Công thức làm việc là gì. Công việc cơ khí

Một trong những khái niệm quan trọng nhất trong cơ học là công việc của lực lượng .

Công việc của lực lượng

Tất cả các cơ thể vật chất trên thế giới xung quanh chúng ta đều chuyển động bằng lực. Nếu một vật chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều chịu tác dụng của một hoặc nhiều lực từ một hoặc nhiều vật thì người ta nói rằng công việc đang được thực hiện .

Nghĩa là công cơ học được thực hiện bởi một lực tác dụng lên vật. Như vậy, lực kéo của đầu máy điện làm toàn bộ đoàn tàu chuyển động, từ đó thực hiện công cơ học. Xe đạp được điều khiển bởi sức mạnh cơ bắp của chân người đi xe đạp. Do đó, lực này cũng thực hiện công cơ học.

Trong vật lý công việc của lực lượng gọi điện đại lượng vật lý, bằng tích của mô đun lực, mô đun chuyển vị của điểm tác dụng của lực và cosin của góc giữa vectơ lực và vectơ dịch chuyển.

A = Fs cos(F,s) ,

Ở đâu F mô-đun lực,

s – mô-đun du lịch .

Công luôn được thực hiện nếu góc giữa lực gió và độ dịch chuyển không bằng 0. Nếu lực tác dụng ngược chiều với hướng chuyển động thì công có giá trị âm.

Công sẽ không được thực hiện nếu không có lực tác dụng lên vật, hoặc nếu góc giữa lực tác dụng và hướng chuyển động là 90 o (cos 90 o = 0).

Nếu một con ngựa kéo một chiếc xe thì lực cơ của ngựa, hay lực kéo hướng theo hướng chuyển động của xe, sẽ tác dụng. Nhưng lực hấp dẫn mà người lái ấn vào xe không sinh công vì nó hướng xuống dưới, vuông góc với hướng chuyển động.

Công của lực là một đại lượng vô hướng.

Đơn vị công việc trong hệ thống đo SI - jun. 1 joule là công được thực hiện bởi một lực 1 newton ở khoảng cách 1 m nếu hướng của lực và độ dịch chuyển trùng nhau.

Nếu có nhiều lực tác dụng lên một vật hoặc một điểm vật chất thì chúng ta nói về công do hợp lực của chúng thực hiện.

Nếu lực tác dụng không đổi thì công của nó được tính dưới dạng tích phân:

Quyền lực

Lực làm cho vật chuyển động thực hiện công cơ học. Nhưng công việc này được thực hiện như thế nào, nhanh hay chậm, đôi khi rất quan trọng cần biết trong thực tế. Rốt cuộc, công việc tương tự có thể được thực hiện trong thời điểm khác nhau. Công của một động cơ điện lớn có thể được thực hiện bằng động cơ nhỏ. Nhưng anh ấy sẽ cần nhiều thời gian hơn cho việc này.

Trong cơ học, có một đại lượng đặc trưng cho tốc độ làm việc. Đại lượng này được gọi là quyền lực.

Công suất là tỉ số giữa công thực hiện được trong một khoảng thời gian nhất định và giá trị của khoảng thời gian đó.

N= A /∆ t

A-tu viện A = F S vì α , MỘT s/∆ t = v , kể từ đây

N= F v vì α = F v ,

Ở đâu F - lực lượng, v tốc độ, α - góc giữa hướng của lực và hướng của vận tốc.

Đó là quyền lực - đây là tích vô hướng của vectơ lực và vectơ vận tốc của vật.

Trong hệ thống SI quốc tế, công suất được đo bằng watt (W).

1 watt công suất là 1 joule (J) công thực hiện được trong 1 giây.

Công suất có thể được tăng lên bằng cách tăng lực thực hiện công hoặc tốc độ thực hiện công này.

Trước khi tiết lộ chủ đề “Cách đo lường công việc”, cần phải lạc đề một chút. Mọi thứ trên thế giới này đều tuân theo các định luật vật lý. Mỗi quá trình hoặc hiện tượng có thể được giải thích dựa trên các định luật vật lý nhất định. Đối với mỗi đại lượng đo có một đơn vị mà nó thường được đo. Đơn vị đo lường là không đổi và có ý nghĩa giống nhau trên toàn thế giới.

Lý do cho điều này là như sau. Vào năm 1960, tại Đại hội đồng về Cân nặng và Đo lường lần thứ 11, một hệ thống đo lường đã được thông qua và được công nhận trên toàn thế giới. Hệ thống này được đặt tên là Le Système International d'Unités, SI (SI System International). Hệ thống này đã trở thành cơ sở để xác định các đơn vị đo lường được chấp nhận trên toàn thế giới và mối quan hệ của chúng.

Thuật ngữ vật lý và thuật ngữ

Trong vật lý, đơn vị đo công của lực được gọi là J (Joule), để vinh danh nhà vật lý người Anh James Joule, người đã có đóng góp to lớn cho sự phát triển của nhánh nhiệt động lực học trong vật lý. Một Joule bằng công thực hiện bởi một lực một N (Newton) khi ứng dụng của nó di chuyển một M (mét) theo hướng của lực. Một N (Newton) bằng lực có khối lượng một kg (kg) với gia tốc một m/s2 (mét trên giây) theo hướng của lực.

Để biết thông tin của bạn. Trong vật lý, mọi thứ đều được kết nối với nhau, thực hiện bất kỳ công việc nào đều liên quan đến việc thực hiện các hành động bổ sung. Để làm ví dụ chúng ta có thể lấy quạt gia dụng. Khi cắm quạt vào, cánh quạt bắt đầu quay. Các cánh quay ảnh hưởng đến luồng không khí, khiến nó chuyển động có hướng. Đây là kết quả của công việc. Nhưng để thực hiện công thì cần có sự tác động của các ngoại lực khác, nếu không có lực đó thì không thể thực hiện được. Chúng bao gồm sức mạnh dòng điện, công suất, điện áp và nhiều giá trị liên quan khác.

Về cốt lõi, dòng điện là chuyển động có trật tự của các electron trong dây dẫn trong một đơn vị thời gian. Dòng điện dựa trên các hạt tích điện dương hoặc âm. Chúng được gọi là điện tích. Ký hiệu là các chữ cái C, q, Kl (Coulomb), được đặt theo tên của nhà khoa học và nhà phát minh người Pháp Charles Coulomb. Trong hệ SI, nó là đơn vị đo số lượng electron tích điện. 1 C bằng thể tích của các hạt tích điện chạy qua tiết diện của dây dẫn trong một đơn vị thời gian. Đơn vị thời gian là một giây. Công thức tính điện tích được thể hiện ở hình dưới đây.

Cường độ dòng điện được biểu thị bằng chữ A (ampe). Ampe là một đơn vị vật lý đặc trưng cho phép đo công của lực dùng để di chuyển các điện tích dọc theo dây dẫn. Về bản chất, dòng điện là chuyển động có trật tự của các electron trong vật dẫn dưới tác dụng của trường điện từ. Chất dẫn điện là một vật liệu hoặc muối nóng chảy (chất điện phân) có ít điện trở đối với sự truyền qua của các electron. Cường độ dòng điện bị ảnh hưởng bởi hai đại lượng vật lý: điện áp và điện trở. Chúng sẽ được thảo luận dưới đây. Cường độ dòng điện luôn tỷ lệ thuận với điện áp và tỷ lệ nghịch với điện trở.

Như đã đề cập ở trên, dòng điện là chuyển động có trật tự của các electron trong dây dẫn. Nhưng có một lưu ý: chúng cần một tác động nhất định để di chuyển. Hiệu ứng này được tạo ra bằng cách tạo ra sự khác biệt tiềm năng. Điện tích có thể dương hoặc âm. Các điện tích dương luôn có xu hướng hướng về các điện tích âm. Điều này là cần thiết cho sự cân bằng của hệ thống. Sự chênh lệch giữa số lượng hạt tích điện dương và âm được gọi là điện áp.

