Меню

Сила трения импульс работа мощность

Блок 2. Импульс тела. Работа. Мощность. Энергия. Законы сохранения. Простые механизмы. КПД

Импульс тела (количество движения). Закон сохранения импульса.

1. Импульс тела – векторная физическая величина равная произведению массы тела на его скорость и имеющая направление скорости. P = mv.

2. Обычно при решении задач рассматривается замкнутая система тел – это такая система, для которой равнодействующая внешних сил равна нулю. Учитываются только внутренние силы, то есть силы взаимодействия между телами внутри системы: это силы упругости при ударе, силы трения при движении, гравитационные силы при рассмотрении взаимодействия тел во Вселенной, кулоновские силы электрического взаимодействия, магнитные силы и т. д.

3. Закон сохранения импульса. Векторная сумма импульсов тел замкнутой системы до взаимодействия равна векторной сумме импульсов тел этой системы после взаимодействия. Реактивное движение – это движение, возникающее при отделении от тела некоторой его части с какой-то скоростью. Выстрел, ракета, осьминог, надувной шарик и т. д.

Работа . Мощность. Энергия. Простые механизмы. КПД.

1. Если тело перемещается под действием силы, то говорят, что оно совершает работу . Механической работой называется величина численно равная произведению модуля силы на модуль перемещения и на косинус угла между векторами силы и перемещения A = F S cos α.Измеряется работа в Дж (Джоуль). В зависимости от угла между векторами перемещения и силы, работа может быть отрицательной и даже равной нулю.

2. Если тело способно совершать работу, то оно обладает энергией. Физическая величина, характеризующая способность тела совершать работу называется энергией [E] – Дж.

3. Потенциальная энергия тела – энергия взаимодействия.Потенциальной энергией обладают тела, поднятые над Землёй, упруго деформированные тела. E р = mgh, E р = k x 2 /2.

4. Кинетическая энергия тела – энергия движения. Е к = mv 2 2 /2

5. Полная механическая энергия системы рана сумме её кинетической и потенциальной энергий.

6. Закон сохранения механической энергии: Если в замкнутой системе не действуют силы трения, то полная механическая энергия системы сохраняется при любых взаимодействиях тел системы.

7. Закон сохранения энергии — основной закон Природы .Энергия никуда не исчезает и из ничего не возникает. Она лишь передаётся от одного тела к другому, или превращается из одного вида в другой.

8. Мощность – физическая величина, характеризующая скорость выполнения работы. P = A/t (Ватт)

9. Средняя мощность P = A/t .Мгновенная мощность P = Fv

10. Простые механизмы – это устройства, предназначенные для облегчения выполнения работы. Все простые механизмы: рычаг, блок, ворот, наклонная плоскость, клин, винт не дают выигрыша в работе: во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии. Это «Золотое правило механики».Зато они дают выигрыш в силе, например, подвижный блок даёт выигрыш в силе в два раза. Огромное применение получил рычаг — тело, имеющее ось вращения.Рычаг применяется в ножницах, в щипцах, для подъёма воды из колодцев, в гвоздодёрах, в подъёмных кранах. Рычаг находится в равновесии, если алгебраическая сумма всех моментов сил, действующих на тело, равна 0. Момент силы– величина, равная произведению силы на её плечо. Плечо силы – это кратчайшее расстояние от оси вращения до направления действующей силы. M = Fd – момент силы. M>0, если сила вращает тело по часовой стрелке. M 11.Механизмы, выполняющие работу, характеризуются коэффициентом полезного действия. КПД равен отношению полезной работы к совершённой.

кпд =(А п / А с)100% и измеряется в процентах.

1. Движение двух тел задано уравнениями: x 1 = 3t, x 2 =130 — 10t. Когда и где они встретятся? (t=10, х=30).

2. Чему равна сила, приложенная к телу массой 2 кг, если зависимость его координаты от времени имеет вид x(t) = 4t 2 +5t – 2. 16 Н

3. Мотоциклист, двигаясь по хорошей дороге с постоянной скоростью 108 км/ч, проехал 4 / 7 всего пути. Оставшуюся часть пути по плохой дороге он проехал со скоростью 15 м/с. Какая средняя скорость на всём пути у мотоциклиста? Ответ: 21 м/с.

4. Как при свободном падении тела из состояния покоя увеличивается скорость за третью секунду; за три секунды? Ответ: на10 м/с; на 30 м/с.

5. От берега отплывает плот массой 150 кг со скоростью 2 м/с. С берега на него прыгает человек, массой 50 кг со скоростью 6 м/с. С какой скоростью будет двигаться человек вместе с плотом?? Ответ: 3 м/с.

6. Камень, брошенный вертикально вверх со скоростью 10 м/с, упал на землю. Сколько времени камень находился в полёте. Трение пренебрежимо мало. Ответ: 2 с.

7. На рисунке приведён график зависимости скорости тела от времени. Чему равна равнодействующая сила, действующая на тело, если масса тела 1 кг. Ответ: 1 Н.

8. С какой скоростью двигался поезд массой 150 т, если под действием силы сопротивления 150 кН он прошёл с момента начала торможения до остановки 50 м. Ответ: 10 м/с.

9. Парашютист спускается, двигаясь равномерно и прямолинейно. Объясните, действие каких сил компенсируется. Ответ: действие Земли и действие воздуха.

10. