PRACA
Pracą mechaniczną nazywamy iloczyn wartości siły i wartości przemieszczenia, które nastąpiło zgodnie ze zwrotem działającej siły.
Pracę oznaczamy literą W Pracę obliczamy ze wzoru:
𝑊 = 𝐹 ∙ 𝑠
W – praca; F – siła; s – droga (przesunięcie)Z pracą mamy do czynienia wtedy, kiedy działa siła i wskutek działania tej siły następuje
przemieszczenie ciała. Dodatkowo kierunek i zwrot siły musi być zgodny z kierunkiem i zwrotem przemieszczenia.
Jeśli przemieszczenie odbywa się w kierunku prostopadłym do działania siły, to praca równa jest zero.
Kiedy siła lub przemieszczenie ma wartość 0, to z punktu widzenia fizyki nie mamy do czynienia z pracą mechaniczną.
Praca mechaniczna występuje także wtedy, kiedy następuje odkształcenie ciała pod działaniem siły.
Jednostką pracy mechanicznej w układzie SI jest 1J (dżul).
1𝐽 = 1𝑁 ∙ 1𝑚
Praca ma wartość 1J, kiedy siła 1N działająca na ciało przemieszcza go o 1m, zgodnie z kierunkiem jej działania.
MOC
Moc to stosunek pracy do czasu w jakim ta praca została wykonana.
Moc oznaczamy literą P Moc obliczamy ze wzoru:
𝑃 =𝑊 𝑡 P - moc; W – praca; t - czas
Jednostką mocy w układzie SI jest 1W (wat).
1𝑊 = 1𝐽 1𝑠
Urządzenie ma moc 1 wata jeżeli w czasie 1 s wykonuje pracę 1 J.
Jednostką mocy używaną w motoryzacji jest koń mechaniczny. 1KM=735 W
ENERGIA MECHANICZNA. RODZAJE ENERGII MECHANICZNEJ Energia to wielkość fizyczna charakteryzująca zdolność układu do wykonania pracy.
Energię oznaczamy literą E
Jednostką energii w układzie SI jest 1J (dżul).
Ciało ma energię 1 dżula, jeśli może wykonać pracę o wartości 1 dżula.
Gdy ciało wykonuje pracę, traci swoją energię.
Gdy praca jest wykonywana nad ciałem, zyskuje ono energię.
Przyrost energii ciała jest równy wykonanej nad ciałem pracy:
∆𝐸 = 𝑊
ΔE – zmiana energii; W - praca
Wyróżnia się wiele rodzajów energii: Najważniejsze z nich to energia:
− mechaniczna, która może być energią:
▪ potencjalną – związaną z położeniem ciała i oddziaływaniami
▪ kinetyczną – związaną z ruchem ciała
− cieplna (wewnętrzna) –jest sumą energii kinetycznych i potencjalnych wszystkich atomów i cząsteczek, z których zbudowane jest ciało
− elektryczna – energia, którą prąd przekazuje odbiornikowi energii elektrycznej; dzięki tej energii odbiornik wykonuje pracę
− chemiczna – zgromadzona w substancji w postaci wiązań chemicznych, uwalniana w trakcie reakcji chemicznych
− jądrowa – energia zgromadzona w jądrach atomów i wydzielana podczas przemian jądrowych
− słoneczna – to energia wypromieniowana przez Słońce
Energia jest wielkością skalarną, więc do jej opisu wystarczy tylko wartość liczbowa; nie jest
potrzebne (ani możliwe) określenie kierunku, zwrotu i punktu przyłożenia. Ponieważ miarą energii jest zdolność do wykonywania pracy, jednostki pracy i energii są takie same.
ENERGIA POTENCJALNA CIĘŻKOŚCI
Energia potencjalna ciężkości to energia jaką posiada ciało, które ma masę oraz znajduje się na pewnej wysokości względem wybranego układu odniesienia.
Jednostką energii potencjalnej ciężkości w układzie SI jest 1J (dżul).
Obliczamy ją ze wzoru:
𝐸𝑝= 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ℎ
𝐸𝑝− 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑗𝑎𝑙𝑛𝑎 𝑐𝑖ęż𝑘𝑜ś𝑐𝑖 m – masa ciała
g – przyspieszenie ziemskie
h – wysokość, na którą wzniesione jest ciało
Zmiana energii potencjalnej ciężkości zależy od różnicy wysokości początkowej i końcowej ciała, a nie zależy od sposobu w jaki ciało się przemieszczało z jednego miejsca w drugie.
Jeżeli ciało się przemieszcza, ale wysokość, na której znajduje się ciało nie ulega zmianie, to i energia potencjalna ciężkości tego ciała się nie zmienia.
Energia potencjalna ciężkości zależy od przyjętego poziomu odniesienia. Gdy obliczam energię potencjalną ciężkości to musimy wyznaczyć płożenie zerowe, d którego będzie się obliczało energię.
ENERGIA POTENCJALNA SPRĘŻYSTOŚCI
Energia potencjalna sprężystości to energia związana ze sprężystym odkształceniem ciała.
Odkształcenie sprężyste to taka zmiana kształtu ciała, która ustępuje po usunięciu siły która je wywołała.
Jednostką energii potencjalnej sprężystości w układzie SI jest 1J (dżul).
Siła działająca na ciało może wywołać odkształcenie.
Jeśli ciało jest sprężyste, to odkształcając to ciało, gromadzimy w nim energię potencjalną sprężystości.
Energia potencjalna sprężystości zależy od wychylenia ciała z jego położenia równowagi.
Ciała zachowują sprężystość w ograniczonym zakresie działających sił.
Obliczamy ją ze wzoru:
𝐸𝑝= 𝑘 ∙ 𝑥2 2 𝐸𝑝− 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑗𝑎𝑙𝑛𝑎 𝑠𝑝𝑟ęż𝑦𝑠𝑡𝑜ś𝑐𝑖
k – stała sprężystości ciała
x – wychylenie z położenia równowagi
Niektóre ciała pod wpływem siły ulegają odkształceniu to znaczy zmieniają kształt. Jeśli po usunięciu siły ciało wraca do poprzedniego kształtu, to mówimy, że odkształcenie było sprężyste.
Odkształcenie może być mniejsze lub większe.
Miarą odkształcenia jest wychylenie z położenia równowagi, oznaczane x.
Np. gdy sprężyna jest w położeniu równowagi (tzn. nie działają żadne siły by ją odkształcić) to x=0.
Gdy sprężynę ściśniemy, tak iż skróci się o 1 cm, to x=-1 cm. Gdy ją rozciągniemy, wydłużając o 1 cm, to x = 1 cm.
ENERGIA KINETYCZNA Energia kinetyczna – to energia ciała będącego w ruchu.
Jednostką energii kinetycznej w układzie SI jest 1J (dżul).
Obliczamy ją ze wzoru:
𝐸𝑘 = 𝑚 ∙ 𝑣2 2 𝐸𝑘− 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑘𝑖𝑛𝑒𝑡𝑦𝑐𝑧𝑛𝑎
m – masa ciała
v – prędkość, z jaką porusza się ciało
Jak wynika ze wzoru energia kinetyczna jest wprost proporcjonalna do masy ciała i kwadratu jego prędkości. Oznacza to, że im większa jest masa ciała, tym większa energia kinetyczna, również im większa jest prędkość ciała tym większa jego energia kinetyczna. Energię kinetyczną posiada każde ciało, które ma masę oraz znajduje się w ruchu. Zmiana energii kinetycznej jest równa pracy wykonanej nad ciałem przez siłę wypadkową.
ZASADA ZACHOWANIA ENERGII MECHANICZNEJ Energia mechaniczna – to suma energii potencjalnej i kinetycznej.
Układ odosobniony (izolowany) –to układ, który nie wymienia materii ani energii z otoczeniem.
Zasada zachowania energii mechanicznej – w układzie odosobnionym, w którym nie występują siły tarcia (oporu powietrza), suma wszystkich rodzajów energii mechanicznej (kinetycznej i potencjalnej) pozostaje stała.
𝐸𝑚= 𝐸𝑘+ 𝐸𝑝
𝐸𝑚− 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑐ℎ𝑎𝑛𝑖𝑐𝑧𝑛𝑎 𝐸𝑘− 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑘𝑖𝑛𝑒𝑡𝑦𝑐𝑧𝑛𝑎 𝐸𝑝− 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑗𝑎𝑙𝑛𝑎
MASZYNY PROSTE
