해야 합니다.

따라서, 힘이 2배 증가하면 도중에 2배를 잃기 때문에 이동식 블록은 작업에 이득을 주지 않습니다.

수세기 동안의 관행에 따르면 어떤 메커니즘도 성능 향상을 제공하지 않습니다.그들은 근무 조건에 따라 힘이나 여행에서 승리하기 위해 다양한 메커니즘을 사용합니다.

이미 고대 과학자들은 모든 메커니즘에 적용할 수 있는 규칙을 알고 있었습니다. 힘으로 몇 번 승리하더라도 거리에서 지는 횟수는 같습니다. 이 규칙은 역학의 "황금률"이라고 불립니다.

메커니즘의 효율성.

레버의 디자인과 작용을 고려할 때 레버의 무게뿐만 아니라 마찰도 고려하지 않았습니다. 이것들 중에서 이상적인 조건가해진 힘이 한 일(이것을 일이라고 부르겠습니다.) 가득한), 동일하다 유용한짐을 들어 올리거나 저항을 극복하는 작업을 수행합니다.

실제로 메커니즘이 수행하는 총 작업은 유용한 작업보다 항상 약간 더 큽니다.

작업의 일부는 메커니즘의 마찰력에 맞서 개별 부품을 움직여 수행됩니다. 따라서 이동식 블록을 사용하는 경우에는 블록 자체와 로프를 들어 올리는 작업을 추가로 수행하고 블록 축의 마찰력을 결정해야 합니다.

우리가 어떤 메커니즘을 사용하더라도 그 도움으로 수행되는 유용한 작업은 항상 전체 작업의 일부일 뿐입니다. 즉, 유용한 작업을 Ap로 표시하고 총(비용) 작업을 Az로 표시하여 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

위로< Аз или Ап / Аз < 1.

총 작업에 대한 유용한 작업의 비율을 메커니즘의 효율성이라고 합니다.

효율성 요소는 효율성으로 축약됩니다.

효율성 = Ap / Az.

효율성은 일반적으로 백분율로 표시되며 그리스 문자 eta로 표시되며 "eta"로 읽습니다.

eta = Ap / Az · 100%.

예: 100kg의 하중이 레버의 짧은 암에 매달려 있습니다. 이를 들어올리기 위해 긴 팔에 250N의 힘을 가하여 하중을 h1 = 0.08m 높이까지 올리고, 추진력의 작용점은 h2 = 0.4m 높이까지 떨어뜨린다. 레버의 효율성.

문제의 조건을 적어서 해결해보자.

주어진 :

해결책 :

eta = Ap / Az · 100%.

총(소모) 작업 Az = Fh2.

유용한 작업 Ap = Рh1

P = 9.8 100kg ≒ 1000N.

Ap = 1000N · 0.08 = 80J.

Az = 250N · 0.4m = 100J.

eta = 80J/100J 100% = 80%.

답변 : eta = 80%.

하지만 " 황금률"이 경우에도 수행됩니다. 유용한 작업의 일부(20%)는 레버 축의 마찰과 공기 저항을 극복하고 레버 자체의 움직임을 극복하는 데 사용됩니다.

모든 메커니즘의 효율성은 항상 100% 미만입니다. 메커니즘을 설계할 때 사람들은 효율성을 높이려고 노력합니다. 이를 달성하기 위해 메커니즘 축의 마찰과 무게가 줄어듭니다.

에너지.

공장과 공장에서 기계와 기계는 전기 에너지(따라서 이름)를 소비하는 전기 모터로 구동됩니다.

운동 에너지 - 물체 질량의 절반과 속도의 제곱을 곱한 스칼라 물리량입니다.

물체의 운동 에너지가 무엇인지 이해하려면 일정한 힘(F=const)의 영향을 받는 질량 m인 물체가 균일한 가속도(a=const)로 직선으로 움직이는 경우를 고려하십시오. 물체의 속도 계수가 v1에서 v2로 변할 때 물체에 가해지는 힘이 한 일을 결정해 보겠습니다.

우리가 알고 있듯이 일정한 힘의 작용은 공식으로 계산됩니다. 우리가 고려하는 경우 힘 F의 방향과 변위 s가 일치하므로 힘의 작용은 A = Fs와 같습니다. 뉴턴의 제2법칙을 사용하여 힘 F=ma를 찾습니다. 직선 등가속도 운동의 경우 다음 공식이 유효합니다.

