Kaj je mišljeno z mehanskim delom v fiziki? Delo sile

V vsakdanjem življenju se pogosto srečujemo s pojmom delo. Kaj ta beseda pomeni v fiziki in kako določiti delo elastične sile? Odgovore na ta vprašanja boste našli v članku.

Mehansko delo

Delo je skalarna algebrska količina, ki označuje razmerje med silo in premikom. Če smer teh dveh spremenljivk sovpada, se izračuna po naslednji formuli:

• F- modul vektorja sile, ki opravlja delo;
• S- modul vektorja premika.

Sila, ki deluje na telo, ne opravi vedno dela. Na primer, delo gravitacije je enako nič, če je njena smer pravokotna na gibanje telesa.

Če vektor sile tvori neničelni kot z vektorjem premika, je treba za določitev dela uporabiti drugo formulo:

A=FScosα

α - kot med vektorjem sile in pomika.

pomeni, mehansko delo je produkt projekcije sile na smer premika in modula premika ali produkt projekcije premika na smer sile in modula te sile.

Znak za mehansko delo

Delo A je lahko odvisno od smeri sile glede na gibanje telesa:

• pozitivno (0°≤ α<90°);
• negativno (90°<α≤180°);
• enako nič (α=90°).

Če je A>0, se hitrost telesa poveča. Primer je jabolko, ki pade z drevesa na tla. Pri A<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

Enota za delo SI (Mednarodni sistem enot) je Joule (1N*1m=J). Joule je delo, ki ga opravi sila, katere vrednost je 1 Newton, ko se telo premakne za 1 meter v smeri delovanja sile.

Delo elastične sile

Delo sile lahko določimo tudi grafično. Če želite to narediti, izračunajte površino krivulje pod grafom F s (x).

Tako lahko iz grafa odvisnosti prožnostne sile od raztezka vzmeti izpeljemo formulo za delo prožnostne sile.

Je enako:

A=kx 2 /2

• k- togost;
• x- absolutni raztezek.

Kaj smo se naučili?

Mehansko delo se izvede, ko na telo deluje sila, ki povzroči gibanje telesa. Glede na kot, ki nastane med silo in premikom, je lahko delo enako nič ali ima negativen ali pozitiven predznak. Na primeru prožnostne sile si spoznal grafično metodo za določanje dela.

Mehansko delo je energetska značilnost gibanja fizičnih teles, ki ima skalarno obliko. Enak je modulu sile, ki deluje na telo, pomnoženemu z modulom premika, ki ga povzroča ta sila, in s kosinusom kota med njima.

Formula 1 - Mehansko delo.

F - Sila, ki deluje na telo.

s - Gibanje telesa.

cosa – Kosinus kota med silo in premikom.

Ta formula ima splošno obliko. Če je kot med uporabljeno silo in premikom enak nič, potem je kosinus enak 1. V skladu s tem bo delo enako samo produktu sile in premika. Preprosto povedano, če se telo giblje v smeri delovanja sile, je mehansko delo enako produktu sile in premika.

Drugi posebni primer je, ko je kot med silo, ki deluje na telo, in njegovim odmikom 90 stopinj. V tem primeru je kosinus 90 stopinj enak nič, torej bo delo enako nič. In res se zgodi, da uporabimo silo v eno smer, telo pa se premakne pravokotno nanjo. To pomeni, da se telo očitno ne premika pod vplivom naše sile. Tako je delo, ki ga opravi naša sila za premikanje telesa, enako nič.

Slika 1 - Delo sil pri premikanju telesa.

Če na telo deluje več sil, se izračuna skupna sila, ki deluje na telo. In potem se nadomesti v formulo kot edina sila. Telo pod vplivom sile se lahko giblje ne samo premočrtno, ampak tudi po poljubni poti. V tem primeru se delo izračuna za majhen odsek gibanja, ki se lahko šteje za pravokotno, nato pa se povzame po celotni poti.

