U mehanici se razlikuju dvije vrste energije: kinetička i potencijalna. Kinetička energija oni nazivaju mehaničkom energijom bilo kojeg tijela koje se slobodno kreće i mjere je radom koji bi tijelo moglo izvršiti za vrijeme svog usporavanja do potpunog zaustavljanja.

Pusti telo V kretanje brzinom počinje u interakciji s drugim tijelom WITH a istovremeno je inhibirana. Otuda telo V deluje na telo WITH uz određenu silu i na elementarnom dijelu putanje ds obavlja rad

Prema trećem Newtonovom zakonu o tijelu V istovremeno djeluje sila čija tangencijalna komponenta uzrokuje promjenu brojčane vrijednosti brzine tijela. Prema drugom Newtonovom zakonu

dakle,

Rad koji izvrši tijelo dok se potpuno ne zaustavi jednak je:

Dakle, kinetička energija translacijskog tijela jednaka je polovini umnoška mase ovog tijela na kvadrat njegove brzine:

Iz formule (3.7) se može vidjeti da kinetička energija tijela ne bi trebala biti negativna ().

Ako se sistem sastoji od n tijela koja se kreću, a da bi se to zaustavilo, izuzetno je važno usporiti svako od ovih tijela. Iz tog razloga, ukupna kinetička energija mehaničkog sistema jednaka je zbiru kinetičkih energija svih tijela uključenih u njega:

Iz formule (3.8) se vidi da E k ovisi samo o veličini masa i brzinama kretanja tijela koja su u njoj uključena. U ovom slučaju nije bitno kako je tijelo s masom m i dobio brzinu. Drugim riječima, kinetička energija sistema je funkcija stanja njegovog kretanja.

Brzine značajno zavise od izbora referentnog okvira. Prilikom izvođenja formula (3.7) i (3.8) pretpostavljeno je da se kretanje razmatra u inercijalnom referentnom okviru jer inače bi bilo nemoguće koristiti Newtonove zakone. U ovom slučaju, u različitim inercijskim referentnim okvirima koji se kreću jedan u odnosu na drugi, brzina i-to telo sistema, a samim tim i njegova i kinetička energija čitavog sistema biće nejednake. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, kinetička energija sistema zavisi od izbora referentnog sistema ᴛ.ᴇ. je vrijednost relativno.

Potencijalna energija - ϶ᴛᴏ mehanička energija sistema tijela, determinisane njihovim međusobnim rasporedom i prirodom sila međudjelovanja među njima.

Numerički, potencijalna energija sistema u njegovom datom položaju jednaka je radu koji će izvršiti sile koje deluju na sistem kada se sistem pomeri iz ovog položaja do mesta gde se potencijalna energija konvencionalno pretpostavlja da je nula ( E n= 0). Koncept "potencijalne energije" postoji samo za konzervativne sisteme, ᴛ.ᴇ. sistema u kojima rad delujućih sila zavisi samo od početnog i konačnog položaja sistema. Dakle, za vaganje tereta P podignuta na visinu h, potencijalna energija će biti jednaka ( E n= 0 for h= 0); za opterećenje pričvršćeno na oprugu, gdje je izduženje (kompresija) opruge, k- njegov koeficijent krutosti ( E n= 0 for l= 0); za dve čestice sa masama m 1 i m 2 privlačenje prema zakonu gravitacije cijelog svijeta, gdje γ - gravitaciona konstanta, r Je li udaljenost između čestica ( E n= 0 za).

Razmotrimo potencijalnu energiju Zemlje - tijela sa masom m podignuta na visinu h iznad površine Zemlje. Smanjenje potencijalna energija takav sistem se mjeri radom sila gravitacije, koji se vrši prilikom slobodnog pada tijela na Zemlju. Ako tijelo padne okomito, onda

gdje je E no potencijalna energija sistema na h= 0 (znak ʼʼ-ʼʼ pokazuje da je rad obavljen zbog gubitka potencijalne energije).

Ako isto tijelo pada duž nagnute ravni s dužinom l i sa uglom nagiba prema vertikali (, tada je rad gravitacionih sila jednak prethodnoj vrednosti - e:

Ako se, konačno, tijelo kreće po proizvoljnoj krivolinijskoj putanji, onda se može zamisliti ova krivulja koja se sastoji od n mali ravni delovi. Rad gravitacione sile na svakom od ovih preseka je

Na cijeloj krivolinijskoj putanji, rad gravitacijskih sila je očito jednak:

Dakle, rad sila gravitacije zavisi samo od razlike u visinama početne i krajnje tačke puta.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, tijelo u potencijalnom (konzervativnom) polju sila ima potencijalnu energiju. Sa beskonačno malom promjenom konfiguracije sistema, rad konzervativnih sila jednak je prirastu potencijalne energije, uzetoj sa predznakom minus, budući da se rad obavlja zbog smanjenja potencijalne energije:

Zauzvrat, posao dA se izražava kao skalarni proizvod sile i pomaka, s tim u vezi, zadnji izraz se može napisati na sljedeći način: W sistema je jednak zbiru njegove kinetičke i potencijalne energije:

Iz definicije potencijalne energije sistema i razmatranih primjera može se vidjeti da je ta energija, kao i kinetička energija, funkcija stanja sistema: zavisi samo od konfiguracije sistema i njegovog položaja u odnos prema spoljnim telima. Dakle, ukupna mehanička energija sistema je takođe funkcija stanja sistema, ᴛ.ᴇ. zavisi samo od položaja i brzina svih tela u sistemu.

Ako tijelo može obavljati mehanički rad, onda ima mehanička energija E(J). Ili, ako vanjska sila djeluje, djelujući na tijelo, njegova energija se mijenja.

Postoje dvije vrste mehaničke energije: kinetička i potencijalna.

Kinetička energija - energija pokretnih tela:

gdje v(m / s) - modul brzine, m - masa tijela.

Potencijalna energija- energija tijela u interakciji.

Primjeri potencijalne energije u mehanici.

Telo je podignuto od tla: E = mgh

gdje je h visina određena od nulte razine (ili od donje tačke putanje). Oblik staze nije važan, bitna je samo početna i krajnja visina.

Elastično deformisano telo. Deformacija određena iz položaja nedeformisanog tijela (opruga, gajtan, itd.).

Potencijalna energija elastičnih tijela: , gdje je k krutost opruge; x je njegova deformacija.

Energija se može prenositi s jednog tijela na drugo, kao i transformirati iz jedne vrste u drugu.

- Puna mehanička energija.

Zakon o očuvanju energije: v zatvoreno kompletan sistem tela energija se ne menja za bilo kakve interakcije unutar ovog sistema tijela.

Zbir kinetičke i potencijalne energije tijela koja čine zatvoreni sistem i međusobno djeluju putem gravitacijskih sila i sila elastičnosti ostaje nepromijenjen.

2. Transformer. Princip rada. Uređaj. Omjer transformacije. Prijenos električne energije.
AC konverzija, u kojoj se napon povećava ili smanjuje nekoliko puta sa praktički ne gubitak snage se vrši pomoću transformatora.

Transformer- uređaj koji se koristi za povećanje ili smanjenje napona naizmjenične struje.

Prvi transformatori korišćeni su 1878. Ruski naučnik PN Yablochkov za napajanje "električnih svijeća" koje je izumio - novi izvor svjetlosti u to vrijeme.

Najjednostavniji transformator se sastoji od dva namotaja. Namotana na uobičajeno čelično jezgro. Jedan kalem se povezuje na izvor varijabla voltaža. Ova zavojnica se zove primarni namotaja), i iz drugog namotaja (tzv sekundarno namotaja) uklonite naizmjenični napon za njegov daljnji prijenos.

Izmjenična struja u primarnom namotu stvara naizmjenično magnetsko polje. Zahvaljujući čeličnoj jezgri, sekundarni namotaj, namotan na istu jezgru, prodire gotovo isto varijabla polje kao primarno.

