Kooli entsüklopeedia. Mehaaniline töö ja jõujõud

Liikumise energeetilised karakteristikud tutvustatakse mehaanilise töö ehk jõutöö kontseptsiooni alusel.

Definitsioon 1

Töö A, mida teostab konstantne jõud F → on füüsikaline suurus, mis võrdub jõu ja nihke moodulite korrutisega nurga koosinusega α , mis asub jõuvektorite F → ja nihke s → vahel.

See määratlus käsitletud joonisel 1. 18 . 1 .

Töö valem on kirjutatud järgmiselt

A = F s cos α .

Töö on skalaarne suurus. See võimaldab olla positiivne juures (0° ≤ α< 90 °) , отрицательной при (90 ° < α ≤ 180 °) . Когда задается прямой угол α , тогда совершаемая сила равняется нулю. Единицы измерения работы по системе СИ - джоули (Д ж) .

Džaul on võrdne tööga, mis tehakse jõuga 1 N, et liikuda 1 m võrra jõu suunas.

Pilt 1 . 18 . 1 . Jõu töö F →: A = F s cos α = F s s

F s → jõu F → projitseerimisel liikumissuunale s → jõud ei jää konstantseks ja töö arvutamine väikeste liikumiste korral Δ s i summeeritakse ja toodetakse järgmise valemi järgi:

A = ∑ ∆ A i = ∑ F s i ∆ s i .

See summa töö arvutatakse piirist (Δ s i → 0), misjärel läheb see integraali.

Töö graafiline esitus määratakse joonise 1 graafiku F s (x) all asuva kõverjoonelise kujundi pindala järgi. 18 . 2.

Pilt 1 . 18 . 2. Töö graafiline definitsioon Δ A i = F s i Δ s i.

Koordinaadist sõltuva jõu näide on vedru elastsusjõud, mis järgib Hooke'i seadust. Vedru venitamiseks on vaja rakendada jõudu F →, mille moodul on võrdeline vedru pikenemisega. Seda on näha jooniselt 1. 18 . 3.

Pilt 1 . 18 . 3. Venitatud vedru. Suund väline jõud F → ühtib liikumissuunaga s →. F s = k x, kus k tähistab vedru jäikust.

F → y p = - F →

Välisjõu mooduli sõltuvust x-koordinaatidest saab joonistada sirge abil.

Pilt 1 . 18 . 4 . Välisjõu mooduli sõltuvus koordinaadist vedru venitamisel.

Ülaltoodud jooniselt on võimalik tööd leida väline jõud vedru parempoolses vabas otsas, kasutades kolmnurga pindala. Valem võtab vormi

Seda valemit saab kasutada välisjõu poolt vedru kokkusurumisel tehtud töö väljendamiseks. Mõlemad juhtumid näitavad, et elastsusjõud F → y p on võrdne välisjõu F → tööga, kuid vastupidise märgiga.

2. definitsioon

Kui kehale mõjub mitu jõudu, näeb kogu töö valem välja kogu sellel tehtud töö summana. Kui keha liigub translatsiooniliselt, liiguvad jõudude rakenduspunktid võrdselt, st üldine töö kõigist jõududest on võrdne rakendatud jõudude resultatiivse tööga.

Pilt 1 . 18 . 5 . Mehaanilise töö mudel.

Võimsuse määramine

3. definitsioon

Võimsus nimetatakse tööd, mida jõud teeb ajaühikus.

Võimsuse füüsikalise suuruse, tähisega N, registreerimine toimub töö A suhtena tehtud töö ajaperioodi t, see tähendab:

4. definitsioon

SI-süsteem kasutab võimsusühikuna vatti (W t), mis on võrdne jõu võimsusega, mis teeb 1 J tööd 1 sekundi jooksul.

Kui märkate tekstis viga, tõstke see esile ja vajutage Ctrl+Enter

Peaaegu kõik vastavad kõhklemata: teises. Ja nad eksivad. Tõsi on vastupidi. Füüsikas kirjeldatakse mehaanilist tööd järgmiste definitsioonidega: Mehaaniline töö toimub siis, kui kehale mõjub jõud ja see liigub. Mehaaniline töö on otseselt võrdeline rakendatud jõu ja läbitud vahemaaga.