Delo je lahko pozitivno in negativno. To pomeni, da če premik in sila sovpadata v smeri, je delo pozitivno. In če deluje sila v eno smer, telo pa se premika v drugo, bo delo negativno. Primer negativnega dela je delo torne sile. Ker je sila trenja usmerjena nasproti gibanju. Predstavljajte si telo, ki se giblje po ravnini. Sila, ki deluje na telo, ga potisne v določeno smer. Ta sila opravlja pozitivno delo za premikanje telesa. Toda hkrati sila trenja opravlja negativno delo. Upočasni gibanje telesa in je usmerjen v njegovo gibanje.

Slika 2 - Sila gibanja in trenja.

Mehansko delo se meri v Joulih. En Joule je delo, ki ga opravi sila enega Newtona, ko premakne telo za en meter. Poleg smeri gibanja telesa se lahko spreminja tudi velikost uporabljene sile. Na primer, ko je vzmet stisnjena, se bo sila, ki deluje nanjo, povečala sorazmerno s prevoženo razdaljo. V tem primeru se delo izračuna po formuli.

Formula 2 - Delo stiskanja vzmeti.

k je togost vzmeti.

x - premikajoča se koordinata.

Energijske značilnosti gibanja uvedemo na podlagi pojma mehansko delo oziroma delo sile.

Delo A, ki ga opravi stalna sila F → je fizikalna količina, ki je enaka zmnožku modulov sile in pomika, pomnoženih s kosinusom kota α , ki se nahaja med vektorjema sil F → in premikom s →.

Ta definicija je prikazana na sliki 1. 18. 1.

Delovna formula je zapisana kot,

A = F s cos α .

Delo je skalarna količina. To omogoča, da je pozitiven pri (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) .

Joule je enak delu, ki ga opravi sila 1 N, da se premakne za 1 m v smeri sile.

Slika 1. 18. 1. Delo sile F →: A = F s cos α = F s s

Pri projiciranju F s → sile F → na smer gibanja s → sila ne ostane konstantna in izračun dela za majhne premike Δ s i se sešteje in proizvede po formuli:

A = ∑ ∆ A i = ∑ F s i ∆ s i .

Ta količina dela se izračuna iz meje (Δ s i → 0) in gre nato v integral.

Grafična predstavitev dela je določena iz območja krivulje, ki se nahaja pod grafom F s (x) na sliki 1. 18. 2.

Slika 1. 18. 2. Grafična definicija dela Δ A i = F s i Δ s i .

Primer sile, ki je odvisna od koordinate, je elastična sila vzmeti, ki upošteva Hookov zakon. Za raztezanje vzmeti je potrebno uporabiti silo F →, katere modul je sorazmeren z raztezkom vzmeti. To lahko vidite na sliki 1. 18. 3.

Slika 1. 18. 3. Raztegnjena vzmet. Smer zunanje sile F → sovpada s smerjo gibanja s →. F s = k x, kjer k označuje togost vzmeti.

F → y p = - F →

Odvisnost modula zunanje sile od koordinate x lahko narišemo z ravno črto.

Slika 1. 18. 4. Odvisnost modula zunanje sile od koordinate pri raztegnjeni vzmeti.

Iz zgornje slike je mogoče najti delo, opravljeno na zunanji sili desnega prostega konca vzmeti, z uporabo površine trikotnika. Formula bo dobila obliko

Ta formula je uporabna za izražanje dela, ki ga opravi zunanja sila pri stiskanju vzmeti. Oba primera kažeta, da je prožnostna sila F → y p enaka delu zunanje sile F → , vendar z nasprotnim predznakom.

Definicija 2

Če na telo deluje več sil, bo formula za skupno delo videti kot vsota vseh opravljenih del. Pri translacijskem gibanju telesa se točke delovanja sil gibljejo enako, to pomeni, da bo skupno delo vseh sil enako delu rezultante delujočih sil.

Slika 1. 18. 5. Model mehanskega dela.

Določitev moči

Moč se imenuje delo, ki ga sila opravi na enoto časa.

Zapis fizikalne količine moči, označene z N, je v obliki razmerja med delom A in časovnim obdobjem t opravljenega dela, to je:

Definicija 4

Sistem SI uporablja vat (W t) kot enoto za moč, ki je enaka moči sile, ki opravi 1 J delo v 1 s.

Če v besedilu opazite napako, jo označite in pritisnite Ctrl+Enter

Mehansko delo. Enote dela.

V vsakdanjem življenju pod pojmom »delo« razumemo vse.

V fiziki koncept delo nekoliko drugačen. Je določena fizikalna količina, kar pomeni, da jo je mogoče izmeriti. V fiziki se preučuje predvsem mehansko delo .

Oglejmo si primere mehanskega dela.

Vlak se premika pod vlečno silo električne lokomotive, pri čemer se izvaja mehansko delo. Pri strelu iz pištole sila pritiska smodniških plinov deluje - premakne kroglo vzdolž cevi in ​​hitrost krogle se poveča.

Iz teh primerov je razvidno, da se pri gibanju telesa pod vplivom sile izvaja mehansko delo. Mehansko delo se izvaja tudi v primeru, ko sila, ki deluje na telo (na primer sila trenja), zmanjša hitrost njegovega gibanja.

V želji premakniti omaro močno pritisnemo nanjo, če pa se ne premakne, potem ne opravljamo mehanskega dela. Lahko si predstavljamo primer, ko se telo giblje brez sodelovanja sil (po vztrajnosti); v tem primeru se tudi mehansko delo ne izvaja.

Torej, mehansko delo se opravi le, ko na telo deluje sila in se telo premakne .

Ni težko razumeti, da večja ko na telo deluje sila in daljša ko je pot, ki jo telo pod vplivom te sile opravi, večje je opravljeno delo.

Mehansko delo je premo sorazmerno z uporabljeno silo in prevoženo razdaljo .

Zato smo se dogovorili, da mehansko delo merimo s produktom sile in prevožene poti v tej smeri te sile:

delo = sila × pot

Kje A- Služba, F- moč in s- prevožena razdalja.

Enota dela je delo, ki ga opravi sila 1N na poti 1 m.

Enota dela - joule (J ) poimenovana po angleškem znanstveniku Joulu. torej

1 J = 1N m.

Tudi rabljeno kilodžulov (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Formula A = Fs velja, ko sila F konstantna in sovpada s smerjo gibanja telesa.

Če smer sile sovpada s smerjo gibanja telesa, potem ta sila opravi pozitivno delo.

Če se telo premika v smeri, ki je nasprotna smeri uporabljene sile, na primer sile drsnega trenja, potem ta sila opravi negativno delo.

Če je smer sile, ki deluje na telo, pravokotna na smer gibanja, potem ta sila ne dela, delo je nič:

Ko govorimo o mehanskem delu, ga bomo v prihodnje na kratko imenovali z eno besedo - delo.

Primer. Izračunaj opravljeno delo pri dvigu granitne plošče s prostornino 0,5 m3 na višino 20 m, gostota granita pa je 2500 kg/m3.

dano:

ρ = 2500 kg/m3

rešitev:

kjer je F sila, ki jo je treba uporabiti za enakomeren dvig plošče. Ta sila je po modulu enaka sili Fstrand, ki deluje na ploščo, tj. F = Fstrand. Silo težnosti lahko določimo z maso plošče: Fteža = gm. Izračunajmo maso plošče, če poznamo njen volumen in gostoto granita: m = ρV; s = h, tj. pot je enaka višini dviga.

Torej, 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.

Odgovori: A = 245 kJ.

Ročice.Moč.Energija

Različni motorji zahtevajo različne čase za dokončanje istega dela. Na primer, žerjav na gradbišču v nekaj minutah dvigne na stotine opek v zgornje nadstropje stavbe. Če bi te opeke premikal delavec, bi za to potreboval več ur. Še en primer. Konj zorje hektar zemlje v 10-12 urah, traktor z večlamežnikom ( lemež- del pluga, ki reže plast zemlje od spodaj in jo prenaša na deponijo; več plugov - veliko lemežev), bo to delo opravljeno v 40-50 minutah.

Jasno je, da žerjav opravi enako delo hitreje kot delavec, traktor pa enako delo hitreje kot konj. Hitrost dela je označena s posebno količino, imenovano moč.

Moč je enaka razmerju med delom in časom, v katerem je bilo opravljeno.

Če želite izračunati moč, morate delo deliti s časom, v katerem je bilo to delo opravljeno. moč = delo/čas.

Kje N- moč, A- Služba, t- čas opravljenega dela.

Moč je konstantna količina, ko je vsako sekundo opravljeno isto delo; v drugih primerih je razmerje A/t določa povprečno moč:

N povprečje = A/t . Enota za moč je moč, pri kateri je J delo opravljeno v 1 s.

Ta enota se imenuje vat ( W) v čast drugemu angleškemu znanstveniku Wattu.

1 vat = 1 joul/1 sekunda, oz 1 W = 1 J/s.

Watt (džul na sekundo) - W (1 J/s).

Večje enote moči se pogosto uporabljajo v tehnologiji - kilovat (kW), megavat (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

Primer. Poiščite moč vodnega toka, ki teče skozi jez, če je višina vodnega padca 25 m in njegov pretok 120 m3 na minuto.

dano:

ρ = 1000 kg/m3

rešitev:

Masa padajoče vode: m = ρV,

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

Gravitacija, ki deluje na vodo:

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

Opravljeno delo s pretokom na minuto:

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

Moč pretoka: N = A/t,

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

Odgovori: N = 0,5 MW.

Različni motorji imajo moči od stotink in desetink kilovata (motor električnega brivnika, šivalnega stroja) do več sto tisoč kilovatov (vodne in parne turbine).

Tabela 5.

Moč nekaterih motorjev, kW.

Vsak motor ima tablico (potni list motorja), na kateri so navedeni nekateri podatki o motorju, vključno z njegovo močjo.

Človeška moč v normalnih pogojih delovanja je v povprečju 70-80 W. Pri skakanju ali teku po stopnicah lahko človek razvije moč do 730 W, v nekaterih primerih pa tudi več.

Iz formule N = A/t sledi, da

Za izračun dela je treba moč pomnožiti s časom, v katerem je bilo to delo opravljeno.

Primer. Motor sobnega ventilatorja ima moč 35 vatov. Koliko dela opravi v 10 minutah?

Zapišimo pogoje naloge in jo rešimo.

dano:

rešitev:

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

Odgovori A= 21 kJ.

Preprosti mehanizmi.

Že od nekdaj je človek uporabljal različne naprave za opravljanje mehanskega dela.

Vsi vedo, da lahko težek predmet (kamen, omaro, strojno orodje), ki ga ni mogoče premakniti z roko, premaknemo s pomočjo dovolj dolge palice - vzvoda.

Trenutno se domneva, da so s pomočjo vzvodov pred tri tisoč leti, med gradnjo piramid v starem Egiptu, premaknili težke kamnite plošče in jih dvignili v velike višine.

V mnogih primerih lahko namesto dvigovanja težkega bremena na določeno višino le-to kotalimo ali potegnemo na isto višino vzdolž nagnjene ravnine ali dvignemo z bloki.

Naprave, ki se uporabljajo za pretvorbo sile, se imenujejo mehanizmi .

Preprosti mehanizmi vključujejo: vzvode in njihove sorte - blok, vrata; nagnjena ravnina in njene sorte - klin, vijak. V večini primerov se za pridobitev moči, torej za večkratno povečanje sile, ki deluje na telo, uporabljajo preprosti mehanizmi.

Enostavne mehanizme najdemo tako v gospodinjstvu kot v vseh zapletenih industrijskih in industrijskih strojih, ki režejo, zvijajo in vtiskajo velike jeklene pločevine ali vlečejo najfinejše niti, iz katerih se nato izdelujejo tkanine. Enake mehanizme najdemo v sodobnih kompleksnih avtomatih, tiskarskih in števnih strojih.

Ročica vzvoda. Ravnovesje sil na vzvodu.

Razmislimo o najpreprostejšem in najpogostejšem mehanizmu - ročici.

Ročica je togo telo, ki se lahko vrti okoli nepremične opore.