Công suất là lượng năng lượng tiêu tốn để thực hiện một J (Joule) công trong khoảng thời gian một giây. Đơn vị đo trong vật lý được ký hiệu là W (Watt), trong hệ SI W (Watt). Vì năng lượng điện được xem xét nên ở đây nó là giá trị của năng lượng điện tiêu hao để thực hiện một hành động nhất định trong một khoảng thời gian.

Công việc cơ khí. Các đơn vị công việc.

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta hiểu mọi việc bằng khái niệm “công việc”.

Trong vật lý, khái niệm Công việc Hơi khác. Nó là một đại lượng vật lý xác định, có nghĩa là nó có thể đo được. Trong vật lý nó được nghiên cứu chủ yếu công việc cơ khí .

Hãy xem xét các ví dụ về công việc cơ khí.

Đoàn tàu chuyển động dưới lực kéo của đầu máy điện và thực hiện công cơ khí. Khi súng được bắn, lực áp suất của khí bột sẽ tác động - nó di chuyển viên đạn dọc theo nòng súng và tốc độ của viên đạn tăng lên.

Từ những ví dụ này, rõ ràng công cơ học được thực hiện khi một vật chuyển động dưới tác dụng của lực. Công việc cơ khí cũng xảy ra trong trường hợp một lực tác dụng lên một vật (ví dụ, lực ma sát) làm giảm tốc độ chuyển động của nó.

Muốn di chuyển cái tủ, ta ấn mạnh vào nó, nhưng nếu nó không di chuyển thì ta không thực hiện công cơ khí. Có thể tưởng tượng trường hợp một vật chuyển động mà không có sự tham gia của lực (theo quán tính), trong trường hợp này công cơ học cũng không được thực hiện.

Vì thế, công cơ học chỉ được thực hiện khi có lực tác dụng lên vật và nó chuyển động .

Không khó hiểu khi lực tác dụng lên vật càng lớn và quãng đường mà vật di chuyển dưới tác dụng của lực này càng dài thì công thực hiện càng lớn.

Công cơ tỉ lệ thuận với lực tác dụng và tỉ lệ thuận với quãng đường đi được .

Vì vậy, chúng ta đã đồng ý đo công cơ học bằng tích của lực và đường đi dọc theo hướng này của lực này:

công = lực × đường đi

Ở đâu MỘT- Công việc, F- sức mạnh và S- khoảng cách đi du lịch.

Đơn vị công được coi là công do một lực 1N thực hiện trên quãng đường 1 m.

Đơn vị công việc - jun (J ) được đặt theo tên của nhà khoa học người Anh Joule. Như vậy,

1J = 1Nm.

Cũng được dùng kilôgam (kJ) .

1kJ = 1000J.

Công thức A = Fsáp dụng khi lực F không đổi và trùng với hướng chuyển động của cơ thể.

Nếu hướng của lực trùng với hướng chuyển động của vật thì lực này thực hiện công dương.

Nếu vật chuyển động theo hướng ngược lại với hướng của lực tác dụng, chẳng hạn như lực ma sát trượt, thì lực này thực hiện công âm.

Nếu hướng của lực tác dụng lên vật vuông góc với hướng chuyển động thì lực này không sinh công, công bằng 0:

Trong tương lai, khi nói về công cơ khí, chúng ta sẽ gọi ngắn gọn bằng một từ - công.

Ví dụ. Tính công khi nâng một tấm đá granit có khối lượng 0,5 m3 lên độ cao 20 m, khối lượng riêng của đá granit là 2500 kg/m3.

Được cho:

ρ = 2500 kg/m 3

Giải pháp:

trong đó F là lực phải tác dụng để nâng tấm sàn lên đều. Lực này có mô đun bằng lực Fstrand tác dụng lên tấm, tức là F = Fstrand. Và lực hấp dẫn có thể được xác định bằng khối lượng của tấm: Fweight = gm. Hãy tính khối lượng của tấm khi biết thể tích của nó và mật độ của đá granit: m = ρV; s = h, tức là đường đi bằng chiều cao nâng.

Vậy 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.

Trả lời: A = 245 kJ.

Đòn bẩy.Power.Energy

Các động cơ khác nhau yêu cầu thời gian khác nhau để hoàn thành cùng một công việc. Ví dụ, máy trục tại một công trường xây dựng, anh ta nâng hàng trăm viên gạch lên tầng cao nhất của một tòa nhà trong vài phút. Nếu những viên gạch này được một công nhân di chuyển, anh ta sẽ phải mất vài giờ mới làm được việc này. Một vi dụ khac. Một con ngựa có thể cày một ha đất trong 10-12 giờ, trong khi một máy kéo có máy cày nhiều chia ( lưỡi cày- một phần của máy cày cắt lớp đất từ ​​​​bên dưới và chuyển nó đến bãi chứa; multi lưỡi cày - nhiều lưỡi cày), công việc này sẽ hoàn thành trong thời gian 40-50 phút.

Rõ ràng là cần cẩu thực hiện công việc đó nhanh hơn công nhân và máy kéo thực hiện công việc tương tự nhanh hơn ngựa. Tốc độ làm việc được đặc trưng bởi một đại lượng đặc biệt gọi là công suất.

Công suất bằng tỉ số giữa công và thời gian thực hiện công đó.

Để tính công suất, bạn cần chia công cho thời gian thực hiện công đó. công suất = công/thời gian.

Ở đâu N- quyền lực, MỘT- Công việc, t- Thời gian hoàn thành công việc.

Công suất là một đại lượng không đổi khi cùng một công được thực hiện trong mỗi giây; trong các trường hợp khác tỷ số Tại xác định công suất trung bình:

N trung bình = Tại . Đơn vị của công suất là công suất J thực hiện được trong 1 s.

Đơn vị này được gọi là watt ( W) để vinh danh một nhà khoa học người Anh khác, Watt.

1 watt = 1 joule/1 giây, hoặc 1 W = 1 J/s.

Watt (joule mỗi giây) - W (1 J/s).

Các đơn vị năng lượng lớn hơn được sử dụng rộng rãi trong công nghệ - kilowatt (kW), megawatt (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

Ví dụ. Tìm sức mạnh của dòng nước chảy qua đập nếu độ cao của thác nước là 25 m và tốc độ dòng chảy của nó là 120 m3/phút.

Được cho:

ρ = 1000 kg/m3

Giải pháp:

Khối lượng nước rơi: m = ρV,

m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120.000 kg (12 104 kg).

Trọng lực tác dụng lên nước:

F = 9,8 m/s2 120.000 kg ≈ 1.200.000 N (12 105 N)

Công việc được thực hiện theo lưu lượng mỗi phút:

A - 1.200.000 N · 25 m = 30.000.000 J (3 · 107 J).

Công suất dòng chảy: N = A/t,

N = 30.000.000 J / 60 giây = 500.000 W = 0,5 MW.

Trả lời: N = 0,5MW.

Nhiều động cơ khác nhau có công suất từ ​​một phần trăm đến phần mười kilowatt (động cơ dao cạo điện, máy may) lên tới hàng trăm nghìn kilowatt (tua bin nước và hơi nước).

Bảng 5.

Công suất của một số động cơ, kW.

Mỗi động cơ có một tấm (hộ chiếu động cơ), trên đó ghi một số thông tin về động cơ, bao gồm cả sức mạnh của nó.

Công suất của con người trong điều kiện hoạt động bình thường trung bình là 70-80 W. Khi nhảy hoặc chạy lên cầu thang, một người có thể phát ra công suất lên tới 730 W, và trong một số trường hợp còn hơn thế nữa.

Từ công thức N = A/t suy ra rằng

Để tính công, cần nhân công suất với thời gian thực hiện công đó.