이 공식을 통해 우리는 신체의 움직임을 표현합니다.

발견된 F와 S 값을 작업 공식으로 대체하면 다음과 같은 결과를 얻습니다.

마지막 공식에서 이 물체의 속도가 변할 때 물체에 가해지는 힘의 작용은 특정 양의 두 값 사이의 차이와 같다는 것이 분명합니다. 그리고 기계적 일은 에너지 변화의 척도입니다. 결과적으로 공식의 오른쪽에는 주어진 신체의 두 에너지 값 사이의 차이가 있습니다. 이는 양이 신체의 움직임으로 인한 에너지를 나타냄을 의미합니다. 이 에너지를 운동에너지라고 합니다. Wк로 지정되어 있습니다.

우리가 도출한 작업 공식을 취하면 다음을 얻을 수 있습니다.

물체의 속력이 변할 때 힘이 한 일은 물체의 운동에너지의 변화와 같다

도 있습니다:

잠재력:

우리가 사용한 공식에서:

운동 에너지

체질량

신체 속도

우리 주변의 세계는 끊임없이 움직이고 있습니다. 모든 신체(물체)는 수행할 수 있습니다. 특정 작업, 쉬고 있더라도. 그러나 모든 프로세스를 완료하려면 다음이 필요합니다. 노력 좀 해라, 때로는 상당한.

그리스어로 번역된 이 용어는 "활동", "힘", "힘"을 의미합니다. 지구와 지구 외부의 모든 과정은 주변 물체, 신체, 물체가 소유하는 힘 덕분에 발생합니다.

접촉 중

다양한 종류 중에서 이 힘에는 주로 그 출처가 다른 몇 가지 주요 유형이 있습니다.

• 기계적 - 이 유형은 수직, 수평 또는 기타 평면에서 움직이는 몸체에 일반적입니다.
• 열 - 결과적으로 방출됨 무질서한 분자물질에서;
• – 이 유형의 원인은 도체와 반도체에서 하전 입자의 이동입니다.
• 빛 - 빛의 입자에 의해 운반됩니다 - 광자;
• 핵 - 중원소 원자핵의 자발적 연쇄 분열의 결과로 발생합니다.

이 기사에서는 물체의 기계적 힘이 무엇인지, 그것이 무엇으로 구성되어 있는지, 무엇에 의존하는지, 다양한 과정에서 어떻게 변환되는지에 대해 설명합니다.

이 유형 덕분에 물체와 신체는 움직이거나 정지할 수 있습니다. 그러한 활동의 ​​가능성 존재로 설명된다두 가지 주요 구성요소:

• 동역학(Ek);
• 잠재력 (Ep).

전체 시스템의 전반적인 수치 지표를 결정하는 것은 운동 에너지와 위치 에너지의 합입니다. 이제 각각을 계산하는 데 어떤 공식이 사용되는지, 그리고 에너지가 어떻게 측정되는지 이야기해 보겠습니다.

에너지 계산 방법

운동 에너지는 모든 시스템의 특성입니다. 움직이고 있다. 그런데 운동에너지를 어떻게 찾을 수 있을까요?

이것은 하기 쉽습니다. 왜냐하면 계산식운동 에너지는 매우 간단합니다.

특정 값은 몸체의 이동 속도(V)와 질량(m)이라는 두 가지 주요 매개변수에 의해 결정됩니다. 특성이 클수록 시스템이 설명하는 현상의 중요성도 커집니다.

그러나 물체가 움직이지 않으면(즉, v = 0) 운동 에너지는 0입니다.

잠재력 – 이는 에 따라 달라지는 특성입니다. 신체의 위치와 좌표.

모든 신체는 중력과 탄성력의 영향을 받습니다. 물체 간의 이러한 상호 작용은 모든 곳에서 관찰되므로 물체는 끊임없이 움직이며 좌표를 변경합니다.

물체가 지구 표면에서 높을수록 질량이 클수록 이에 대한 지표가 더 커진다는 것이 확립되었습니다. 가지고 있는 크기.

따라서 위치에너지는 질량(m), 높이(h)에 따라 달라집니다. g 값은 중력 가속도이며 9.81m/sec2입니다. 정량적 가치를 계산하는 기능은 다음과 같습니다.