Od svih petlje prožet sa isti promjenjivi magnetni fluks, zbog fenomena elektromagnetne indukcije u svaka petlja generisano isti napon... Stoga je omjer napona 𝑈 1 i 𝑈 2 primarnog i sekundarnog namota jednak omjeru broja zavoja u njima:

Promjena napona transformatora karakterizira omjer transformacije

Omjer transformacije - vrijednost jednaka omjeru napona u primarnom i sekundarnom namotu transformatora:

Raising transformator - transformator koji povećava napon (U step-up transformatoru, broj zavoja u sekundarnom namotu mora biti veći od broja zavoja u primarnom namotu, tj.<1.

Dolje transformator - transformator koji smanjuje napon (U opadajućem transformatoru, broj zavoja u sekundarnom namotu mora biti manji od broja zavoja u primarnom namotu, tj. k> 1.

Broadcast električna energija od elektrana do velikih gradova ili industrijskih centara na udaljenosti hiljadama kilometara složen je naučno-tehnički problem. Da bi se smanjili gubici grijanja žica, potrebno je smanjiti struju u dalekovodu, a samim tim i povećati napon. Obično se dalekovodi grade za napon od 400-500 kV, dok vodovi koriste trofaznu struju frekvencije 50 Hz.

Ulaznica broj 12

Pascalov zakon. Arhimedov zakon. Uslovi za kupanje tel.

Formulacija Pascalovog zakona

Pritisak koji se primenjuje na tečnost ili gas prenosi se na bilo koju tačku isto u svim pravcima. Ova izjava se objašnjava pokretljivošću čestica tečnosti i gasova u svim pravcima.

Na osnovu Pascalovog zakona hidrostatike rade različiti hidraulički uređaji: kočioni sistemi, prese itd.

Arhimedov zakon- ovo je zakon statike tečnosti i gasova, prema kojem na telo uronjeno u tečnost (ili gas) deluje sila uzgona (Arhimedova sila), jednaka težini tečnosti (ili gasa) istisnutog ovim tijelo.

F A = ​​ρgV,
gdje ρ - gustina tečnosti (gasa),
g - ubrzanje gravitacije,
V - zapremina potopljenog tela (ili zapremina onog dela tela koji je potopljen u tečnost (ili gas)).

Arhimedova sila je usmerena uvek suprotno gravitaciji... Jednaka je nuli ako je tijelo uronjeno u tečnost gusto, a cijela baza pritisnuta na dno.
Treba to zapamtiti u stanju nulte gravitacije, Arhimedov zakon ne funkcioniše.

Pogledajte: lopta koja se kotrlja niz stazu obara igle i one lete u stranu. Ventilator koji je upravo isključen nastavlja da se okreće neko vreme, stvarajući protok vazduha. Da li ova tijela imaju energiju?

Napomena: lopta i ventilator obavljaju mehanički rad, što znači da imaju energiju. Imaju energiju jer se kreću. Energija kretanja tijela u fizici se naziva kinetička energija (od grčkog "kinema" - kretanje).

Kinetička energija ovisi o masi tijela i brzini njegovog kretanja (kretanja u prostoru ili rotacije). Na primjer, što je veća masa loptice, to će više energije prenijeti na igle nakon udara, to će one dalje odletjeti. Na primjer, što je veća brzina rotacije lopatica, to će ventilator dalje pomicati protok zraka.

Kinetička energija istog tijela može biti različita sa stanovišta različitih posmatrača. Na primjer, sa naše tačke gledišta kao čitalaca ove knjige, kinetička energija panja na putu je nula, jer se panj ne pomiče. Međutim, u odnosu na biciklistu, panj ima kinetičku energiju, jer se brzo približava, a u sudaru će obaviti vrlo neugodan mehanički rad - savijati dijelove bicikla.

Energija koju tijela ili dijelovi jednog tijela posjeduju jer su u interakciji s drugim tijelima (ili dijelovima tijela) naziva se u fizici potencijalna energija (od latinskog "potencijal" - snaga).