Ví dụ. Động cơ quạt phòng có công suất 35 watt. Hỏi anh ấy làm được bao nhiêu công việc trong 10 phút?

Hãy viết ra các điều kiện của vấn đề và giải quyết nó.

Được cho:

Giải pháp:

A = 35 W * 600s = 21.000 W * s = 21.000 J = 21 kJ.

Trả lời MỘT= 21 kJ.

Cơ chế đơn giản.

Từ thời xa xưa, con người đã sử dụng nhiều thiết bị khác nhau để thực hiện công việc cơ khí.

Mọi người đều biết rằng một vật nặng (đá, tủ, máy công cụ), không thể di chuyển bằng tay, có thể di chuyển được bằng một cây gậy đủ dài - đòn bẩy.

Hiện tại người ta tin rằng với sự trợ giúp của đòn bẩy ba nghìn năm trước trong quá trình xây dựng các kim tự tháp ở Ai Cập cổ đại di chuyển và nâng những phiến đá nặng lên những tầm cao lớn.

Trong nhiều trường hợp, thay vì nâng một vật nặng lên một độ cao nhất định, nó có thể được cuộn hoặc kéo lên cùng độ cao dọc theo mặt phẳng nghiêng hoặc nâng lên bằng các khối.

Dụng cụ dùng để biến đổi lực gọi là cơ chế .

Các cơ chế đơn giản bao gồm: đòn bẩy và các loại của nó - khối, cổng; mặt phẳng nghiêng và các dạng của nó - nêm, vít. Trong hầu hết các trường hợp cơ chế đơn giản dùng để tăng sức mạnh, tức là tăng lực tác dụng lên cơ thể lên nhiều lần.

Các cơ chế đơn giản được tìm thấy cả trong gia đình và trong tất cả các máy móc công nghiệp và công nghiệp phức tạp dùng để cắt, xoắn và dập các tấm thép lớn hoặc kéo ra những sợi chỉ tốt nhất để tạo ra vải. Các cơ chế tương tự có thể được tìm thấy trong các máy tự động phức tạp hiện đại, máy in và máy đếm.

Cánh tay đòn. Cân bằng lực trên đòn bẩy.

Hãy xem xét cơ chế đơn giản và phổ biến nhất - đòn bẩy.

Đòn bẩy là chất rắn, có thể xoay quanh một giá đỡ cố định.

Các hình ảnh cho thấy một công nhân sử dụng xà beng làm đòn bẩy để nâng một vật nặng. Trong trường hợp đầu tiên, người công nhân bị cưỡng bức Fấn vào phần cuối của xà beng B, trong lần thứ hai - nâng cao phần cuối B.

Người công nhân cần phải vượt qua sức nặng của gánh nặng P- Lực có hướng thẳng đứng hướng xuống dưới. Để làm điều này, anh ta quay xà beng quanh một trục đi qua điểm duy nhất. bất độngđiểm phá vỡ là điểm hỗ trợ của nó VỀ. Lực lượng F lực mà công nhân tác dụng lên đòn bẩy sẽ ít lực hơn P, do đó người công nhân nhận được đạt được sức mạnh. Sử dụng đòn bẩy, bạn có thể nâng một vật nặng đến mức bạn không thể tự mình nâng nó lên.

Hình vẽ minh họa một đòn bẩy có trục quay là VỀ(điểm tựa) nằm giữa các điểm tác dụng của lực MỘT Và TRONG. Một hình ảnh khác cho thấy sơ đồ của đòn bẩy này. Cả hai lực lượng F 1 và F 2 tác dụng lên đòn bẩy đều hướng về một hướng.

Khoảng cách ngắn nhất giữa điểm tựa và đường thẳng mà lực tác dụng lên đòn bẩy gọi là cánh tay đòn.

Để tìm cánh tay của lực, bạn cần hạ đường vuông góc từ điểm tựa xuống đường tác dụng của lực.

Độ dài của đường vuông góc này sẽ là cánh tay của lực này. Hình vẽ cho thấy rằng viêm khớp- sức mạnh của vai F 1; OB- sức mạnh của vai F 2. Các lực tác dụng lên đòn bẩy có thể làm nó quay quanh trục của nó theo hai hướng: theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ. Vâng, sức mạnh F 1 xoay cần gạt theo chiều kim đồng hồ và lực F 2 xoay nó ngược chiều kim đồng hồ.

Điều kiện để đòn bẩy ở trạng thái cân bằng dưới tác dụng của các lực tác dụng lên nó có thể được thiết lập bằng thực nghiệm. Cần phải nhớ rằng kết quả của tác dụng của một lực không chỉ phụ thuộc vào trị số (mô đun) của nó mà còn phụ thuộc vào điểm mà nó tác dụng lên cơ thể, hoặc nó được định hướng như thế nào.

Các vật nặng khác nhau được treo vào đòn bẩy (xem hình) ở cả hai bên của điểm tựa để mỗi lần đòn bẩy giữ thăng bằng. Các lực tác dụng lên đòn bẩy bằng trọng lượng của các tải trọng này. Đối với mỗi trường hợp, các môđun lực và vai của chúng được đo. Từ kinh nghiệm thể hiện trên Hình 154, rõ ràng lực 2 N cân bằng lực 4 N. Trong trường hợp này, như có thể thấy trên hình, vai có sức mạnh thấp hơn gấp 2 lần vai có sức mạnh lớn hơn.

Dựa trên những thí nghiệm như vậy, điều kiện (quy luật) cân bằng đòn bẩy đã được thiết lập.

Một đòn bẩy ở trạng thái cân bằng khi các lực tác dụng lên nó tỉ lệ nghịch với các cánh của các lực này.

Quy tắc này có thể được viết dưới dạng công thức:

F 1/F 2 = tôi 2/ tôi 1 ,

Ở đâu F 1Và F 2 - lực tác dụng lên đòn bẩy, tôi 1Và tôi 2 , - vai của các lực này (xem hình).

Quy luật cân bằng đòn bẩy được Archimedes thiết lập vào khoảng năm 287 - 212. BC đ. (nhưng ở đoạn cuối người ta nói rằng đòn bẩy đã được người Ai Cập sử dụng? Hay từ “thành lập” ở đây đóng một vai trò quan trọng?)

Từ quy tắc này, ta suy ra rằng một lực nhỏ hơn có thể được dùng để cân bằng một lực lớn hơn bằng đòn bẩy. Giả sử một cánh tay đòn lớn gấp 3 lần cánh tay kia (xem hình). Sau đó, bằng cách tác dụng một lực, chẳng hạn như 400 N vào điểm B, bạn có thể nâng một hòn đá nặng 1200 N. Để nâng một vật nặng hơn nữa, bạn cần tăng chiều dài của cánh tay đòn mà người công nhân tác động lên.

Ví dụ. Dùng đòn bẩy, một công nhân nâng một tấm nặng 240 kg (xem Hình 149). Lực nào anh ta tác dụng lên cánh tay đòn lớn hơn 2,4 m nếu cánh tay đòn nhỏ hơn là 0,6 m?

Hãy viết ra các điều kiện của vấn đề và giải quyết nó.

Được cho:

Giải pháp:

Theo quy luật cân bằng đòn bẩy, F1/F2 = l2/l1, từ đó F1 = F2 l2/l1, trong đó F2 = P là trọng lượng của hòn đá. Trọng lượng đá asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Khi đó, F1 = 2400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Trả lời: F1 = 600N.

Trong ví dụ của chúng ta, người công nhân thắng một lực 2400 N, tác dụng một lực 600 N vào đòn bẩy. Nhưng trong trường hợp này, cánh tay mà người công nhân tác dụng dài hơn cánh tay mà trọng lượng của hòn đá tác dụng lên 4 lần. ( tôi 1 : tôi 2 = 2,4m: 0,6m = 4).

Bằng cách áp dụng quy luật đòn bẩy, một lực nhỏ hơn có thể cân bằng với một lực lớn hơn. Trong trường hợp này, vai của lực nhỏ hơn phải dài hơn vai của lực lớn hơn.

Khoảnh khắc quyền lực.

Bạn đã biết quy luật cân bằng đòn bẩy:

F 1 / F 2 = tôi 2 / tôi 1 ,

Sử dụng tính chất tỉ lệ (tích các phần tử cực trị bằng tích các phần tử ở giữa), ta viết dưới dạng sau:

F 1tôi 1 = F 2 tôi 2 .

Vế trái của đẳng thức là tích của lực F 1 trên vai cô ấy tôi 1, và bên phải - tích của lực F 2 trên vai cô ấy tôi 2 .

Tích của mô đun lực làm quay vật và vai của nó được gọi là khoảnh khắc của lực lượng; nó được ký hiệu bằng chữ M. Điều này có nghĩa là

Một đòn bẩy ở trạng thái cân bằng dưới tác dụng của hai lực nếu mômen của lực làm nó quay theo chiều kim đồng hồ bằng mômen của lực làm nó quay ngược chiều kim đồng hồ.

Quy tắc này được gọi là quy luật của khoảnh khắc , có thể viết dưới dạng công thức:

M1 = M2

Thật vậy, trong thí nghiệm mà chúng tôi đã xem xét (§ 56), các lực tác dụng bằng 2 N và 4 N, vai của chúng lần lượt có áp suất đòn bẩy là 4 và 2, tức là mômen của các lực này là như nhau khi đòn bẩy ở trạng thái cân bằng .

Mômen của lực, giống như bất kỳ đại lượng vật lý nào, đều có thể đo được. Đơn vị mô men lực được lấy là mô men lực 1 N, cánh tay của nó chính xác là 1 m.

Đơn vị này được gọi là mét newton (N m).

Mômen của lực đặc trưng cho tác dụng của một lực và chứng tỏ rằng nó phụ thuộc đồng thời vào cả mô đun của lực và lực đòn bẩy của nó. Thật vậy, chẳng hạn, chúng ta đã biết rằng tác dụng của một lực lên một cánh cửa phụ thuộc cả vào độ lớn của lực và vào vị trí tác dụng lực. Cửa càng dễ xoay thì lực tác dụng lên nó càng xa trục quay. Tốt hơn là nên tháo đai ốc dài ra cờ lê hơn ngắn. Việc nhấc một cái xô lên khỏi giếng càng dễ dàng thì tay cầm của cổng càng dài, v.v.

Đòn bẩy trong công nghệ, cuộc sống hàng ngày và thiên nhiên.

Quy tắc đòn bẩy (hoặc quy tắc khoảnh khắc) làm cơ sở cho hoạt động của các loại công cụ và thiết bị khác nhau được sử dụng trong công nghệ và cuộc sống hàng ngày, nơi cần tăng cường sức mạnh hoặc khả năng di chuyển.

Chúng ta có được sức mạnh khi làm việc với chiếc kéo. Kéo - đây là một đòn bẩy(hình), trục quay của nó xảy ra thông qua một vít nối cả hai nửa của chiếc kéo. Lực lượng hành động F 1 là sức mạnh cơ bắp của bàn tay người cầm kéo. phản lực F 2 là lực cản của vật liệu bị cắt bằng kéo. Tùy thuộc vào mục đích của chiếc kéo, thiết kế của chúng khác nhau. Kéo văn phòng, được thiết kế để cắt giấy, có lưỡi dài và tay cầm có chiều dài gần như nhau. Cắt giấy không cần nhiều lực, lưỡi dao dài giúp cắt theo đường thẳng dễ dàng hơn. Kéo cắt tấm kim loại(Hình.) có tay cầm dài hơn nhiều so với lưỡi dao, vì lực cản của kim loại rất lớn và để cân bằng nó, cánh tay của lực tác động phải được tăng lên đáng kể. Sự chênh lệch giữa chiều dài tay cầm với khoảng cách phần cắt và trục quay thậm chí còn lớn hơn máy cắt dây(Hình.), được thiết kế để cắt dây.

Đòn bẩy nhiều loại khác nhau có sẵn trên nhiều xe ô tô. Tay cầm của máy khâu, bàn đạp hoặc phanh tay của xe đạp, bàn đạp của ô tô và máy kéo, và các phím của đàn piano đều là những ví dụ về đòn bẩy được sử dụng trong các máy móc và công cụ này.

Ví dụ về việc sử dụng đòn bẩy là tay cầm của bàn kẹp và bàn làm việc, đòn bẩy máykhoan vân vân.

Hoạt động của cân đòn bẩy dựa trên nguyên lý đòn bẩy (Hình 1). Thang đo đào tạo được hiển thị trong Hình 48 (tr. 42) hoạt động như đòn bẩy bằng tay . TRONG cân thập phân Vai treo cốc có tạ dài hơn vai mang vật nặng gấp 10 lần. Điều này làm cho việc cân tải lớn dễ dàng hơn nhiều. Khi cân một vật nặng theo thang thập phân, bạn nên nhân khối lượng của các vật nặng với 10.

Thiết bị cân ô tô chở hàng của ô tô cũng dựa trên quy luật đòn bẩy.

Đòn bẩy cũng được tìm thấy trong các bộ phận khác nhau cơ thể động vật và con người. Ví dụ như đây là cánh tay, chân, hàm. Nhiều đòn bẩy có thể được tìm thấy trong cơ thể côn trùng (bằng cách đọc sách về côn trùng và cấu trúc cơ thể của chúng), chim và trong cấu trúc của thực vật.

Áp dụng định luật cân bằng đòn bẩy vào vật nặng.

KhốiĐó là một bánh xe có rãnh, được gắn vào một giá đỡ. Một sợi dây, cáp hoặc dây xích được luồn qua rãnh khối.

Khối cố định Đây được gọi là khối có trục cố định và không tăng hoặc giảm khi nâng tải (Hình.).

Một khối cố định có thể được coi là một đòn bẩy có vũ khí bằng nhau, trong đó các cánh tay của lực bằng bán kính của bánh xe (Hình): OA = OB = r. Một khối như vậy không mang lại sức mạnh. ( F 1 = F 2), nhưng cho phép bạn thay đổi hướng của lực. Khối di chuyển - đây là một khối. trục của nó tăng và giảm cùng với tải (Hình.). Hình minh họa đòn bẩy tương ứng: VỀ- điểm tựa của đòn bẩy, viêm khớp- sức mạnh của vai R Và OB- sức mạnh của vai F. Kể từ khi vai OB 2 lần vai viêm khớp, thì sức mạnh F lực ít hơn 2 lần R:

F = P/2 .

Như vậy, khối di chuyển giúp tăng sức mạnh gấp 2 lần .

Điều này có thể được chứng minh bằng cách sử dụng khái niệm mô men lực. Khi vật ở trạng thái cân bằng thì momen của lực F Và R bằng nhau. Nhưng bờ vai sức mạnh Fđòn bẩy gấp 2 lần R, và do đó, bản thân sức mạnh F lực ít hơn 2 lần R.

Thông thường, trong thực tế, người ta sử dụng sự kết hợp giữa khối cố định và khối di động (Hình.). Khối cố định chỉ được sử dụng để thuận tiện. Nó không làm tăng lực nhưng nó làm thay đổi hướng của lực. Ví dụ, nó cho phép bạn nâng một vật nặng khi đứng trên mặt đất. Điều này có ích cho nhiều người hoặc công nhân. Tuy nhiên, nó mang lại sức mạnh gấp 2 lần so với bình thường!

Bình đẳng trong công việc khi sử dụng các cơ chế đơn giản. “Quy tắc vàng” của cơ khí.

Các cơ chế đơn giản mà chúng ta đã xem xét được sử dụng khi thực hiện công trong trường hợp cần cân bằng một lực khác thông qua tác dụng của một lực.

Đương nhiên, câu hỏi được đặt ra: trong khi mang lại lợi ích về sức mạnh hoặc con đường, chẳng phải các cơ chế đơn giản sẽ mang lại lợi ích trong công việc sao? Câu trả lời cho câu hỏi này có thể được rút ra từ kinh nghiệm.

Bằng cách cân bằng hai lực có độ lớn khác nhau lên một đòn bẩy F 1 và F 2 (hình), đặt cần chuyển động. Hóa ra là đồng thời điểm tác dụng của lực nhỏ hơn F 2 đi xa hơn S 2, và điểm tác dụng của lực lớn hơn F 1 - con đường ngắn hơn S 1. Sau khi đo những đường đi và mô đun lực này, chúng ta thấy rằng những đường đi qua các điểm tác dụng của lực lên đòn bẩy tỷ lệ nghịch với các lực:

S 1 / S 2 = F 2 / F 1.

Do đó, tác động lên cánh tay dài của đòn bẩy, chúng ta có được sức mạnh, nhưng đồng thời chúng ta cũng mất đi một lượng tương tự trên đường đi.

Sản phẩm của lực F trên đường S có công việc. Các thí nghiệm của chúng tôi cho thấy công thực hiện bởi các lực tác dụng lên đòn bẩy bằng nhau:

F 1 S 1 = F 2 S 2, tức là MỘT 1 = MỘT 2.

Vì thế, Khi sử dụng đòn bẩy, bạn sẽ không thể giành chiến thắng trong công việc.

Bằng cách sử dụng đòn bẩy, chúng ta có thể đạt được sức mạnh hoặc khoảng cách. Bằng cách tác dụng lực lên cánh tay ngắn của đòn bẩy, chúng ta đạt được khoảng cách nhưng lại giảm đi một lượng sức mạnh tương đương.

Có một truyền thuyết kể rằng Archimedes, vui mừng vì phát hiện ra quy luật đòn bẩy, đã thốt lên: “Hãy cho tôi một điểm tựa và tôi sẽ lật ngược Trái đất!”

Tất nhiên, Archimedes không thể đương đầu với một nhiệm vụ như vậy ngay cả khi ông được giao cho một điểm tựa (đáng lẽ phải ở bên ngoài Trái đất) và một đòn bẩy có độ dài cần thiết.

Để nâng trái đất lên chỉ 1 cm, cánh tay dài của đòn bẩy sẽ phải tạo thành một vòng cung có chiều dài khổng lồ. Chẳng hạn, sẽ phải mất hàng triệu năm để di chuyển đầu dài của đòn bẩy dọc theo đường này với tốc độ 1 m/s!

Một khối đứng yên không mang lại bất kỳ lợi ích nào trong công việc,điều này dễ dàng được xác minh bằng thực nghiệm (xem hình). Quãng đường đi qua các điểm đặt lực F Và F, giống nhau, các lực như nhau, có nghĩa là công như nhau.

Bạn có thể đo và so sánh công việc được thực hiện với sự trợ giúp của khối chuyển động. Để nâng một tải lên độ cao h bằng một khối di động, cần phải di chuyển đầu sợi dây có gắn lực kế, như kinh nghiệm cho thấy (Hình.), lên độ cao 2h.

Như vậy, tăng sức mạnh gấp 2 lần, trên đường đi họ sẽ mất gấp 2 lần, do đó, khối di chuyển không mang lại công.

Thực tiễn hàng thế kỷ đã chứng minh rằng Không có cơ chế nào mang lại hiệu quả về mặt hiệu suất. Họ sử dụng nhiều cơ chế khác nhau để giành chiến thắng về sức mạnh hoặc du lịch, tùy thuộc vào điều kiện làm việc.

Các nhà khoa học cổ xưa đã biết một quy luật có thể áp dụng cho mọi cơ chế: Dù thắng về sức mạnh bao nhiêu lần thì chúng ta thua về khoảng cách cũng bằng nhau. Quy luật này được gọi là “quy tắc vàng” của cơ học.

Hiệu quả của cơ chế

Khi xem xét thiết kế và hoạt động của đòn bẩy, chúng tôi không tính đến ma sát cũng như trọng lượng của đòn bẩy. trong này điều kiện lý tưởng công do lực tác dụng thực hiện (chúng ta sẽ gọi công này là công đầy), bằng hữu ích làm việc để nâng tải hoặc vượt qua mọi lực cản.

Trong thực tế, tổng công được thực hiện với sự trợ giúp của cơ chế luôn lớn hơn một chút công việc hữu ích.

Một phần công được thực hiện nhờ lực ma sát trong cơ cấu và bằng cách chuyển động các bộ phận riêng lẻ của nó. Vì vậy, khi sử dụng khối di động, bạn phải thực hiện thêm công để nâng bản thân khối, nâng sợi dây và xác định lực ma sát trong trục của khối.

Dù chúng ta sử dụng cơ chế nào thì công việc hữu ích được thực hiện với sự trợ giúp của nó luôn chỉ chiếm một phần trong tổng số công việc. Điều này có nghĩa là, biểu thị công việc hữu ích bằng chữ Ap, tổng công việc (đã sử dụng) bằng chữ Az, chúng ta có thể viết:

Hướng lên< Аз или Ап / Аз < 1.

Tỷ lệ công việc hữu ích so với công việc toàn thời gian gọi là hệ số hành động hữu ích cơ chế.

Hệ số hiệu quả được viết tắt là hiệu quả.

Hiệu suất = Ap/Az.

Hiệu quả thường được biểu thị bằng phần trăm và được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp η, đọc là “eta”:

η = Ap/Az · 100%.

Ví dụ: Một vật có khối lượng 100kg được treo vào tay ngắn của một đòn bẩy. Để nâng nó lên, tác dụng một lực 250 N vào cánh tay dài, nâng tải trọng lên độ cao h1 = 0,08 m, đồng thời điểm tác dụng của ngoại lực giảm xuống độ cao h2 = 0,4 m. hiệu quả của đòn bẩy.

Hãy viết ra các điều kiện của vấn đề và giải quyết nó.

Được cho :

Giải pháp :

η = Ap/Az · 100%.

Tổng công (đã tiêu tốn) Az = Fh2.

Công việc có ích 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 = 80J/100J 100% = 80%.

Trả lời : η = 80%.

Nhưng " Quy tắc vàng"cũng được thực hiện trong trường hợp này. Một phần công hữu ích - 20% trong số đó - được dùng để khắc phục ma sát trong trục của đòn bẩy và lực cản không khí, cũng như vào chuyển động của chính đòn bẩy.

Hiệu suất của bất kỳ cơ chế nào luôn nhỏ hơn 100%. Khi thiết kế các cơ chế, mọi người cố gắng tăng hiệu quả của chúng. Để đạt được điều này, ma sát trong các trục của cơ cấu và trọng lượng của chúng sẽ giảm đi.

Năng lượng.

Trong các nhà máy, xí nghiệp, máy móc, máy móc được dẫn động bằng động cơ điện, tiêu thụ năng lượng điện(do đó có tên).