SI 시스템에서 이 물리량의 측정 단위는 다음과 같습니다. 줄(1J). 이는 1뉴턴의 힘을 가하면서 몸을 1미터 이동하는 데 필요한 힘의 양입니다.

중요한!측정 단위인 줄은 1889년에 개최된 국제 전기 회의에서 승인되었습니다. 지금까지 측정 표준은 현재 난방 설비의 전력을 결정하는 데 사용되는 British Thermal Unit BTU였습니다.

보존 및 전환의 기본

물체의 총 힘은 물체가 머무는 시간과 장소에 관계없이 항상 일정한 값으로 유지된다는 것이 물리학의 기초를 통해 알려져 있습니다. 오직 일정한 성분(Ep)과 (Ek)만이 변환됩니다.

위치 에너지를 운동 에너지로 변환특정 조건에서는 그 반대도 발생합니다.

예를 들어, 물체가 움직이지 않으면 운동 에너지는 0입니다. 해당 상태에는 잠재적인 구성 요소만 존재합니다.

반대로 물체가 표면에 있을 때(h=0) 물체의 위치 에너지는 얼마입니까? 물론 그것은 0이고 신체의 E는 Ek 구성 요소로만 구성됩니다.

하지만 위치에너지는 추진력. 시스템이 어느 정도 높이까지 올라가면 무엇 Ep는 즉시 증가하기 시작하고 Ek는 그에 따라 같은 양만큼 감소합니다. 이 패턴은 위의 공식 (1)과 (2)에서 볼 수 있습니다.

명확성을 위해 던진 돌이나 공을 예로 들어 보겠습니다. 비행 중에 각각은 잠재력과 운동 구성 요소를 모두 갖습니다. 하나가 증가하면 다른 하나도 같은 양만큼 감소합니다.

물체의 상향 비행은 이동 요소 Ek의 예비력과 강도가 충분한 경우에만 계속됩니다. 소진되자마자 가을이 시작됩니다.

하지만 물체의 위치에너지가 가장 높은 지점에서 얼마인지 추측하는 것은 어렵지 않습니다. 그것은 최대이다.

추락하면 반대 현상이 발생합니다. 지면에 닿으면 운동 에너지 수준이 최대가 됩니다.

이 법칙의 효과는 일상 생활뿐만 아니라 과학 이론에서도 관찰됩니다. 그 중 하나에 대해 간략히 설명합니다.

이상기체의 수많은 입자들 사이에는 상호작용이 없기 때문에, 설명된 분자 현상의 잠재적인 성분은 지속적으로 0. 이는 이상기체 입자의 전체 내부 힘을 평균 운동력으로 정의하고 위의 식 (1)을 이용하여 계산한다는 의미이다.

주목!요즘에는 책상 위에 '진자'라는 기념품을 볼 수 있습니다. 이 장치는 변환 프로세스를 완벽하게 보여줍니다. 가장 바깥쪽 공이 옆으로 이동했다가 놓으면 충돌 후 에너지 전하가 다음 공으로 전달되고 그 공은 이웃 공으로 전달됩니다.

물리학의 에너지 유형

키네틱 및 잠재력, 수식

결론

과학자들은 예를 들어 운동 에너지를 찾는 방법과 같은 질문에 오랫동안 답해 왔습니다. 이미 19세기 중반입니다. 영국 기계공 윌리엄 톰슨(William Thomson)은 그의 실험에서 "운동"이라는 정의를 사용했습니다. 그러나 현대 생활로 인해 우리는 한 종에서 다른 종으로의 변형에 대한 심층적인 연구를 수행해야 했습니다.

결합에너지는 화학에서 중요한 개념이다. 두 가스 원자 사이의 공유 결합을 끊는 데 필요한 에너지의 양을 결정합니다. 이 개념이온 결합에는 적용할 수 없습니다. 두 원자가 결합하여 분자를 형성할 때 두 원자 사이의 결합이 얼마나 강한지 확인할 수 있습니다. 이 결합을 끊기 위해 소비해야 하는 에너지를 찾으면 됩니다. 단일 원자에는 결합 에너지가 없다는 점을 기억하십시오. 이 에너지는 분자 내 두 원자 사이의 결합 강도를 나타냅니다. 화학 반응의 결합 에너지를 계산하려면 끊어진 결합의 총 수를 결정하고 형성된 결합의 수를 빼면 됩니다.