Slike prikazujejo, kako delavec uporablja lomilko kot vzvod za dvigovanje bremena. V prvem primeru delavec s silo F pritisne na konec palice B, v drugem - dvigne konec B.

Delavec mora premagati težo bremena p- sila, usmerjena navpično navzdol. Da bi to naredil, obrne lomilko okoli osi, ki poteka skozi edino nepremično točka preloma je točka njegove opore O. Sila F s katero delavec deluje na vzvod je manjša sila p, tako delavec prejme pridobiti na moči. Z vzvodom lahko dvignete tako težko breme, da ga sami ne morete dvigniti.

Slika prikazuje ročico, katere os vrtenja je O(oporišče) se nahaja med točkama delovanja sil A in IN. Druga slika prikazuje diagram tega vzvoda. Obe sili F 1 in F 2, ki delujejo na vzvod, so usmerjeni v eno smer.

Najkrajšo razdaljo med oporiščem in premico, po kateri sila deluje na vzvod, imenujemo krak sile.

Dolžina te navpičnice bo krak te sile. Slika to prikazuje OA- moč ramen F 1; OB- moč ramen F 2. Sile, ki delujejo na vzvod, ga lahko vrtijo okoli svoje osi v dveh smereh: v smeri urinega kazalca ali nasprotni smeri urinega kazalca. Da, moč F 1 vrti ročico v smeri urinega kazalca, sila F 2 vrti v nasprotni smeri urinega kazalca.

Pogoj, pod katerim je vzvod v ravnovesju pod vplivom sil, ki delujejo nanj, je mogoče ugotoviti eksperimentalno. Ne smemo pozabiti, da rezultat delovanja sile ni odvisen le od njene numerične vrednosti (modula), ampak tudi od točke, v kateri deluje na telo, ali kako je usmerjena.

Različne uteži so obešene na vzvod (glej sliko) na obeh straneh oporne točke, tako da vzvod vsakič ostane v ravnovesju. Sile, ki delujejo na vzvod, so enake uteži teh bremen. Za vsak primer se izmerijo moduli sile in njihova ramena. Iz izkušenj, prikazanih na sliki 154, je jasno, da sila 2 N uravnava silo 4 N. V tem primeru je, kot je razvidno iz slike, ramena manjše moči 2-krat večja od ramena večje moči.

Na podlagi takšnih poskusov je bil ugotovljen pogoj (pravilo) ravnotežja vzvoda.

Vzvod je v ravnovesju, ko so sile, ki delujejo nanj, obratno sorazmerne z kraki teh sil.

To pravilo lahko zapišemo kot formulo:

F 1/F 2 = l 2/ l 1 ,

Kje F 1in F 2 - sile, ki delujejo na vzvod, l 1in l 2 , - ramena teh sil (glej sliko).

Pravilo ravnovesja vzvoda je vzpostavil Arhimed okoli 287 - 212. pr. n. št e. (toda v zadnjem odstavku je bilo rečeno, da so vzvode uporabljali Egipčani? Ali pa ima beseda "ustanovljen" tukaj pomembno vlogo?)

Iz tega pravila sledi, da lahko z manjšo silo uravnotežimo večjo silo z vzvodom. Naj bo en krak vzvoda 3-krat večji od drugega (glej sliko). Nato lahko z uporabo sile, na primer 400 N v točki B, dvignete kamen, ki tehta 1200 N. Če želite dvigniti še težje breme, morate povečati dolžino roke vzvoda, na katerega deluje delavec.

Primer. Delavec z vzvodom dvigne ploščo, ki tehta 240 kg (glej sliko 149). S kakšno silo deluje na večji krak vzvoda 2,4 m, če je manjši krak 0,6 m?

Zapišimo pogoje naloge in jo rešimo.

dano:

rešitev:

V skladu s pravilom ravnotežja vzvoda je F1/F2 = l2/l1, od koder je F1 = F2 l2/l1, kjer je F2 = P teža kamna. Teža kamna asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Potem je F1 = 2400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Odgovori: F1 = 600 N.

V našem primeru delavec premaga silo 2400 N, pri čemer na vzvod deluje sila 600 N. Toda v tem primeru je roka, na katero deluje delavec, 4-krat daljša od tiste, na katero deluje teža kamna. ( l 1 : l 2 = 2,4 m : 0,6 m = 4).

Z uporabo pravila vzvoda lahko manjša sila uravnoteži večjo silo. V tem primeru mora biti rama manjše sile daljša od rame večje moči.

Trenutek moči.

Pravilo ravnotežja vzvoda že poznate:

F 1 / F 2 = l 2 / l 1 ,

Z uporabo lastnosti sorazmerja (zmnožek njegovih skrajnih členov je enak zmnožku srednjih) ga zapišemo v tej obliki:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Na levi strani enačbe je produkt sile F 1 na njeni rami l 1, na desni pa produkt sile F 2 na njeni rami l 2 .

Produkt modula sile, ki vrti telo in njegovo ramo, se imenuje moment sile; označena je s črko M. To pomeni

Ročica je v ravnovesju pod delovanjem dveh sil, če je moment sile, ki jo vrti v smeri urinega kazalca, enak momentu sile, ki jo vrti v nasprotni smeri urinega kazalca.

To pravilo se imenuje pravilo trenutkov , lahko zapišemo kot formulo:

M1 = M2

Dejansko so bile v poskusu, ki smo ga upoštevali (§ 56), delujoče sile enake 2 N in 4 N, njihova ramena so znašala 4 oziroma 2 pritiska vzvoda, tj. momenti teh sil so enaki, ko je vzvod v ravnovesju .

Moment sile, tako kot vsako fizikalno količino, je mogoče izmeriti. Za enoto momenta sile vzamemo moment sile 1 N, katerega krak je natanko 1 m.

Ta enota se imenuje newton meter (N m).

Moment sile označuje delovanje sile in kaže, da je istočasno odvisen od modula sile in njenega vzvoda. Dejansko že vemo, na primer, da je delovanje sile na vrata odvisno od velikosti sile in od tega, kje je sila uporabljena. Lažje kot je obračanje vrat, dlje od osi vrtenja deluje sila, ki deluje na njih. Matico je bolje odviti z dolgim ​​ključem kot s kratkim. Lažje je dvigniti vedro iz vodnjaka, daljši je ročaj vrat itd.

Vzvodi v tehniki, vsakdanjem življenju in naravi.

Pravilo vzvoda (ali pravilo trenutkov) je podlaga za delovanje različnih vrst orodij in naprav, ki se uporabljajo v tehnologiji in vsakdanjem življenju, kjer je potrebno povečanje moči ali potovanja.

Pri delu s škarjami imamo pridobitev na moči. Škarje - to je vzvod(slika), katere os vrtenja poteka skozi vijak, ki povezuje obe polovici škarij. Delujoča sila F 1 je mišična moč roke osebe, ki drži škarje. Protisila F 2 je sila upora materiala, ki ga režemo s škarjami. Glede na namen škarij se njihova zasnova razlikuje. Pisarniške škarje, namenjene rezanju papirja, imajo dolga rezila in ročaje, ki so skoraj enake dolžine. Rezanje papirja ne zahteva veliko sile, dolgo rezilo pa olajša rezanje v ravni črti. Škarje za rezanje pločevine (slika) imajo ročaje veliko daljše od rezil, saj je sila upora kovine velika in je za njeno uravnoteženje potrebno krak delujoče sile znatno povečati. Še večja je razlika med dolžino ročajev in oddaljenostjo rezalnega dela od osi vrtenja rezila za žice(Sl.), namenjen za rezanje žice.

Številni stroji imajo različne vrste vzvodov. Ročaj šivalnega stroja, pedala ali ročna zavora kolesa, pedala avtomobila in traktorja ter tipke klavirja so primeri vzvodov, ki se uporabljajo v teh strojih in orodjih.

Primeri uporabe vzvodov so ročaji primežev in delovnih miz, vzvod vrtalnega stroja itd.

Delovanje vzvodnih tehtnic temelji na principu vzvoda (slika). Lestvice usposabljanja, prikazane na sliki 48 (str. 42), delujejo kot enakokraki vzvod . IN decimalne lestvice Rama, na katero je obešena skodelica z utežmi, je 10-krat daljša od rame, ki nosi breme. Tako je veliko lažje tehtati velike tovore. Pri tehtanju tovora na decimalni tehtnici morate maso uteži pomnožiti z 10.

Naprava tehtnic za tehtanje tovornih vagonov avtomobilov temelji tudi na pravilu vzvoda.

Vzvode najdemo tudi v različnih delih telesa živali in ljudi. To so na primer roke, noge, čeljusti. Veliko vzvodov najdemo v telesu žuželk (če preberemo knjigo o žuželkah in zgradbi njihovih teles), ptic in v zgradbi rastlin.

Uporaba zakona o ravnotežju vzvoda na klado.

Blokiraj Je kolo z utorom, nameščeno v držalo. Skozi utor bloka se napelje vrv, kabel ali veriga.

Fiksni blok To se imenuje blok, katerega os je fiksna in se pri dvigovanju bremen ne dvigne ali spusti (slika).

Fiksni blok lahko obravnavamo kot enakokraki vzvod, v katerem so kraki sil enaki polmeru kolesa (slika): OA = OB = r. Takšen blok ne zagotavlja povečanja moči. ( F 1 = F 2), vendar vam omogoča spreminjanje smeri sile. Premični blok - to je blok. katere os se dviga in spušča skupaj z obremenitvijo (slika). Slika prikazuje ustrezen vzvod: O- oporna točka vzvoda, OA- moč ramen R in OB- moč ramen F. Od rame OB 2-krat ramo OA, nato moč F 2-krat manjša sila R:

F = P/2 .

torej premični blok daje 2-kratno povečanje moči .

To lahko dokažemo s konceptom momenta sile. Ko je blok v ravnovesju, momenti sil F in R enaki drug drugemu. Ampak ramo moči F 2-kratni finančni vzvod R, in s tem tudi moč sama F 2-krat manjša sila R.

Običajno se v praksi uporablja kombinacija fiksnega in premičnega bloka (slika). Fiksni blok se uporablja samo za udobje. Ne poveča moči, spremeni pa smer sile. Na primer, omogoča dvigovanje bremena, medtem ko stojite na tleh. To pride prav mnogim ljudem ali delavcem. Vendar daje povečanje moči 2-krat večje kot običajno!

Enakopravnost dela pri uporabi preprostih mehanizmov. "Zlato pravilo" mehanike.

Preprosti mehanizmi, ki smo jih obravnavali, se uporabljajo pri opravljanju dela v primerih, ko je potrebno uravnotežiti drugo silo z delovanjem ene sile.

Seveda se postavlja vprašanje: ali preprosti mehanizmi ne dajejo dobička v delu, čeprav dajejo dobiček v moči ali poti? Odgovor na to vprašanje je mogoče dobiti iz izkušenj.

Z uravnoteženjem dveh različno velikih sil na vzvodu F 1 in F 2 (slika), premaknite ročico. Izkazalo se je, da je hkrati točka uporabe manjše sile F 2 gre dlje s 2, in točka uporabe večje sile F 1 - krajša pot s 1. Po meritvah teh poti in modulov sil ugotovimo, da so poti, ki jih prečkajo točke uporabe sil na vzvodu, obratno sorazmerne s silami:

s 1 / s 2 = F 2 / F 1.

Tako z delovanjem na dolg krak vzvoda pridobimo na moči, a hkrati za enako količino izgubimo na poti.

Produkt sile F na poti s delo je. Naši poskusi kažejo, da je delo, ki ga opravijo sile, ki delujejo na vzvod, med seboj enako:

F 1 s 1 = F 2 s 2, tj. A 1 = A 2.

Torej, Pri uporabi finančnega vzvoda ne boste mogli zmagati pri delu.

Z uporabo finančnega vzvoda lahko pridobimo moč ali razdaljo. S silo na kratki krak vzvoda pridobimo na razdalji, vendar za enako količino izgubimo na moči.

Obstaja legenda, da je Arhimed, navdušen nad odkritjem pravila vzvoda, vzkliknil: "Daj mi oporno točko in obrnil bom Zemljo!"