Mehaaniline töö valem

Mehaaniline töö määratakse järgmise valemiga:

kus A on töö, F on jõud, s on läbitud vahemaa.

POTENTSIAALNE(potentsiaalne funktsioon), mõiste, mis iseloomustab laia klassi füüsikalisi jõuvälju (elektrilised, gravitatsioonilised jne) ja üldiselt vektoritega esindatud füüsikaliste suuruste välju (vedeliku kiiruste väli jne). Üldjuhul on vektorvälja potentsiaal a( x,y,z) on selline skalaarfunktsioon u(x,y,z), et a=grad

35. Juhid elektriväljas. Elektriline võimsus.Elektriväljas olevad juhid. Dirigendid on ained, mida iseloomustab suur hulk vabu laengukandjaid, mis võivad liikuda elektrivälja mõjul. Juhtide hulka kuuluvad metallid, elektrolüüdid ja süsinik. Metallides on vabade laengute kandjateks aatomite väliskesta elektronid, mis aatomite vastasmõjul kaotavad täielikult ühendused “oma” aatomitega ja muutuvad kogu juhi kui terviku omandiks. Vabad elektronid osalevad soojusliikumises nagu gaasimolekulid ja võivad liikuda läbi metalli igas suunas. Elektriline võimsus- juhile iseloomulik, selle elektrilaengu kogumise võime mõõt. Elektriahelateoorias on mahtuvus kahe juhi vastastikune mahtuvus; elektriahela mahtuvusliku elemendi parameeter, mis on esitatud kahe terminali võrgu kujul. Sellist mahtuvust defineeritakse kui elektrilaengu suuruse ja nende juhtide vahelise potentsiaali erinevuse suhet

36. Rööpplaatkondensaatori mahtuvus.

Paralleelse plaatkondensaatori mahtuvus.

See. Lamekondensaatori mahtuvus sõltub ainult selle suurusest, kujust ja dielektrilisest konstandist. Suure võimsusega kondensaatori loomiseks on vaja suurendada plaatide pindala ja vähendada dielektrilise kihi paksust.

37. Voolude magnetiline vastastikmõju vaakumis. Ampere'i seadus.Ampere'i seadus. Aastal 1820 kehtestas Ampere (prantsuse teadlane (1775-1836)) eksperimentaalselt seaduse, mille järgi saab arvutada voolu kandvale pikkusele juhielemendile mõjuv jõud.

kus on magnetinduktsiooni vektor, on voolu suunas tõmmatud juhi pikkuse elemendi vektor.

Jõumoodul , kus on nurk juhi voolu suuna ja magnetvälja induktsiooni suuna vahel. Pikkuse sirge juhi jaoks, mis kannab voolu ühtlases väljas

Toimiva jõu suunda saab määrata kasutades vasaku käe reeglid:

Kui vasaku käe peopesa on paigutatud nii, et magnetvälja normaalne (voolule vastav) komponent siseneb peopessa ja neli välja sirutatud sõrme on suunatud piki voolu, näitab pöial suunda, milles amprijõud. tegusid.

38. Magnetvälja tugevus. Biot-Savart-Laplace'i seadusMagnetvälja tugevus(standardne tähistus N ) - vektor füüsiline kogus, võrdne vektori erinevusega magnetiline induktsioon B Ja magnetiseerimisvektor J .

IN Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem (SI): kus- magnetiline konstant.

BSL seadus. Seadus, mis määrab üksiku vooluelemendi magnetvälja

39. Bio-Savart-Laplace'i seaduse rakendused. Alalisvooluvälja jaoks

Ringikujuliseks pöördeks.