Một lò xo bị nén (Hình.), khi được duỗi thẳng, sẽ hoạt động, nâng tải lên độ cao hoặc làm cho xe chuyển động. Một tải trọng tĩnh được nâng lên trên mặt đất không sinh công, nhưng nếu tải trọng này rơi xuống, nó có thể sinh công (ví dụ, nó có thể đóng một cái cọc xuống đất). Mọi vật chuyển động đều có khả năng thực hiện công. Do đó, quả cầu thép A (Hình.) lăn từ mặt phẳng nghiêng xuống chạm vào khối gỗ B, di chuyển nó một khoảng cách. Đồng thời, công việc được thực hiện. Nếu một vật thể hoặc một số vật thể tương tác (một hệ thống vật thể) có thể thực hiện công thì chúng được cho là có năng lượng. Năng lượng - một đại lượng vật lý cho biết một cơ thể (hoặc một số cơ thể) có thể thực hiện được bao nhiêu công. Năng lượng được biểu thị trong hệ SI theo cùng đơn vị với công, tức là theo jun. Cơ thể càng làm được nhiều việc thì càng có nhiều năng lượng. Khi công việc được thực hiện, năng lượng của cơ thể thay đổi. Công việc được thực hiện bằng với sự thay đổi năng lượng. Thế năng và động năng. Tiềm năng (từ lat. hiệu lực - khả năng) năng lượng là năng lượng được xác định bởi vị trí tương đối của các vật thể và các bộ phận tương tác của cùng một vật thể. Ví dụ, thế năng được sở hữu bởi một vật thể được nâng lên so với bề mặt Trái đất, bởi vì năng lượng phụ thuộc vào vị trí tương đối của nó và Trái đất. và sự hấp dẫn lẫn nhau của chúng. Nếu ta coi thế năng của một vật nằm trên Trái đất bằng 0 thì thế năng của một vật được nâng lên một độ cao nhất định sẽ được xác định bởi công do trọng lực thực hiện khi vật đó rơi xuống Trái đất. Hãy để chúng tôi biểu thị năng lượng tiềm năng của cơ thể E n, bởi vì E = A và công, như chúng ta đã biết, bằng tích của lực và đường đi, khi đó A = Fh, Ở đâu F- Trọng lực. Điều này có nghĩa là thế năng En bằng: E = Fh, hoặc E = gmh, Ở đâu g- Gia tốc trọng lực, tôi- khối lượng cơ thể, h- độ cao mà cơ thể được nâng lên. Nước ở các con sông được giữ bởi các con đập có thế năng rất lớn. Khi rơi xuống, nước hoạt động, làm quay tua-bin mạnh mẽ của các nhà máy điện. Thế năng của búa cùi dừa (Hình.) được sử dụng trong xây dựng để thực hiện công việc đóng cọc. Khi mở cửa bằng lò xo, công việc kéo căng (hoặc nén) lò xo được thực hiện. Do năng lượng thu được, lò xo co lại (hoặc duỗi thẳng) hoạt động, đóng cửa lại. Ví dụ, năng lượng của các lò xo nén và không xoắn được sử dụng trong đồng hồ, các đồ chơi lên dây cót khác nhau, v.v. Bất kỳ vật thể biến dạng đàn hồi nào cũng có thế năng. Thế năng của khí nén được sử dụng trong hoạt động của động cơ nhiệt, trong máy khoan búa được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp khai thác mỏ, làm đường, đào đất cứng, v.v. Năng lượng mà một cơ thể sở hữu do chuyển động của nó được gọi là động năng (từ tiếng Hy Lạp.động lực học - chuyển động) năng lượng. Động năng của một vật được ký hiệu bằng chữ EĐẾN. Nước chuyển động, làm quay tua-bin của nhà máy thủy điện, tiêu hao động năng và sinh công. Không khí chuyển động, gió cũng có động năng. Động năng phụ thuộc vào cái gì? Hãy chuyển sang trải nghiệm (xem hình). Nếu bạn lăn quả bóng A từ độ cao khác nhau, thì bạn có thể nhận thấy điều đó hơn với chiều cao lớn hơn Quả bóng lăn xuống, tốc độ của nó càng lớn và khối càng di chuyển xa hơn, tức là nó thực hiện được nhiều công hơn. Điều này có nghĩa là động năng của một vật phụ thuộc vào tốc độ của nó. Do tốc độ của nó, một viên đạn bay có động năng cao. Động năng của một vật cũng phụ thuộc vào khối lượng của nó. Chúng ta hãy thực hiện lại thí nghiệm, nhưng chúng ta sẽ lăn một quả bóng khác có khối lượng lớn hơn từ mặt phẳng nghiêng. Thanh B sẽ tiến xa hơn, tức là sẽ làm được nhiều việc hơn. Điều này có nghĩa là động năng của quả bóng thứ hai lớn hơn động năng của quả bóng thứ nhất. Khối lượng của một vật càng lớn và tốc độ chuyển động của nó càng lớn thì động năng của nó càng lớn. Để xác định động năng của một vật, người ta sử dụng công thức: Ek = mv^2 /2, Ở đâu tôi- khối lượng cơ thể, v- tốc độ chuyển động của cơ thể. Động năng của cơ thể được sử dụng trong công nghệ. Như đã đề cập, nước được con đập giữ lại có tiềm năng rất lớn. Khi nước rơi từ đập xuống, nó chuyển động và có cùng động năng cao. Nó điều khiển một tuabin kết nối với máy phát điện. Do động năng của nước sẽ tạo ra năng lượng điện. Năng lượng chuyển động của nước có tầm quan trọng lớn trong kinh tế quốc dân. Năng lượng này được sử dụng bởi các nhà máy thủy điện mạnh mẽ. Năng lượng của nước rơi là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường, không giống như năng lượng nhiên liệu. Tất cả các vật thể trong tự nhiên, so với giá trị 0 thông thường, đều có thế năng hoặc động năng, và đôi khi cả hai cùng nhau. Ví dụ, một chiếc máy bay đang bay có cả động năng và thế năng so với Trái đất. Chúng ta đã làm quen với hai loại năng lượng cơ học. Các loại năng lượng khác (điện, năng lượng bên trong, v.v.) sẽ được thảo luận trong các phần khác của khóa học vật lý. Sự biến đổi một loại cơ năng thành một loại cơ năng khác. Hiện tượng biến đổi một dạng cơ năng này sang dạng cơ năng khác rất thuận tiện quan sát trên thiết bị như hình vẽ. Bằng cách cuộn sợi vào trục, đĩa thiết bị sẽ được nâng lên. Một cái đĩa được nâng lên cao có một thế năng nào đó. Nếu bạn buông nó ra, nó sẽ quay tròn và bắt đầu rơi xuống. Khi nó rơi xuống, thế năng của đĩa giảm nhưng đồng thời động năng của nó tăng. Vào cuối mùa thu, đĩa có động năng dự trữ đến mức nó có thể tăng trở lại độ cao gần như trước đó. (Một phần năng lượng được dùng để chống lại lực ma sát nên đĩa không đạt được độ cao ban đầu.) Sau khi nâng lên, đĩa lại rơi xuống rồi lại nâng lên. Trong thí nghiệm này, khi đĩa di chuyển xuống dưới, thế năng của nó chuyển thành động năng, và khi nó di chuyển lên trên, động năng chuyển thành thế năng. Sự biến đổi năng lượng từ loại này sang loại khác cũng xảy ra khi hai vật đàn hồi va chạm vào nhau, ví dụ như một quả bóng cao su trên sàn hoặc một quả bóng thép trên một tấm thép. Nếu bạn nhấc một quả cầu thép (cơm) lên trên một tấm thép và thả nó ra khỏi tay thì nó sẽ rơi xuống. Khi quả bóng rơi xuống, thế năng của nó giảm đi và động năng của nó tăng lên khi tốc độ của quả bóng tăng lên. Khi quả bóng chạm vào tấm, cả quả bóng và tấm sẽ bị nén. Động năng mà quả bóng có sẽ biến thành thế năng của tấm bị nén và quả bóng bị nén. Khi đó, nhờ tác dụng của lực đàn hồi, tấm và quả cầu sẽ có hình dạng ban đầu. Quả bóng sẽ bật ra khỏi tấm đá, và thế năng của chúng sẽ lại chuyển thành động năng của quả bóng: quả bóng sẽ nảy lên với tốc độ gần bằng tốc độ nó có lúc chạm vào tấm đá. Khi quả bóng bay lên cao, tốc độ của quả bóng và do đó động năng của nó giảm đi, trong khi thế năng tăng lên. Sau khi bật ra khỏi đĩa, quả bóng bay lên gần bằng độ cao mà nó bắt đầu rơi. Tại điểm cao nhất của quá trình nâng lên, toàn bộ động năng của nó sẽ lại chuyển thành thế năng. Các hiện tượng tự nhiên thường đi kèm với sự biến đổi từ loại năng lượng này sang loại năng lượng khác. Năng lượng có thể được truyền từ cơ thể này sang cơ thể khác. Ví dụ, khi bắn cung, thế năng của dây cung được rút ra sẽ chuyển thành động năng của mũi tên bay.