Seveda Arhimed ne bi bil kos takšni nalogi, tudi če bi dobil oporno točko (ki bi morala biti zunaj Zemlje) in vzvod zahtevane dolžine.

Da bi zemljo dvignili samo za 1 cm, bi morala dolga roka vzvoda opisati lok ogromne dolžine. Za premikanje dolgega konca vzvoda po tej poti, na primer s hitrostjo 1 m/s, bi potrebovali milijone let!

Stacionarni blok ne daje nobenega dobička pri delu, kar je enostavno eksperimentalno preveriti (glej sliko). Poti, ki jih prečkajo točke delovanja sil F in F, so enake, sile so enake, kar pomeni, da je delo enako.

Opravljeno delo lahko merite in primerjate s pomočjo gibljivega bloka. Da bi dvignili tovor na višino h s pomočjo premičnega bloka, je treba premakniti konec vrvi, na katero je pritrjen dinamometer, kot kažejo izkušnje (slika), na višino 2h.

torej dobijo 2-kratno povečanje moči, izgubijo 2-krat na poti, zato premični blok ne daje povečanja pri delu.

Večstoletna praksa je to pokazala Noben mehanizem ne poveča učinkovitosti. Uporabljajo različne mehanizme, da zmagajo v moči ali v potovanju, odvisno od delovnih pogojev.

Že stari znanstveniki so poznali pravilo, ki velja za vse mehanizme: ne glede na to, kolikokrat zmagamo v moči, enako tolikokrat izgubimo v razdalji. To pravilo se imenuje "zlato pravilo" mehanike.

Učinkovitost mehanizma.

Pri obravnavi zasnove in delovanja ročice nismo upoštevali trenja, kakor tudi teže ročice. v teh idealnih pogojih je delo, ki ga opravi uporabljena sila (to delo bomo imenovali poln), je enako uporaben delo pri dvigovanju bremen ali premagovanju morebitnega upora.

V praksi je celotno delo, ki ga opravi mehanizem, vedno nekoliko večje od koristnega dela.

Del dela se opravi proti sili trenja v mehanizmu in s premikanjem njegovih posameznih delov. Torej, ko uporabljate premični blok, morate dodatno opraviti delo, da dvignete sam blok, vrv in določite silo trenja v osi bloka.

Kateri koli mehanizem vzamemo, koristno delo, opravljeno z njegovo pomočjo, vedno predstavlja le del celotnega dela. To pomeni, če koristno delo označimo s črko Ap, skupno (porabljeno) delo s črko Az, lahko zapišemo:

Gor< Аз или Ап / Аз < 1.

Razmerje med koristnim delom in celotnim delom imenujemo izkoristek mehanizma.

Faktor učinkovitosti se skrajšano imenuje učinkovitost.

Učinkovitost = Ap / Az.

Učinkovitost je običajno izražena v odstotkih in je označena z grško črko η, ki se bere kot "eta":

η = Ap / Az · 100 %.

Primer: Breme, ki tehta 100 kg, je obešeno na kratkem kraku vzvoda. Da bi ga dvignili, se na dolgi krak dvigne sila 250 N. Točka delovanja pade na višino h2 = 0,4 m učinkovitost vzvoda.

Zapišimo pogoje naloge in jo rešimo.

dano :

rešitev :

η = Ap / Az · 100 %.

Skupno (porabljeno) delo Az = Fh2.

Koristno delo 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 %.

Odgovori : η = 80 %.

A "zlato pravilo" velja tudi v tem primeru. Del koristnega dela - 20% - se porabi za premagovanje trenja v osi vzvoda in zračnega upora ter za premikanje samega vzvoda.

Učinkovitost katerega koli mehanizma je vedno manjša od 100%. Pri načrtovanju mehanizmov si ljudje prizadevajo povečati njihovo učinkovitost. Da bi to dosegli, se zmanjšata trenje v oseh mehanizmov in njihova teža.

Energija.

V tovarnah in tovarnah stroje in stroje poganjajo elektromotorji, ki porabljajo električno energijo (od tod tudi ime).