Ja solenoidi jaoks

40. Magnetvälja induktsioon Magnetvälja iseloomustab vektorsuurus, mida nimetatakse magnetvälja induktsiooniks (vektori suurus, mis on magnetväljale iseloomulik jõud antud ruumipunktis). MI. (B) see ei ole juhtidele mõjuv jõud, see on suurus, mis leitakse selle jõu kaudu järgmise valemi abil: B=F / (I*l) (Sõnaliselt: MI vektormoodul. (B) on võrdne jõumooduli F suhtega, millega magnetväli mõjub magnetjoontega risti asetsevale voolu juhtivale juhile, voolutugevuse suhtega juhis I ja juhi pikkusesse l. Magnetiline induktsioon sõltub ainult magnetväljast. Sellega seoses võib induktsiooni pidada magnetvälja kvantitatiivseks tunnuseks. See määrab, millise jõuga (Lorentzi jõud) mõjub magnetväli kiirusega liikuvale laengule. MI-d mõõdetakse teslades (1 tesla). Sel juhul 1 T=1 N/(A*m). MI-l on suund. Graafiliselt saab selle visandada joonte kujul. Ühtlases magnetväljas on MI jooned paralleelsed ja MI vektor suunatakse kõigis punktides ühtemoodi. Ebaühtlase magnetvälja korral, näiteks voolu juhtivat juhti ümbritsev väli, muutub magnetinduktsiooni vektor igas ruumipunktis juhtme ümber ja selle vektori puutujad loovad ümber juhi kontsentrilised ringid. .

41. Osakese liikumine magnetväljas. Lorentzi jõud. a) - Kui osake lendab ühtlase magnetvälja piirkonda ja vektor V on vektoriga B risti, siis liigub ta ringis raadiusega R=mV/qB, kuna Lorentzi jõud Fl=mV^2 /R mängib tsentripetaalse jõu rolli. Pöörlemisperiood on võrdne T=2piR/V=2pim/qB ja see ei sõltu osakeste kiirusest (see kehtib ainult V puhul<<скорости света) - Если угол между векторами V и B не равен 0 и 90 градусов, то частица в однородном магнитном поле движется по винтовой линии. - Если вектор V параллелен B, то частица движется по прямой линии (Fл=0). б) Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца.

Magnetjõu määrab seos: Fl = q·V·B·sina (q on liikuva laengu suurus; V on selle kiiruse moodul; B on magnetvälja induktsioonivektori moodul; alfa on nurk vektori V ja vektori B vahel) Lorentzi jõud on kiirusega risti ja seetõttu ei tööta, ei muuda laengu kiiruse moodulit ja selle kineetilist energiat. Kuid kiiruse suund muutub pidevalt. Lorentzi jõud on risti vektoritega B ja v ning selle suund määratakse sama vasakpoolse reegli abil nagu amprijõu suund: kui vasak käsi on paigutatud nii, et magnetinduktsiooni B komponent on risti laengu kiirus, siseneb peopessa ja neli sõrme on suunatud mööda positiivse laengu liikumist (negatiivse liikumise vastu), siis 90 kraadi kõverdatud pöial näitab Lorentzi jõu F l suunda. tasu.

Pange tähele, et tööl ja energial on samad mõõtühikud. See tähendab, et tööd saab muuta energiaks. Näiteks selleks, et tõsta keha teatud kõrgusele, on sellel potentsiaalne energia, on vaja jõudu, mis seda tööd teeb. Tõstejõu tehtud töö muutub potentsiaalseks energiaks.

Töö määramise reegel sõltuvusgraafiku F(r) järgi: töö on arvuliselt võrdne jõu ja nihke graafiku all oleva joonise pindalaga.


Nurk jõuvektori ja nihke vahel

1) Määrake õigesti tööd tegeva jõu suund; 2) Kujutame nihkevektorit; 3) Viime vektorid ühte punkti ja saame soovitud nurga.


Joonisel mõjub kehale raskusjõud (mg), toe reaktsioon (N), hõõrdejõud (Ftr) ja köie pingutusjõud F, mille mõjul keha liigub r.

Gravitatsiooni töö



Maapealse reaktsiooni töö



Hõõrdejõu töö



Trossipingutusega tehtud töö



Tulemusjõuga tehtud töö

Tulemusjõu poolt tehtavat tööd saab leida kahel viisil: 1. meetod - meie näites kõigi kehale mõjuvate jõudude tööde summana (võttes arvesse “+” või “-” märke)
2. meetod - kõigepealt leidke resultantjõud, seejärel otse selle töö, vt joonist


Elastsusjõu töö

Elastsusjõu poolt tehtava töö leidmiseks tuleb arvestada, et see jõud muutub, kuna see sõltub vedru pikenemisest. Hooke'i seadusest järeldub, et kui absoluutne pikenemine suureneb, siis jõud suureneb.

