V mechanike sa rozlišujú dva druhy energie: kinetická a potenciálna. Kinetická energia nazývajú mechanickú energiu každého voľne sa pohybujúceho telesa a merajú ju prácou, ktorú by teleso mohlo vykonať pri svojom spomalení až do úplného zastavenia.

Nechajte telo V pohybujúci sa rýchlosťou začne interagovať s iným telom S a zároveň je inhibovaná. Preto telo V pôsobí na telo S s určitou silou a na elementárnom úseku dráhy ds vykonáva prácu

Podľa tretieho Newtonovho zákona o tele V súčasne pôsobí sila, ktorej tangenciálna zložka spôsobuje zmenu číselnej hodnoty rýchlosti telesa. Podľa druhého Newtonovho zákona

teda

Práca, ktorú telo vykoná až do úplného zastavenia, sa rovná:

Kinetická energia translačne sa pohybujúceho telesa sa teda rovná polovici súčinu hmotnosti tohto telesa druhej mocniny jeho rýchlosti:

Zo vzorca (3.7) je zrejmé, že kinetická energia telesa by nemala byť záporná ().

Ak sa systém skladá z n pohybujúcich sa telies, potom na jej zastavenie je mimoriadne dôležité každé z týchto telies spomaliť. Z tohto dôvodu sa celková kinetická energia mechanického systému rovná súčtu kinetických energií všetkých telies v ňom zahrnutých:

Zo vzorca (3.8) je zrejmé, že E k závisí len od veľkosti hmôt a rýchlosti pohybu telies v nej zahrnutých. V tomto prípade nezáleží na tom, ako telo s hmotnosťou m i nabral rýchlosť. Inými slovami, kinetická energia systému je funkciou stavu jeho pohybu.

Rýchlosti v podstate závisia od výberu referenčného rámca. Pri odvodzovaní vzorcov (3.7) a (3.8) sa predpokladalo, že pohyb sa uvažuje v inerciálnej vzťažnej sústave od r. inak by nebolo možné použiť Newtonove zákony. V tomto prípade, v rôznych inerciálnych referenčných sústavách pohybujúcich sa voči sebe navzájom, rýchlosť i-tého telesa systému a následne jeho kinetická energia a celý systém nebudú rovnaké. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, kinetická energia systému závisí od výberu referenčného systému ᴛ.ᴇ. je hodnota príbuzný.

Potenciálna energia - ϶ᴛᴏ mechanická energia sústavy telies, určené ich vzájomným usporiadaním a povahou síl vzájomného pôsobenia medzi nimi.

Číselne sa potenciálna energia systému v danej polohe rovná práci, ktorú vykonajú sily pôsobiace na systém, keď sa systém presunie z tejto polohy do polohy, kde sa potenciálna energia konvenčne považuje za nulovú ( E n= 0). Pojem „potenciálna energia“ sa uskutočňuje iba pre konzervatívne systémy, ᴛ.ᴇ. sústavy, v ktorých práca pôsobiacich síl závisí len od počiatočnej a konečnej polohy sústavy. Takže na váženie bremena P zdvihnutý do výšky h, potenciálna energia sa bude rovnať ( E n= 0 pre h= 0); pre zaťaženie pripevnené k pružine, kde je predĺženie (stlačenie) pružiny, k- jeho koeficient tuhosti ( E n= 0 pre l= 0); pre dve častice s hmotnosťou m 1 a m 2, ktoré sú priťahované zákonom celosvetovej gravitácie, kde γ - gravitačná konštanta, r Je vzdialenosť medzi časticami ( E n= 0 pre).

Zvážte potenciálnu energiu Zeme - telesa s hmotnosťou m zdvihnutý do výšky h nad povrchom Zeme. Znížiť potenciálna energia takýto systém sa meria prácou gravitačných síl, vykonanou pri voľnom páde telesa na Zem. Ak telo padá vertikálne, potom

kde E no je potenciálna energia systému pri h= 0 (znak ʼʼ-ʼʼ ukazuje, že práca je vykonaná kvôli strate potenciálnej energie).