단계

1 부

결합 에너지를 계산하는 방정식을 작성하세요.정의에 따르면, 결합 에너지는 깨진 결합의 합에서 형성된 결합의 합을 뺀 값입니다. ΔH = ∑H(깨진 결합) - ∑H(형성된 결합). ΔH는 결합 엔탈피라고도 하는 결합 에너지의 변화를 나타내고, ∑H는 화학 반응식의 양쪽 결합 에너지의 합에 해당합니다.

화학 방정식을 적고 개별 요소 사이의 모든 연결을 나타냅니다.반응식이 화학 기호와 숫자의 형태로 주어지면 이를 다시 작성하여 원자 사이의 모든 결합을 표시하는 것이 유용합니다. 이 시각적 표기법을 사용하면 주어진 반응 중에 끊어지고 형성된 결합을 쉽게 계산할 수 있습니다.

깨진 채권과 형성된 채권을 계산하는 규칙을 알아보세요.대부분의 경우 평균 결합 에너지가 계산에 사용됩니다. 동일한 결합이라도 특정 분자에 따라 약간 다른 에너지를 가질 수 있으므로 일반적으로 평균 결합 에너지가 사용됩니다. .

• 단일, 이중 및 삼중 화학 결합이 끊어지면 하나의 끊어진 결합으로 간주됩니다. 이러한 결합은 서로 다른 에너지를 갖지만 각 경우 하나의 결합이 끊어진 것으로 간주됩니다.
• 단일, 이중 또는 삼중 결합 형성에도 동일하게 적용됩니다. 이러한 각 경우는 하나의 새로운 연결이 형성되는 것으로 간주됩니다.
• 이 예에서는 모든 채권이 단일 채권입니다.

1. 방정식의 왼쪽에서 어떤 결합이 끊어졌는지 확인합니다.화학 반응식의 왼쪽에는 반응물이 포함되어 있으며 반응의 결과로 끊어진 모든 결합을 나타냅니다. 이는 흡열 과정으로, 화학 결합을 끊으려면 특정 에너지를 소비해야 함을 의미합니다.

   • 이 예에서 반응 방정식의 왼쪽에는 다음이 포함됩니다. H-H 연결그리고 하나의 Br-Br 결합.

2. 방정식의 우변에 형성된 결합의 수를 셉니다.반응 생성물은 오른쪽에 표시됩니다. 방정식의 이 부분은 화학 반응의 결과로 형성되는 모든 결합을 나타냅니다. 이는 발열 과정이며 에너지(보통 열의 형태)를 방출합니다.

   • 이 예에서 방정식의 오른쪽에는 두 개의 H-Br 결합이 포함되어 있습니다.

2 부

1. 필요한 결합 에너지 값을 찾으십시오.다양한 화합물에 대한 결합 에너지 값을 제공하는 표가 많이 있습니다. 이러한 표는 인터넷이나 화학 참고서에서 찾을 수 있습니다. 결합 에너지는 항상 기체 상태의 분자에 제공된다는 점을 기억해야 합니다.

   결합 에너지 값에 끊어진 결합 수를 곱합니다.여러 반응에서 하나의 결합이 여러 번 끊어질 수 있습니다. 예를 들어, 분자가 4개의 수소 원자로 구성되어 있다면 수소의 결합 에너지는 4배, 즉 4를 곱해야 합니다.

   • 이 예에서는 각 분자에 하나의 결합이 있으므로 결합 에너지 값에 1을 곱하면 됩니다.
   • H-H = 436 x 1 = 436 kJ/mol
   • Br-Br = 193 x 1 = 193 kJ/mol

2. 끊어진 결합의 에너지를 모두 더하세요.결합 에너지에 방정식 왼쪽의 해당 결합 수를 곱하면 총합을 구해야 합니다.

   • 예를 들어 끊어진 결합의 총 에너지를 찾아보겠습니다. H-H + Br-Br = 436 + 193 = 629 kJ/mol.

3. 결합 에너지 값에 형성된 결합 수를 곱합니다.방정식 왼쪽의 끊어진 결합과 마찬가지로 방정식 오른쪽의 결합 에너지에 해당 결합 수를 곱해야 합니다.