1. Từ bài giảng vật lý lớp 7, các em đã biết nếu một lực tác dụng lên một vật và nó chuyển động theo phương của lực thì lực đó thực hiện công cơ MỘT, bằng tích của mô đun lực và mô đun chuyển vị:

MỘT=Fs.

Đơn vị công việc trong SI - jun (1 J).

[MỘT] = [F][S] = 1 H 1 m = 1 N m = 1 J.

Đơn vị công được coi là công do một lực thực hiện 1 N trên đường 1m.

Theo công thức, công cơ học không được thực hiện nếu lực bằng 0 (vật thể đứng yên hoặc chuyển động đều và tuyến tính) hoặc độ dịch chuyển bằng 0.

Giả sử rằng vectơ lực tác dụng lên vật tạo một góc a nhất định với vectơ chuyển vị (Hình 65). Vì vật không chuyển động theo phương thẳng đứng nên hình chiếu của lực Năm mỗi trục Y không thực hiện được công việc, nhưng sự chiếu lực FX mỗi trục X hoạt động tương đương với MỘT = F x s x.

Bởi vì FX = F vì một, một s x= S, Cái đó

MỘT = Fs vì a.

Như vậy,

công của một lực không đổi bằng tích của độ lớn của vectơ lực và vectơ dịch chuyển và cosin của góc giữa các vectơ này.

2. Hãy để chúng tôi phân tích công thức làm việc kết quả.

Nếu góc a = 0° thì cos 0° = 1 và MỘT = Fs. Công thực hiện là dương và có giá trị lớn nhất nếu hướng của lực trùng với hướng dịch chuyển.

Nếu góc a = 90° thì cos 90° = 0 và MỘT= 0. Lực không sinh công nếu nó vuông góc với hướng chuyển động của vật. Do đó, công do trọng lực thực hiện bằng 0 khi vật chuyển động dọc theo mặt phẳng nằm ngang. Công do lực truyền vào vật thực hiện bằng 0 gia tốc hướng tâm với chuyển động đều của nó theo đường tròn, vì lực này tại bất kỳ điểm nào của quỹ đạo đều vuông góc với hướng chuyển động của vật.

Nếu góc a = 180° thì cos 180° = –1 và MỘT = –Fs. Trường hợp này xảy ra khi lực và chuyển vị có hướng ngược nhau. Theo đó, công thực hiện là âm và có giá trị lớn nhất. Ví dụ, công âm được thực hiện bởi lực ma sát trượt, vì nó hướng theo hướng ngược lại với hướng chuyển động của vật.

Nếu góc a giữa vectơ lực và vectơ dịch chuyển là nhọn thì công là dương; nếu góc a tù thì công có giá trị âm.

3. Chúng ta hãy thu được một công thức tính công của trọng lực. Hãy để cơ thể có khối lượng tôi rơi tự do xuống đất từ ​​một điểm MỘT, nằm ở độ cao h so với bề mặt Trái đất và sau một thời gian nó dừng lại ở một điểm B(Hình 66, MỘT). Công do trọng lực thực hiện bằng

MỘT = Fs = mgh.

Trong trường hợp này, hướng chuyển động của vật trùng với hướng của lực tác dụng lên nó, do đó công của trọng lực khi rơi tự do là dương.

Nếu một vật chuyển động thẳng đứng đi lên từ một điểm B chính xác MỘT(Hình 66, b), thì chuyển động của nó hướng theo hướng ngược lại với trọng lực và công của trọng lực là âm:

MỘT= –mgh

4. Công do một lực thực hiện có thể được tính bằng cách sử dụng đồ thị lực theo độ dịch chuyển.

Giả sử một vật chuyển động dưới tác dụng của trọng lực không đổi. Đồ thị mô đun trọng lực F dây từ mô-đun chuyển động cơ thể S là một đường thẳng song song với trục hoành (Hình 67). Tìm diện tích hình chữ nhật đã chọn. Nó bằng tích hai cạnh của nó: S = F dây h = mgh. Mặt khác công của trọng lực có cùng giá trị MỘT = mgh.

Như vậy công có giá trị bằng diện tích hình chữ nhật giới hạn bởi đồ thị, các trục tọa độ và đường vuông góc nâng lên trục hoành tại điểm h.

Bây giờ chúng ta xét trường hợp lực tác dụng lên vật tỉ lệ thuận với độ dịch chuyển. Lực như vậy, như đã biết, là lực đàn hồi. Mô-đun của nó bằng nhau F kiểm soát = k D tôi, ở đâu D tôi- kéo dài cơ thể.

Giả sử một lò xo có đầu bên trái cố định bị nén lại (Hình 68, MỘT). Đồng thời đầu bên phải của nó chuyển sang D tôi 1. Lò xo xuất hiện lực đàn hồi Fđiều khiển 1, hướng về bên phải.

Nếu bây giờ chúng ta để lò xo tự nó thì đầu bên phải của nó sẽ di chuyển sang bên phải (Hình 68, b), độ giãn dài của lò xo sẽ ​​bằng D tôi 2, và lực đàn hồi F bài tập 2.

Hãy tính công do lực đàn hồi thực hiện khi di chuyển đầu lò xo khỏi điểm có tọa độ D tôi 1 đến điểm có tọa độ D tôi 2. Chúng tôi sử dụng biểu đồ phụ thuộc cho việc này Fđiều khiển (D tôi) (Hình 69). Công do lực đàn hồi thực hiện có giá trị bằng số với diện tích hình thang A B C D. Diện tích của hình thang bằng tích của một nửa tổng hai đáy và chiều cao, tức là. S = QUẢNG CÁO. Trong hình thang A B C D căn cứ AB = F kiểm soát 2 = k D tôi 2 , đĩa CD= F kiểm soát 1 = k D tôi 1 và chiều cao QUẢNG CÁO= D tôi 1 – D tôi 2. Hãy thay các đại lượng này vào công thức tính diện tích hình thang:

S= (D tôi 1 – D tôi 2) =– .

Vì vậy, chúng tôi thấy rằng công của lực đàn hồi bằng:

MỘT =– .

5 * . Chúng ta hãy giả sử rằng một vật thể có khối lượng tôi di chuyển từ một điểm MỘT chính xác B(Hình 70), trước tiên chuyển động không ma sát dọc theo mặt phẳng nghiêng từ một điểm MỘT chính xác C, và sau đó không ma sát dọc theo mặt phẳng nằm ngang tính từ điểm C chính xác B. Công việc của trọng lực trên trang web C.B. bằng 0 vì lực hấp dẫn vuông góc với độ dịch chuyển. Khi chuyển động trên mặt phẳng nghiêng, công do trọng trường thực hiện là:

Một chiếc điều hòa = F dây tôi tội lỗi a. Bởi vì tôi tội lỗi a = h, Cái đó Một chiếc điều hòa = Ft dây h = mgh.

Công do trọng lực thực hiện khi vật chuyển động theo quỹ đạo ACB tương đương với ACB = Một chiếc điều hòa + Một CB = mgh + 0.

Như vậy, ACB = mgh.

Kết quả thu được cho thấy công thực hiện bởi trọng lực không phụ thuộc vào hình dạng của quỹ đạo. Nó chỉ phụ thuộc vào vị trí ban đầu và cuối cùng của cơ thể.