Pozovimo se na sliku. Prilikom izrona, lopta može obavljati mehanički rad, na primjer, gurnuti naš dlan iz vode na površinu. Uteg postavljen na određenu visinu može obaviti posao - razbiti orah. Nategnuta tetiva luka može izbaciti strijelu. dakle, razmatrana tela imaju potencijalnu energiju, jer su u interakciji sa drugim telima (ili delovima tela). Na primjer, lopta stupa u interakciju s vodom - Arhimedova sila je gura na površinu. Težina je u interakciji sa Zemljom - sila gravitacije vuče težinu nadole. Tetiva je u interakciji s drugim dijelovima luka - povlači se elastičnom silom zakrivljene osovine luka.

Potencijalna energija tijela ovisi o sili interakcije između tijela (ili dijelova tijela) i udaljenosti između njih. Na primjer, što je veća Arhimedova sila i što je lopta dublje uronjena u vodu, to je veća sila gravitacije i što je težina dalje od Zemlje, veća je elastična sila i što se tetiva više povlači, to je veća potencijalne energije tijela: lopta, girja, luk (respektivno).

Potencijalna energija jednog istog tijela može biti različita u odnosu na različita tijela. Pogledajte sliku. Kada težina padne na svaki orah, otkrit će se da će fragmenti drugog oraha letjeti mnogo dalje od fragmenata prvog. Dakle, u odnosu na orah 1, težina ima manju potencijalnu energiju nego u odnosu na orah 2. Važno: za razliku od kinetička energija, potencijalna energija ne zavisi od položaja i kretanja posmatrača, već zavisi od našeg izbora „nulte razine“ energije.

Svrha ovog članka je da otkrije suštinu pojma "mehanička energija". Fizika uveliko koristi ovaj koncept i praktično i teoretski.

Rad i energija

Mehanički rad se može odrediti ako su poznati sila koja djeluje na tijelo i kretanje tijela. Postoji još jedan način izračunavanja mehaničkog rada. Razmotrimo primjer:

Na slici je prikazano tijelo koje može biti u različitim mehaničkim stanjima (I i II). Proces prelaska tela iz stanja I u stanje II karakteriše mehanički rad, odnosno pri prelasku iz stanja I u stanje II telo može da obavlja rad. Tokom izvođenja rada mehaničko stanje tijela se mijenja, a mehaničko stanje se može okarakterisati jednom fizičkom veličinom – energijom.

Energija je skalarna fizička veličina svih oblika kretanja materije i varijanti njihove interakcije.

Šta je mehanička energija

Mehanička energija je skalarna fizička veličina koja određuje sposobnost tijela da obavlja rad.

A = ∆E

Pošto je energija karakteristika stanja sistema u određenom trenutku, rad je karakteristika procesa promene stanja sistema.

Energija i rad imaju iste mjerne jedinice: [A] = [E] = 1 J.

Vrste mehaničke energije

Mehanička slobodna energija dijeli se na dvije vrste: kinetičku i potencijalnu.

Kinetička energija je mehanička energija tijela, koja je određena brzinom njegovog kretanja.

E k = 1 / 2mv 2

Kinetička energija je svojstvena pokretnim tijelima. Kada zaustave, obavljaju mehanički rad.

U različitim referentnim okvirima, brzine istog tijela u proizvoljnom trenutku mogu biti različite. Stoga je kinetička energija relativna vrijednost, određena je izborom referentnog okvira.

Ako sila (ili više sila u isto vrijeme) djeluje na tijelo tokom kretanja, kinetička energija tijela se mijenja: tijelo ubrzava ili staje. U ovom slučaju, rad sile ili rad rezultante svih sila koje se primjenjuju na tijelo bit će jednak razlici kinetičkih energija:

A = E k1 - E k 2 = ∆E k

Ova izjava i formula su dobili ime - teorema kinetičke energije.