Elastsusjõu töö arvutamiseks vedru (keha) üleminekul deformeerimata olekust deformeerunud olekusse kasutage valemit

Võimsus

Skalaarsuurus, mis iseloomustab töö kiirust (analoogia võib tuua kiirendusega, mis iseloomustab kiiruse muutumise kiirust). Määratakse valemiga

Tõhusus

Tõhusus on masina tehtud kasuliku töö ja kogu samal ajal kulutatud töö (tarnitud energia) suhe

Tõhusust väljendatakse protsentides. Mida lähemal see arv on 100%, seda suurem on masina jõudlus. Kasutegur ei saa olla suurem kui 100, sest vähema energiaga on võimatu rohkem tööd teha.

Kaldtasandi kasutegur on raskusjõu mõjul tehtud töö ja piki kaldtasandit liikumisel kulutatud töö suhe.

Peaasi, mida meeles pidada

1) Valemid ja mõõtühikud;
2) Tööd tehakse sunniviisiliselt;
3) oskama määrata jõu- ja nihkevektorite vahelist nurka

Kui jõu poolt tehtud töö keha liigutamisel mööda suletud rada on null, siis nimetatakse selliseid jõude konservatiivne või potentsiaal. Hõõrdejõu poolt tehtud töö keha liigutamisel mööda suletud rada ei ole kunagi võrdne nulliga. Hõõrdejõud, erinevalt gravitatsiooni- või elastsusjõust, on mittekonservatiivne või mittepotentsiaalne.

On tingimusi, mille korral valemit ei saa kasutada
Kui jõud on muutuv, kui liikumise trajektoor on kõverjoon. Sel juhul jagatakse tee väikesteks lõikudeks, mille jaoks need tingimused on täidetud, ja arvutatakse iga lõigu elementaarne töö. Kogu töö on sel juhul võrdne elementaartööde algebralise summaga:

Teatud jõuga tehtava töö väärtus sõltub referentssüsteemi valikust.

Enne teema “Kuidas tööd mõõdetakse” paljastamist on vaja teha väike kõrvalepõige. Kõik siin maailmas järgib füüsikaseadusi. Iga protsessi või nähtust saab seletada teatud füüsikaseaduste alusel. Iga mõõdetud suuruse jaoks on ühik, milles seda tavaliselt mõõdetakse. Mõõtühikud on konstantsed ja neil on kogu maailmas sama tähendus.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-1-768x451..jpg 1024w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Rahvusvaheliste ühikute süsteem

Selle põhjus on järgmine. Üheksateistkümnendal aastal võeti kaalude ja mõõtude üheteistkümnendal peakonverentsil vastu kogu maailmas tunnustatud mõõtesüsteem. See süsteem sai nimeks Le Système International d’Unités, SI (SI System International). Sellest süsteemist on saanud kogu maailmas aktsepteeritud mõõtühikute ja nende seoste määramise alus.

Füüsilised terminid ja terminoloogia

Füüsikas nimetatakse jõu töö mõõtühikut J (Joule) inglise füüsiku James Joule auks, kes andis suure panuse füüsika termodünaamika haru arendamisse. Üks džaul on võrdne tööga, mis tehakse jõuga üks N (Newton), kui selle rakendamine liigub ühe M (meeter) jõu suunas. Üks N (Newton) võrdub ühe kg (kilogrammi) massiga jõuga, mille kiirendus on üks m/s2 (meeter sekundis) jõu suunas.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-2-2-210x140.jpg 210w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Töö leidmise valem

Sulle teadmiseks. Füüsikas on kõik omavahel seotud, mis tahes töö tegemine hõlmab lisatoimingute tegemist. Näitena võime võtta majapidamise ventilaator. Kui ventilaator on ühendatud, hakkavad ventilaatori labad pöörlema. Pöörlevad labad mõjutavad õhuvoolu, andes sellele suunatud liikumise. See on töö tulemus. Kuid töö tegemiseks on vaja teiste väliste jõudude mõju, ilma milleta on tegevus võimatu. Nende hulka kuuluvad elektrivool, võimsus, pinge ja paljud muud seotud väärtused.