Ak to isté teleso padá pozdĺž naklonenej roviny s dĺžkou l as uhlom sklonu k vertikále (potom sa práca gravitačných síl rovná predchádzajúcej hodnote - e:

Ak sa nakoniec teleso pohybuje po ľubovoľnej krivočiarej trajektórii, potom si možno predstaviť túto krivku pozostávajúcu z n malé rovné úseky. Práca gravitačnej sily na každej z týchto sekcií je

Na celej zakrivenej dráhe je práca gravitačných síl zjavne rovná:

Práca gravitačných síl teda závisí iba od rozdielu výšok začiatočného a koncového bodu cesty.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, teleso v potenciálnom (konzervatívnom) poli síl má potenciálnu energiu. Pri nekonečne malej zmene konfigurácie systému sa práca konzervatívnych síl rovná prírastku potenciálnej energie, ktorá sa berie so znamienkom mínus, pretože práca sa vykonáva v dôsledku poklesu potenciálnej energie:

Na druhej strane práca dA je vyjadrený ako skalárny súčin sily a posunutia, preto možno posledný výraz napísať takto: W systému sa rovná súčtu jeho kinetických a potenciálnych energií:

Z definície potenciálnej energie systému a uvažovaných príkladov je zrejmé, že táto energia, podobne ako kinetická energia, je funkciou stavu systému: závisí iba od konfigurácie systému a jeho polohy vo vzťahu na vonkajšie telá. Preto je aj celková mechanická energia systému funkciou stavu systému, ᴛ.ᴇ. závisí len od polohy a rýchlostí všetkých telies v sústave.

Ak telo dokáže vykonávať mechanickú prácu, tak áno mechanická energia E(J). Alebo ak pôsobí vonkajšia sila pôsobiaca na telo, mení sa jeho energia.

Existujú dva typy mechanickej energie: kinetická a potenciálna.

Kinetická energia - energia pohybujúcich sa telies:

kde v(m / s) - modul rýchlosti, m - hmotnosť tela.

Potenciálna energia- energia interagujúcich telies.

Príklady potenciálnej energie v mechanike.

Telo sa zdvihne zo zeme: E = mgh

kde h je výška určená z nulovej úrovne (alebo z dolného bodu trajektórie). Tvar cesty nie je dôležitý, dôležitá je iba výška začiatku a konca.

Elasticky deformované telo. Deformácia určená z polohy nedeformovaného telesa (pružina, šnúra a pod.).

Potenciálna energia elastických telies: , kde k je tuhosť pružiny; x je jeho deformácia.

Energia sa môže prenášať z jedného tela do druhého, ako aj transformovať z jedného typu na druhý.

- Plná mechanická energia.

Zákon zachovania energie: v zatvorené sústava tiel kompletná energia sa nemení pre akékoľvek interakcie v rámci tohto systému telies.

Súčet kinetickej a potenciálnej energie telies, ktoré tvoria uzavretý systém a vzájomne na seba pôsobia prostredníctvom gravitačných síl a elastických síl, zostáva nezmenený.

2. Transformátor. Princíp fungovania. Zariadenie. Transformačný pomer. Prenos elektriny.
AC konverzia, pri ktorej sa napätie niekoľkokrát zvýši alebo zníži s prakticky žiadnym strata výkonu sa vykonáva pomocou transformátorov.

Transformátor- zariadenie slúžiace na zvýšenie alebo zníženie napätia striedavého prúdu.

Prvé transformátory boli použité v roku 1878. Ruský vedec PN Yablochkov na napájanie ním vynájdených "elektrických sviečok" - v tom čase nový zdroj svetla.

Najjednoduchší transformátor pozostáva z dvoch cievok. Navinuté na spoločnom oceľovom jadre. Jedna cievka sa pripája k zdroju striedavý Napätie. Táto cievka sa nazýva primárny vinutie) a z inej cievky (tzv sekundárne vinutie) odobrať striedavé napätie pre jeho ďalší prenos.

Striedavý prúd v primárnom vinutí vytvára striedavé magnetické pole. Vďaka oceľovému jadru takmer rovnako preniká sekundárne vinutie, navinuté na tom istom jadre premenlivý pole ako primárne.

Od všetkých slučky prešpikovaný rovnaký premenlivý magnetický tok, v dôsledku javu elektromagnetickej indukcie v každá slučka generované rovnaké napätie... Preto sa pomer napätí 𝑈 1 a 𝑈 2 primárneho a sekundárneho vinutia rovná pomeru počtu závitov v nich:

Zmena napätia transformátorom charakterizuje transformačný pomer

Transformačný pomer - hodnota rovnajúca sa pomeru napätí v primárnom a sekundárnom vinutí transformátora:

Zvyšovanie transformátor - transformátor, ktorý zvyšuje napätie (Pri zvyšovacom transformátore musí byť počet závitov sekundárneho vinutia väčší ako počet závitov primárneho vinutia, t.j.<1.

Smerom nadol transformátor - transformátor, ktorý znižuje napätie (V znižovacom transformátore musí byť počet závitov v sekundárnom vinutí menší ako počet závitov v primárnom vinutí, t.j. k> 1.

Vysielanie elektrická energia od elektrární po veľké mestá či priemyselné centrá na vzdialenosti tisícok kilometrov je zložitým vedecko-technickým problémom. Na zníženie tepelných strát vodičov je potrebné znížiť prúd v prenosovom vedení, a teda zvýšiť napätie. Typicky sú elektrické vedenia stavané pre napätie 400-500 kV, pričom vedenia využívajú trojfázový prúd s frekvenciou 50 Hz.

Číslo lístka 12

Pascalov zákon. Archimedov zákon. Podmienky kúpania tel.

Formulácia Pascalovho zákona

Tlak aplikovaný na kvapalinu alebo plyn sa prenáša do akéhokoľvek bodu rovnaký vo všetkých smeroch. Toto tvrdenie sa vysvetľuje pohyblivosťou častíc kvapalín a plynov vo všetkých smeroch.

Na základe Pascalovho zákona hydrostatiky fungujú rôzne hydraulické zariadenia: brzdové systémy, lisy atď.

Archimedov zákon- toto je zákon statiky kvapalín a plynov, podľa ktorého na teleso ponorené v kvapaline (alebo plyne) pôsobí vztlaková sila (Archimedova sila), ktorá sa rovná hmotnosti kvapaliny (alebo plynu) vytlačenej týmto telo.

F A = ​​​​ρgV,
kde ρ - hustota kvapaliny (plynu),
g - gravitačné zrýchlenie,
V - objem ponoreného telesa (alebo objem tej časti telesa, ktorá je ponorená v kvapaline (alebo plyne)).

Archimedova sila je riadená vždy oproti gravitácii... Rovná sa nule, ak je teleso ponorené do kvapaliny husté, s celou základňou pritlačenou na dno.
Malo by sa to pamätať v stave nulovej gravitácie Archimedov zákon nefunguje.

Pozrite sa: loptička kotúľajúca sa po ceste zrazí kolíky a tie lietajú do strán. Ventilátor, ktorý bol práve vypnutý, sa ešte nejaký čas otáča a vytvára prúd vzduchu. Majú tieto telá energiu?

Poznámka: guľa a ventilátor vykonávajú mechanickú prácu, čo znamená, že majú energiu. Majú energiu, pretože sa pohybujú. Energia pohybujúcich sa telies sa vo fyzike nazýva tzv Kinetická energia (z gréckeho „kinema“ – pohyb).

Kinetická energia závisí od hmotnosti telesa a rýchlosti jeho pohybu (pohyb v priestore alebo rotácia). Napríklad, čím väčšia je hmotnosť loptičky, tým viac energie odovzdá kolíkom pri dopade, tým ďalej odletia. Napríklad, čím vyššia je rýchlosť otáčania lopatiek, tým ďalej ventilátor posunie prúd vzduchu.

Kinetická energia jedného a toho istého telesa môže byť z pohľadu rôznych pozorovateľov rôzna. Napríklad z nášho pohľadu ako čitateľov tejto knihy je kinetická energia pňa na ceste nulová, keďže sa peň nehýbe. Vo vzťahu k cyklistovi má však pahýľ kinetickú energiu, keďže sa rýchlo približuje a pri náraze vykoná veľmi nepríjemnú mechanickú prácu - ohne časti bicykla.