Bây giờ chúng ta giả sử rằng vật chuyển động theo một quỹ đạo khép kín ABCA(xem Hình 70). Khi di chuyển một vật từ một điểm MỘT chính xác B dọc theo quỹ đạo ACB công do trọng lực thực hiện là ACB = mgh. Khi di chuyển một vật từ một điểm B chính xác MỘT trọng lực thực hiện công âm, tức là bằng một cử nhân = –mgh. Khi đó công của trọng lực trên một quỹ đạo kín MỘT = ACB + một cử nhân = 0.

Công do lực đàn hồi thực hiện trên một quỹ đạo kín cũng bằng không. Thật vậy, giả sử một lò xo ban đầu không biến dạng bị kéo căng và chiều dài của nó tăng thêm D tôi. Lực đàn hồi đã thực hiện công MỘT 1 = . Khi trở về trạng thái cân bằng, lực đàn hồi có tác dụng MỘT 2 = . Công tổng cộng mà lực đàn hồi thực hiện khi lò xo bị kéo giãn và trở về trạng thái không biến dạng là bằng không.

6. Công thực hiện bởi trọng lực và độ đàn hồi trên một quỹ đạo kín bằng không.

Các lực có công trên bất kỳ quỹ đạo kín nào bằng 0 (hoặc không phụ thuộc vào hình dạng của quỹ đạo) được gọi là lực bảo toàn.

Các lực có công phụ thuộc vào hình dạng quỹ đạo được gọi là lực không bảo toàn.

Lực ma sát không bảo toàn. Ví dụ, một vật chuyển động từ một điểm 1 chính xác 2 đầu tiên trên một đường thẳng 12 (Hình 71), rồi dọc theo một đường gãy 132 . Tại mỗi đoạn quỹ đạo lực ma sát là như nhau. Trong trường hợp thứ nhất, công của lực ma sát

A 12 = –F tr tôi 1 ,

và trong lần thứ hai -

A 132 = A 13 + A 32, A 132 = –F tr tôi 2 – F tr tôi 3 .

Từ đây A 12A 132.

7. Từ môn vật lý lớp 7 bạn đã biết rằng đặc điểm quan trọng các thiết bị hoạt động được quyền lực.

Công suất là một đại lượng vật lý bằng tỉ số giữa công và khoảng thời gian thực hiện công đó:

N = .

Sức mạnh đặc trưng cho tốc độ thực hiện công việc.

Đơn vị công suất SI - oát (1 W).

[N] === 1 W.

Đơn vị công suất được coi là công suất mà tại đó công suất 1 J được hoàn thành cho 1 giây .

Câu hỏi tự kiểm tra

1. Công việc được gọi là gì? Đơn vị công việc là gì?

2. Trong trường hợp nào lực thực hiện công âm? công việc tích cực?

3. Công thức nào được sử dụng để tính công của trọng lực? lực đàn hồi?

5. Những lực lượng nào được gọi là bảo thủ? không bảo thủ?

6 * . Chứng minh rằng công thực hiện bởi trọng lực và độ đàn hồi không phụ thuộc vào hình dạng của quỹ đạo.

7. Cái gì gọi là quyền lực? Đơn vị công suất là gì?

Nhiệm vụ 18

1. Một cậu bé nặng 20 kg được bế đều trên một chiếc xe trượt tuyết, tác dụng một lực 20 N. Sợi dây dùng để kéo xe trượt tạo thành một góc 30° so với phương ngang. Công do lực đàn hồi sinh ra trong sợi dây thực hiện nếu xe trượt đi được 100 m?

2. Một vận động viên nặng 65 kg nhảy xuống nước từ một bục nằm ở độ cao 3 m so với mặt nước. Lực hấp dẫn tác dụng lên vận động viên khi anh ta di chuyển lên mặt nước thực hiện bao nhiêu công?

3. Dưới tác dụng của một lực đàn hồi, chiều dài của một lò xo biến dạng có độ cứng 200 N/m giảm đi 4 cm, lực đàn hồi đã thực hiện công như thế nào?

4 * . Chứng minh rằng công của một lực biến thiên bằng diện tích của hình, bị giới hạn bởi đồ thị của lực theo tọa độ và các trục tọa độ.

5. Lực kéo của động cơ ô tô là bao nhiêu nếu tốc độ không đổi 108 km/h nó phát triển công suất 55 kW?

Khi cơ thể tương tác xung một cơ thể có thể được chuyển giao một phần hoặc toàn bộ sang cơ thể khác. Nếu một hệ vật thể không chịu tác dụng của các ngoại lực từ các vật thể khác thì hệ đó được gọi là đóng cửa.

Quy luật cơ bản này của tự nhiên được gọi là định luật bảo toàn động lượng.Đó là hệ quả của điều thứ hai và thứ ba Định luật Newton.

Chúng ta hãy xem xét hai vật thể tương tác bất kỳ là một phần của một hệ thống khép kín. Chúng ta biểu thị các lực tương tác giữa các vật này bằng và Theo định luật thứ ba của Newton Nếu các vật này tương tác trong thời gian t thì xung lực của các lực tương tác có độ lớn bằng nhau và hướng ngược nhau: Chúng ta hãy áp dụng định luật thứ hai của Newton cho các vật này :

ở đâu và là các xung của các vật thể tại thời điểm ban đầu và là các xung lực của các vật thể ở thời điểm kết thúc tương tác. Từ những mối quan hệ này suy ra:

Sự bằng nhau này có nghĩa là do sự tương tác của hai vật nên tổng động lượng của chúng không thay đổi. Bây giờ xem xét tất cả các tương tác cặp có thể có của các vật thể có trong một hệ kín, chúng ta có thể kết luận rằng nội lực của một hệ kín không thể thay đổi tổng động lượng của nó, tức là tổng vectơ động lượng của tất cả các vật thể có trong hệ thống này.

Công cơ khí và công suất

Đặc tính năng lượng của chuyển động được giới thiệu dựa trên khái niệm công việc cơ khí hoặc công việc của vũ lực.

Công A được thực hiện bởi một lực không đổi là một đại lượng vật lý bằng tích của lực và mô đun chuyển vị nhân với cosin của góc α giữa các vectơ lực và phong trào(Hình 1.1.9):

Công là một đại lượng vô hướng. Nó có thể dương (0° ≤ α< 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работа, совершаемая силой, равна нулю. В системе СИ работа измеряется в joules (J).

Một joule bằng công thực hiện bởi một lực 1 N để dịch chuyển 1 m theo hướng của lực đó.

Nếu hình chiếu của lực lên hướng chuyển động không giữ nguyên thì công cần được tính cho các chuyển động nhỏ và tính tổng các kết quả:

Một ví dụ về lực có mô đun phụ thuộc vào tọa độ là lực đàn hồi của một lò xo tuân theo định luật Hooke. Để kéo căng một lò xo, phải tác dụng một ngoại lực lên nó, mô đun của lực này tỉ lệ với độ giãn dài của lò xo (Hình 1.1.11).

Sự phụ thuộc của mô đun ngoại lực vào tọa độ x được biểu diễn trên đồ thị dưới dạng đường thẳng (Hình 1.1.12).

Dựa vào diện tích của tam giác trong hình. 1.18.4 có thể xác định công do ngoại lực tác dụng vào đầu tự do bên phải của lò xo:

Công thức tương tự biểu thị công do ngoại lực thực hiện khi nén lò xo. Trong cả hai trường hợp, công của lực đàn hồi có độ lớn bằng công của ngoại lực và trái dấu.

Nếu có nhiều lực tác dụng lên một vật thì công việc chung của tất cả các lực bằng tổng đại số của công do các lực riêng lẻ thực hiện và bằng công kết quả của các lực tác dụng.

Công mà lực thực hiện trong một đơn vị thời gian được gọi là quyền lực. Công suất N là đại lượng vật lý bằng tỷ số giữa công A và khoảng thời gian t mà công việc này được thực hiện.