Elektrivool on oma tuumas elektronide järjestatud liikumine juhis ajaühikus. Elektrivool põhineb positiivselt või negatiivselt laetud osakestel. Neid nimetatakse elektrilaenguteks. Tähistatakse tähtedega C, q, Kl (Coulomb), mis on nimetatud prantsuse teadlase ja leiutaja Charles Coulombi järgi. SI-süsteemis on see laetud elektronide arvu mõõtühik. 1 C on võrdne läbi voolavate laetud osakeste mahuga ristlõige dirigent ajaühiku kohta. Ajaühik on üks sekund. Elektrilaengu valem on näidatud alloleval joonisel.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-3-768x486..jpg 848w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Elektrilaengu leidmise valem

Elektrivoolu tugevust tähistab täht A (amper). Amper on füüsikas mõõtühik, mis iseloomustab selle jõu töö mõõtmist, mis kulub laengute liigutamiseks piki juhti. Selle keskmes elektrit on elektronide järjestatud liikumine juhis elektromagnetvälja mõjul. Juht on materjal või sulasool (elektrolüüt), millel on vähene takistus elektronide läbipääsule. Elektrivoolu tugevust mõjutavad kaks füüsikalised kogused: pinge ja takistus. Neid arutatakse allpool. Voolutugevus on alati otseselt võrdeline pingega ja pöördvõrdeline takistusega.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-4-768x552..jpg 800w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Voolutugevuse leidmise valem

Nagu eespool mainitud, on elektrivool elektronide järjestatud liikumine juhis. Kuid on üks hoiatus: nad vajavad liikumiseks teatud mõju. See efekt luuakse potentsiaalse erinevuse loomisega. Elektrilaeng võib olla positiivne või negatiivne. Positiivsed laengud kalduvad alati negatiivsete laengute poole. See on vajalik süsteemi tasakaalu tagamiseks. Positiivse ja negatiivse laenguga osakeste arvu erinevust nimetatakse elektripingeks.

Gif?.gif 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-5-768x499.gif 768w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Valem pinge leidmiseks

Võimsus on energia hulk, mis kulub ühe J (Joule) töö tegemiseks ühe sekundi jooksul. Mõõtühikut füüsikas tähistatakse W (vatt), SI süsteemis W (vatt). Kuna arvesse võetakse elektrienergiat, siis siin on see teatud aja jooksul teatud toimingu tegemiseks kulutatud elektrienergia väärtus.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/risunok-6-120x74..jpg 750w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Valem elektrienergia leidmiseks

Kokkuvõttes tuleb märkida, et töö mõõtühik on skalaarsuurus, omab seost kõigi füüsikaharudega ja seda saab vaadelda mitte ainult elektrodünaamika või soojustehnika, vaid ka muude osade vaatenurgast. Artiklis vaadeldakse lühidalt jõu töö mõõtühikut iseloomustavat väärtust.

Video

Mehaaniline töö (jõutöö) on teile tuttav juba põhikooli füüsikakursusest. Meenutagem seal toodud mehaanilise töö määratlust järgmistel juhtudel.

Kui jõud on suunatud keha liikumisega samas suunas, siis jõu tehtud töö


Sel juhul on jõu tehtud töö positiivne.

Kui jõud on suunatud keha liikumisele vastupidiselt, siis jõu tehtud töö

Sel juhul on jõu tehtud töö negatiivne.

Kui jõud f_vec on suunatud keha nihkega s_vec risti, siis on jõu tehtud töö null:

Töö on skalaarne suurus. Tööühikut nimetatakse džauliks (sümbol: J) inglise teadlase James Joule’i auks, kes mängis olulist rolli energia jäävuse seaduse avastamisel. Valemist (1) järeldub:

1 J = 1 N*m.

1. 0,5 kg kaaluv plokk liigutati mööda lauda 2 m, rakendades sellele elastsusjõudu 4 N (joonis 28.1). Ploki ja laua vaheline hõõrdetegur on 0,2. Mis on plokil mõjuv teos?
a) gravitatsioon m?
b) normaalsed reaktsioonijõud?
c) elastsusjõud?
d) libisevad hõõrdejõud tr?