Energia, ktorú majú telá alebo časti jedného tela, pretože interagujú s inými telami (alebo časťami tela), sa vo fyzike nazýva potenciálna energia (z latinského "potenciál" - sila).

Pozrime sa na obrázok. Lopta môže pri hladine vykonávať mechanickú prácu, napríklad vytláčať našu dlaň z vody na hladinu. Závažie umiestnené v určitej výške môže urobiť svoju prácu - rozlúsknuť orech. Natiahnutá tetiva luku môže vytlačiť šíp von. teda uvažované telesá majú potenciálnu energiu, pretože interagujú s inými telesami (alebo časťami tela). Napríklad loptička interaguje s vodou - Archimedova sila ju vytlačí na povrch. Závažie interaguje so Zemou - gravitačná sila ťahá závažie nadol. Tetiva spolupracuje s ostatnými časťami luku - ťahá ju pružná sila zakriveného drieku luku.

Potenciálna energia telesa závisí od sily interakcie medzi telesami (alebo časťami tela) a vzdialenosti medzi nimi. Napríklad čím väčšia je Archimedova sila a čím hlbšie je guľa ponorená vo vode, tým väčšia je gravitačná sila a čím ďalej je závažie od Zeme, tým väčšia je elastická sila a čím ďalej sa ťahá tetiva luku, tým väčšia je potenciálne energie tiel: lopta, kettlebell, luk (resp.).

Potenciálna energia jedného a toho istého telesa môže byť rôzna vo vzťahu k rôznym telesám. Pozrite sa na obrázok. Keď na každý z orechov padne závažie, zistí sa, že úlomky druhého orecha poletia oveľa ďalej ako úlomky prvého. Preto vo vzťahu k orechu 1 má hmotnosť menšiu potenciálnu energiu ako vo vzťahu k orechu 2. Dôležité: na rozdiel od Kinetická energia, potenciálna energia nezávisí od polohy a pohybu pozorovateľa, ale závisí od našej voľby „nulovej hladiny“ energie.

Účelom tohto článku je odhaliť podstatu pojmu „mechanická energia“. Fyzika tento koncept vo veľkej miere využíva prakticky aj teoreticky.

Práca a energia

Mechanickú prácu možno určiť, ak je známa sila pôsobiaca na teleso a pohyb telesa. Existuje ďalší spôsob výpočtu mechanickej práce. Uvažujme o príklade:

Na obrázku je znázornené teleso, ktoré môže byť v rôznych mechanických stavoch (I a II). Proces prechodu tela zo stavu I do stavu II je charakterizovaný mechanickou prácou, to znamená, že počas prechodu zo stavu I do stavu II môže telo vykonávať prácu. Pri vykonávaní práce sa mení mechanický stav tela, pričom mechanický stav možno charakterizovať jednou fyzikálnou veličinou – energiou.

Energia je skalárna fyzikálna veličina všetkých foriem pohybu hmoty a variantov ich vzájomného pôsobenia.

Čo je mechanická energia

Mechanická energia je skalárna fyzikálna veličina, ktorá určuje schopnosť tela vykonávať prácu.

A = ∆E

Keďže energia je charakteristikou stavu systému v určitom časovom bode, práca je charakteristikou procesu zmeny stavu systému.

Energia a práca majú rovnaké merné jednotky: [A] = [E] = 1 J.

Druhy mechanickej energie

Mechanická voľná energia sa delí na dva typy: kinetickú a potenciálnu.

Kinetická energia je mechanická energia telesa, ktorá je určená rýchlosťou jeho pohybu.

Ek = 1/2 mv 2

Kinetická energia je vlastná mobilným telám. Keď sa zastavia, vykonávajú mechanickú prácu.

V rôznych referenčných rámcoch môžu byť rýchlosti toho istého telesa v ľubovoľnom časovom okamihu rôzne. Preto je kinetická energia relatívna hodnota, je určená výberom referenčného rámca.

Ak na teleso pri pohybe pôsobí sila (alebo viacero síl súčasne), mení sa kinetická energia telesa: teleso sa zrýchľuje alebo zastavuje. V tomto prípade sa práca sily alebo práca výslednice všetkých síl, ktoré pôsobia na telo, bude rovnať rozdielu v kinetických energiách:

A = E k1 - E k 2 = ∆Е k

Toto vyhlásenie a vzorec dostali názov - teorém o kinetickej energii.

Potenciálna energia pomenovať energiu v dôsledku interakcie medzi telesami.

Pri poklese telesnej hmotnosti m z vysokej h gravitáciu robí svoju prácu. Keďže práca a zmena energie sú spojené rovnicou, môžete napísať vzorec pre potenciálnu energiu telesa v gravitačnom poli:

Ep = mgh

Na rozdiel od kinetickej energie E k potenciál E p môže byť negatívny, keď h<0 (napríklad telo ležiace na dne studne).

Ďalším typom mechanickej potenciálnej energie je deformačná energia. Stlačený na diaľku X pružina s tuhosťou k má potenciálnu energiu (energiu deformácie):

Ep = 1/2 kx 2

Energia deformácie našla široké uplatnenie v praxi (hračky), v technike - automaty, relé a iné.

E = Ep + E k

Plná mechanická energia telesá sa nazývajú súhrn energií: kinetická a potenciálna.

Zákon zachovania mechanickej energie

Niektoré z najpresnejších experimentov, ktoré uskutočnili v polovici 19. storočia anglický fyzik Joule a nemecký fyzik Mayer, ukázali, že množstvo energie v uzavretých systémoch zostáva nezmenené. Prechádza len z jedného tela do druhého. Tieto štúdie pomohli objaviť zákon zachovania energie:

Celková mechanická energia izolovaného systému telies zostáva konštantná pre akékoľvek vzájomné pôsobenie telies.

Na rozdiel od impulzu, ktorý nemá ekvivalentnú formu, má energia mnoho foriem: mechanickú, tepelnú, molekulárnu pohybovú energiu, elektrickú energiu so silami interakcie nábojov a iné. Jedna forma energie sa môže premieňať na inú, napríklad kinetická energia sa pri brzdení auta premieňa na tepelnú energiu. Ak neexistujú žiadne trecie sily a nevytvára sa teplo, celková mechanická energia sa nestráca, ale zostáva konštantná v procese pohybu alebo interakcie telies:

E = Ep + E k = konšt

Pri pôsobení sily trenia medzi telesami dochádza k poklesu mechanickej energie, avšak ani v tomto prípade sa nestráca bez stopy, ale prechádza do tepla (vnútorného). Ak vonkajšia sila vykonáva prácu na uzavretom systéme, potom dochádza k zvýšeniu mechanickej energie o množstvo práce vykonanej touto silou. Ak uzavretý systém vykonáva prácu na vonkajších telesách, potom sa mechanická energia systému znižuje o množstvo ním vykonanej práce.
Každý druh energie môže byť úplne premenený na akýkoľvek iný druh energie.

V mechanike sa rozlišujú dva druhy energie: kinetická a potenciálna. Kinetická energia nazývajú mechanickú energiu každého voľne sa pohybujúceho telesa a merajú ju prácou, ktorú by teleso mohlo vykonať pri svojom spomalení až do úplného zastavenia.

Nechajte telo V pohybujúci sa rýchlosťou začne interagovať s iným telom S a zároveň je inhibovaná. Preto telo V pôsobí na telo S s určitou silou a na elementárnom úseku dráhy ds vykonáva prácu

Podľa tretieho Newtonovho zákona o tele V súčasne pôsobí sila, ktorej tangenciálna zložka spôsobuje zmenu číselnej hodnoty rýchlosti telesa. Podľa druhého Newtonovho zákona

teda

Práca, ktorú telo vykoná až do úplného zastavenia, sa rovná:

Kinetická energia translačne sa pohybujúceho telesa sa teda rovná polovici súčinu hmotnosti tohto telesa na druhú mocninu jeho rýchlosti:

Zo vzorca (3.7) je zrejmé, že kinetická energia telesa nemôže byť záporná ().

Ak sa systém skladá z n translačne sa pohybujúce telesá, potom na jeho zastavenie je potrebné každé z týchto telies zabrzdiť. Preto sa celková kinetická energia mechanického systému rovná súčtu kinetických energií všetkých telies v ňom zahrnutých:

Zo vzorca (3.8) je zrejmé, že E k závisí len od veľkosti hmôt a rýchlosti pohybu telies v nej zahrnutých. V tomto prípade nezáleží na tom, ako telo s hmotnosťou m i nabral rýchlosť. Inými slovami, kinetická energia systému je funkciou stavu jeho pohybu.

Rýchlosti v podstate závisia od výberu referenčného rámca. Pri odvodzovaní vzorcov (3.7) a (3.8) sa predpokladalo, že pohyb sa uvažuje v inerciálnej vzťažnej sústave, keďže inak by nebolo možné použiť Newtonove zákony. Avšak v rôznych inerciálnych referenčných sústavách, ktoré sa navzájom pohybujú, rýchlosť i-tého telesa systému a následne jeho a kinetická energia celého systému budú nerovnaké. Kinetická energia sústavy teda závisí od voľby vzťažnej sústavy, t.j. je hodnota príbuzný.

Potenciálna energia- je to mechanická energia sústavy telies, určená ich vzájomným usporiadaním a povahou síl vzájomného pôsobenia medzi nimi.

Číselne sa potenciálna energia systému v danej polohe rovná práci, ktorú vykonajú sily pôsobiace na systém, keď sa systém presunie z tejto polohy do polohy, kde sa potenciálna energia konvenčne považuje za nulovú ( E n= 0). Pojem „potenciálna energia“ prebieha len pre konzervatívne systémy, t.j. sústavy, v ktorých práca pôsobiacich síl závisí len od počiatočnej a konečnej polohy sústavy. Takže na váženie bremena P zdvihnutý do výšky h, potenciálna energia sa bude rovnať ( E n= 0 pre h= 0); pre zaťaženie pripevnené k pružine, kde je predĺženie (stlačenie) pružiny, k- jeho koeficient tuhosti ( E n= 0 pre l= 0); pre dve častice s hmotnosťou m 1 a m 2 priťahovaný zákonom univerzálnej gravitácie, kde γ - gravitačná konštanta, r Je vzdialenosť medzi časticami ( E n= 0 pre).

Zvážte potenciálnu energiu Zeme - telesa s hmotnosťou m zdvihnutý do výšky h nad povrchom Zeme. Pokles potenciálnej energie takéhoto systému sa meria prácou gravitačných síl, vykonávanou pri voľnom páde telesa na Zem. Ak telo padá vertikálne, potom

kde E no je potenciálna energia systému pri h= 0 (znak "-" znamená, že práca je vykonaná v dôsledku straty potenciálnej energie).

Ak to isté teleso padá pozdĺž naklonenej roviny s dĺžkou l a s uhlom sklonu k vertikále (potom sa práca gravitačných síl rovná predchádzajúcej hodnote:

Ak sa nakoniec teleso pohybuje po ľubovoľnej krivočiarej trajektórii, potom si možno predstaviť túto krivku pozostávajúcu z n malé rovné úseky. Práca gravitačnej sily na každej z týchto sekcií je

Na celej krivočiarej dráhe je práca gravitačných síl zjavne rovná:

Práca gravitačných síl teda závisí iba od rozdielu výšok začiatočného a koncového bodu cesty.

Teleso v potenciálnom (konzervatívnom) poli síl má teda potenciálnu energiu. Pri nekonečne malej zmene konfigurácie systému sa práca konzervatívnych síl rovná prírastku potenciálnej energie, ktorá sa berie so znamienkom mínus, pretože práca sa vykonáva v dôsledku poklesu potenciálnej energie:

Na druhej strane práca dA je vyjadrený ako bodový súčin sily a posunutia, takže posledný výraz možno zapísať takto: Celková mechanická energia W systému sa rovná súčtu jeho kinetických a potenciálnych energií:

Z definície potenciálnej energie systému a uvažovaných príkladov je zrejmé, že táto energia, podobne ako kinetická energia, je funkciou stavu systému: závisí iba od konfigurácie systému a jeho polohy v vzťah k vonkajším telesám. Preto je aj celková mechanická energia systému funkciou stavu systému, t.j. závisí len od polohy a rýchlostí všetkých telies v sústave.