Potencijalna energija odnose se na energiju uzrokovanu interakcijom između tijela.

Prilikom pada tjelesne težine m sa visokog h gravitacija radi svoj posao. Budući da su rad i promjena energije povezani jednadžbom, možete napisati formulu za potencijalnu energiju tijela u gravitacijskom polju:

E p = mgh

Za razliku od kinetičke energije E k potencijal E str može biti negativan kada h<0 (na primjer, tijelo koje leži na dnu bunara).

Druga vrsta mehaničke potencijalne energije je energija deformacije. Komprimirano na daljinu x opruga sa krutošću k ima potencijalnu energiju (deformacionu energiju):

E p = 1/2 kx 2

Energija deformacije našla je široku primjenu u praksi (igračke), u tehnici - automatima, relejima i dr.

E = E p + E k

Potpuna mehanička energija tijela se nazivaju zbir energija: kinetičke i potencijalne.

Zakon o očuvanju mehaničke energije

Neki od najtačnijih eksperimenata koje su sredinom 19. stoljeća izveli engleski fizičar Joule i njemački fizičar Mayer pokazali su da količina energije u zatvorenim sistemima ostaje nepromijenjena. Prelazi samo s jednog tijela na drugo. Ove studije su pomogle u otkrivanju zakon očuvanja energije:

Ukupna mehanička energija izolovanog sistema tijela ostaje konstantna za bilo koju interakciju tijela jedno s drugim.

Za razliku od impulsa, koji nema ekvivalentan oblik, energija ima mnogo oblika: mehaničku, toplotnu, energiju molekularnog kretanja, električnu energiju sa silama interakcije naelektrisanja i druge. Jedan oblik energije može se transformisati u drugi, na primjer, kinetička energija se pretvara u toplinsku energiju prilikom kočenja automobila. Ako nema sila trenja, a toplina se ne stvara, onda se ukupna mehanička energija ne gubi, već ostaje konstantna u procesu kretanja ili interakcije tijela:

E = E p + E k = konst

Kada djeluje sila trenja između tijela, tada dolazi do smanjenja mehaničke energije, međutim, ni u ovom slučaju se ona ne gubi bez traga, već prelazi u toplinu (unutarnju). Ako vanjska sila vrši rad na zatvorenom sistemu, tada dolazi do povećanja mehaničke energije za količinu rada koju izvrši ova sila. Ako zatvoreni sistem obavlja rad na vanjskim tijelima, tada se mehanička energija sistema smanjuje za količinu rada koji on obavlja.
Svaka vrsta energije može se u potpunosti pretvoriti u bilo koju drugu vrstu energije.

U mehanici se razlikuju dvije vrste energije: kinetička i potencijalna. Kinetička energija oni nazivaju mehaničkom energijom bilo kojeg tijela koje se slobodno kreće i mjere je radom koji bi tijelo moglo izvršiti za vrijeme svog usporavanja do potpunog zaustavljanja.

Pusti telo V kretanje brzinom počinje u interakciji s drugim tijelom WITH a istovremeno je inhibirana. Otuda telo V deluje na telo WITH uz određenu silu i na elementarnom dijelu putanje ds obavlja rad

Prema trećem Newtonovom zakonu o tijelu V istovremeno djeluje sila čija tangencijalna komponenta uzrokuje promjenu brojčane vrijednosti brzine tijela. Prema drugom Newtonovom zakonu

dakle,

Rad koji izvrši tijelo dok se potpuno ne zaustavi jednak je:

Dakle, kinetička energija translacijskog tijela jednaka je polovini umnoška mase ovog tijela na kvadrat njegove brzine:

Iz formule (3.7) se vidi da kinetička energija tijela ne može biti negativna ().

Ako se sistem sastoji od n tijela koja se kreću, tada je za zaustavljanje potrebno kočiti svako od ovih tijela. Dakle, ukupna kinetička energija mehaničkog sistema jednaka je zbiru kinetičkih energija svih tijela uključenih u njega:

Iz formule (3.8) se vidi da E k ovisi samo o veličini masa i brzinama kretanja tijela koja su u njoj uključena. U ovom slučaju nije bitno kako je tijelo s masom m i dobio brzinu. Drugim riječima, kinetička energija sistema je funkcija stanja njegovog kretanja.