Mitme kehale mõjuva jõu kogutöö võib leida kahel viisil:
1. Leia iga jõu töö ja liida need tööd, võttes arvesse märke.
2. Leidke kõigi kehale mõjuvate jõudude resultant ja arvutage resultandi töö.

Mõlemad meetodid annavad sama tulemuse. Selles veendumiseks minge tagasi eelmise ülesande juurde ja vastake ülesande 2 küsimustele.

2. Millega see võrdub:
a) kõigi plokki mõjuvate jõudude tehtud tööde summa?
b) kõigi plokile mõjuvate jõudude resultant?
c) töö tulemus? Üldjuhul (kui jõud f_vec on suunatud nihke s_vec suhtes suvalise nurga all) on jõu töö definitsioon järgmine.

Konstantse jõu töö A on võrdne jõumooduli F korrutisega nihkemooduli s ja jõu suuna ja nihkesuuna vahelise nurga α koosinusega:

A = Fs cos α (4)

3. Näita mida üldine määratlus Töö järgib järgmisel diagrammil näidatud järeldusi. Sõnastage need suuliselt ja kirjutage vihikusse.


4. Laual asuvale plokile, mille moodul on 10 N, rakendatakse jõudu võrdne nurgaga selle jõu ja ploki liikumise vahel, kui plokki mööda lauda 60 cm liigutades tegi see jõud tööd: a) 3 J; b) –3 J; c) –3 J; d) –6 J? Tee selgitavad joonised.

2. Raskusjõu töö

Laske kehal massiga m liikuda vertikaalselt algkõrguselt h n lõppkõrgusele h k.

Kui keha liigub allapoole (h n > h k, joon. 28.2, a), ühtib liikumissuund gravitatsiooni suunaga, seetõttu on raskusjõu töö positiivne. Kui keha liigub ülespoole (h n< h к, рис. 28.2, б), то работа силы тяжести отрицательна.

Mõlemal juhul raskusjõu poolt tehtud töö

A = mg(h n – h k). (5)

Leiame nüüd raskusjõu toimel tehtud töö vertikaali suhtes nurga all liikudes.

5. Väike plokk massiga m libises mööda kaldtasapinda pikkusega s ja kõrgusega h (joonis 28.3). Kaldtasapind moodustab vertikaaliga nurga α.


a) Kui suur on nurk raskusjõu suuna ja ploki liikumissuuna vahel? Tee selgitav joonis.
b) Avaldage gravitatsiooni töö m, g, s, α kaudu.
c) Väljendage s h ja α kaudu.
d) Väljendage raskusjõu tööd ühikutes m, g, h.
e) Millist tööd teeb gravitatsioon, kui plokk liigub mööda kogu sama tasandit ülespoole?

Olles selle ülesande täitnud, olete veendunud, et gravitatsiooni tööd väljendatakse valemiga (5) ka siis, kui keha liigub vertikaali suhtes nurga all – nii alla kui üles.

Kuid siis kehtib raskusjõu töö valem (5) siis, kui keha liigub mööda mis tahes trajektoori, sest mis tahes trajektoori (joon. 28.4, a) saab esitada väikeste “kaldtasandite” kogumina (joon. 28.4, b). .

Seega
mis tahes trajektoori mööda liikudes gravitatsiooni poolt tehtavat tööd väljendatakse valemiga

A t = mg(h n – h k),

kus h n on keha algkõrgus, h k on selle lõppkõrgus.
Raskusjõu poolt tehtav töö ei sõltu trajektoori kujust.

Näiteks raskusjõu poolt tehtav töö keha liigutamisel punktist A punkti B (joon. 28.5) mööda trajektoori 1, 2 või 3 on sama. Eelkõige siit järeldub, et raskusjõud suletud trajektooril liikudes (keha naasmisel lähtepunkti) võrdub nulliga.

6. L pikkusega keerme küljes rippuv kuul massiga m painutati 90°, hoides niiti pingul, ja vabastati ilma tõuketa.
a) Millist tööd teeb gravitatsioon ajal, mil kuul liigub tasakaaluasendisse (joonis 28.6)?
b) Millist tööd teeb niidi elastsusjõud sama aja jooksul?
c) Millist tööd teevad kuulile sama aja jooksul rakendatud resultantjõud?


3. Elastsusjõu töö

Kui vedru naaseb deformeerimata olekusse, teeb elastsusjõud alati positiivset tööd: selle suund langeb kokku liikumissuunaga (joon. 28.7).

Leiame elastsusjõu poolt tehtud töö.
Selle jõu moodul on seotud deformatsioonimooduliga x seosega (vt § 15)

Sellise jõu tehtud töö on graafiliselt leitav.

Kõigepealt pangem tähele, et konstantse jõuga tehtud töö on arvuliselt võrdne jõu ja nihke graafiku all oleva ristküliku pindalaga (joonis 28.8).

Joonisel 28.9 on kujutatud elastsusjõu F(x) graafik. Jagagem mõtteliselt kogu keha liikumine nii väikesteks intervallideks, et jõudu igaühel neist võib pidada konstantseks.

Seejärel on iga nende intervallidega tehtav töö numbriliselt võrdne graafiku vastava jaotise all oleva joonise pindalaga. Kogu töö on võrdne nende valdkondade tööde summaga.

Järelikult on töö antud juhul arvuliselt võrdne sõltuvuse F(x) graafiku all oleva joonise pindalaga.

7. Kasutades joonist 28.10, tõesta see

töö elastsusjõu poolt vedru naasmisel deformeerimata olekusse väljendatakse valemiga

A = (kx 2)/2. (7)


8. Kasutades joonisel 28.11 kujutatud graafikut, tõesta, et kui vedru deformatsioon muutub x n-lt x k-ks, väljendatakse elastsusjõu tööd valemiga

Valemist (8) näeme, et elastsusjõu töö sõltub ainult vedru alg- ja lõppdeformatsioonist.Seega, kui keha esmalt deformeerub ja seejärel naaseb algolekusse, siis elastsusjõu töö on null. Meenutagem, et gravitatsioonitööl on sama omadus.

9. Algmomendil on 400 N/m jäikusega vedru pinge 3 cm.Vedru venitatakse veel 2 cm.
a) Milline on vedru lõplik deformatsioon?
b) Millist tööd teeb vedru elastsusjõud?

10. Algmomendil venitatakse vedru jäikusega 200 N/m 2 cm ja lõpphetkel surutakse kokku 1 cm.Millist tööd teeb vedru elastsusjõud?

4. Hõõrdejõu töö

Laske kehal libiseda mööda fikseeritud tuge. Kehale mõjuv libisemishõõrdejõud on alati suunatud liikumisele vastupidiselt ja seetõttu on libiseva hõõrdejõu töö igas liikumissuunas negatiivne (joonis 28.12).

Seega, kui liigutate plokki paremale ja tihvti sama kaugele vasakule, siis ehkki see naaseb algasendisse, ei võrdu libiseva hõõrdejõu kogu töö nulliga. See on kõige olulisem erinevus libiseva hõõrdumise töö ning gravitatsiooni ja elastsuse töö vahel. Meenutagem, et nende jõudude töö, mis keha liigutades mööda suletud trajektoori, on null.

11. Plokk massiga 1 kg liigutati mööda lauda nii, et selle trajektooriks osutus 50 cm küljega ruut.
a) Kas plokk on jõudnud tagasi oma alguspunkti?
b) Kui suur on plokile mõjuva hõõrdejõu kogutöö? Ploki ja laua vaheline hõõrdetegur on 0,3.

5. Võimsus

Tihti pole oluline ainult tehtav töö, vaid ka töö tegemise kiirus. Seda iseloomustab võimsus.

Võimsus P on tehtud töö A ja ajaperioodi t suhe, mille jooksul see töö tehti:

(Mõnikord tähistatakse mehaanikas võimsust tähega N ja elektrodünaamikas tähega P. Meie arvates on võimsuse jaoks mugavam kasutada sama tähistust.)