Brzine značajno zavise od izbora referentnog okvira. Prilikom izvođenja formula (3.7) i (3.8) pretpostavljeno je da se kretanje razmatra u inercijskom referentnom okviru, jer inače bi bilo nemoguće koristiti Newtonove zakone. Međutim, u različitim inercijskim referentnim sistemima koji se kreću jedan u odnosu na drugi, brzina i-to telo sistema, a samim tim i njegova i kinetička energija čitavog sistema biće nejednake. Dakle, kinetička energija sistema zavisi od izbora referentnog okvira, tj. je vrijednost relativno.

Potencijalna energija- ovo je mehanička energija sistema tijela, određena njihovim međusobnim rasporedom i prirodom sila interakcije između njih.

Numerički, potencijalna energija sistema u njegovom datom položaju jednaka je radu koji će izvršiti sile koje deluju na sistem kada se sistem pomeri iz ovog položaja do mesta gde se potencijalna energija konvencionalno pretpostavlja da je nula ( E n= 0). Koncept "potencijalne energije" se odvija samo za konzervativne sisteme, tj. sistema u kojima rad delujućih sila zavisi samo od početnog i konačnog položaja sistema. Dakle, za vaganje tereta P podignuta na visinu h, potencijalna energija će biti jednaka ( E n= 0 for h= 0); za opterećenje pričvršćeno na oprugu, gdje je izduženje (kompresija) opruge, k- njegov koeficijent krutosti ( E n= 0 for l= 0); za dve čestice sa masama m 1 i m 2 privučeni zakonom univerzalne gravitacije, gdje γ - gravitaciona konstanta, r Je li udaljenost između čestica ( E n= 0 za).

Razmotrimo potencijalnu energiju Zemlje - tijela sa masom m podignuta na visinu h iznad površine Zemlje. Smanjenje potencijalne energije takvog sistema mjeri se radom sila gravitacije, koji se vrši prilikom slobodnog pada tijela na Zemlju. Ako tijelo padne okomito, onda

gdje je E no potencijalna energija sistema na h= 0 (znak "-" označava da je rad obavljen zbog gubitka potencijalne energije).

Ako isto tijelo pada duž nagnute ravni s dužinom l i sa uglom nagiba prema vertikali (, tada je rad gravitacionih sila jednak prethodnoj vrednosti:

Ako se, konačno, tijelo kreće po proizvoljnoj krivolinijskoj putanji, onda se može zamisliti ova krivulja koja se sastoji od n mali ravni delovi. Rad gravitacione sile na svakom od ovih preseka je

Na cijeloj krivolinijskoj putanji, rad gravitacijskih sila očito je jednak:

Dakle, rad sila gravitacije zavisi samo od razlike u visinama početne i krajnje tačke puta.

Dakle, tijelo u potencijalnom (konzervativnom) polju sila ima potencijalnu energiju. Sa beskonačno malom promjenom konfiguracije sistema, rad konzervativnih sila jednak je prirastu potencijalne energije, uzetoj sa predznakom minus, budući da se rad obavlja zbog smanjenja potencijalne energije:

Zauzvrat, posao dA se izražava kao skalarni proizvod sile i pomaka, pa se zadnji izraz može napisati na sljedeći način: Ukupna mehanička energija W sistema je jednak zbiru njegove kinetičke i potencijalne energije:

Iz definicije potencijalne energije sistema i razmatranih primjera može se vidjeti da je ta energija, kao i kinetička energija, funkcija stanja sistema: zavisi samo od konfiguracije sistema i njegovog položaja u odnos prema spoljnim telima. Dakle, ukupna mehanička energija sistema je takođe funkcija stanja sistema, tj. zavisi samo od položaja i brzina svih tela u sistemu.