Võimsuse ühik on vatt (sümbol: W), mis on oma nime saanud inglise leiutaja James Watti järgi. Valemist (9) järeldub, et

1 W = 1 J/s.

12. Millist jõudu arendab inimene, kui tõstab 10 kg kaaluva veeämbri ühtlaselt 2 s jooksul 1 m kõrgusele?

Tihti on mugav võimu väljendada mitte töö ja aja, vaid jõu ja kiiruse kaudu.

Vaatleme juhtumit, kui jõud on suunatud piki nihet. Siis jõu A = Fs tehtud töö. Asendades selle avaldise võimsuse valemiga (9), saame:

P = (Fs)/t = F(s/t) = Fv. (10)

13. Auto sõidab horisontaalsel teel kiirusega 72 km/h. Samal ajal arendab selle mootor võimsust 20 kW. Milline on vastupanujõud auto liikumisele?

Vihje. Kui auto liigub mööda horisontaalset teed püsiva kiirusega, on veojõu suurus võrdne auto liikumise takistusjõuga.

14. Kui kaua kulub ühtlaseks kerkimiseks? betoonplokk kaaluga 4 tonni kuni 30 m kõrguseni, kui kraana mootori võimsus on 20 kW ja kraana elektrimootori kasutegur on 75%?

Vihje. Elektrimootori kasutegur võrdub koorma tõstmise töö ja mootori töö suhtega.

Lisaküsimused ja ülesanded

15. Rõdult visati 200 g kaaluv pall, mille kõrgus on 10 ja nurga all horisontaalpinna suhtes 45º. Lennu ajal jõudmine maksimaalne kõrgus 15 m, pall kukkus maapinnale.
a) Millist tööd teeb palli tõstmisel gravitatsioon?
b) Millist tööd teeb gravitatsioon palli langetamisel?
c) Millist tööd teeb gravitatsioon kogu palli lennu ajal?
d) Kas tingimuses on lisaandmeid?

16. Kuul massiga 0,5 kg on riputatud vedru küljes, mille jäikus on 250 N/m ja on tasakaalus. Pall tõstetakse üles nii, et vedru muutub deformeerimata ja vabastatakse ilma tõuketa.
a) Millisele kõrgusele pall tõsteti?
b) Millist tööd teeb gravitatsioon ajal, mil pall liigub tasakaaluasendisse?
c) Millist tööd teeb elastsusjõud aja jooksul, mil kuul liigub tasakaaluasendisse?
d) Millise töö teeb kõigi kuulile rakendatud jõudude resultant aja jooksul, mil kuul liigub tasakaaluasendisse?

17. 10 kg kaaluv kelk libiseb ilma algkiiruseta lumisest mäest alla kaldenurgaga α = 30º ja läbib teatud vahemaa mööda horisontaalset pinda (joonis 28.13). Kelgu ja lume vaheline hõõrdetegur on 0,1. Mäe aluse pikkus on l = 15 m.

a) Kui suur on hõõrdejõud, kui kelk liigub horisontaalsel pinnal?
b) Millist tööd teeb hõõrdejõud, kui kelk liigub mööda horisontaalset pinda 20 m kaugusel?
c) Kui suur on hõõrdejõud, kui kelk liigub mööda mäge?
d) Millist tööd teeb hõõrdejõud kelgu langetamisel?
e) Millist tööd teeb kelgu langetamisel gravitatsioon?
f) Millist tööd teevad kelgule mäest laskumisel mõjuvad resultantjõud?

18. 1 tonni kaaluv auto liigub kiirusega 50 km/h. Mootor arendab võimsust 10 kW. Bensiinikulu on 8 liitrit 100 km kohta. Bensiini tihedus on 750 kg/m 3 ja selle erisoojus põlemine 45 MJ/kg. Mis on võrdne Mootori efektiivsus? Kas seisukorras on lisaandmeid?
Vihje. Soojusmasina kasutegur võrdub mootori tehtud töö ja kütuse põlemisel vabaneva soojushulga suhtega.

Jaga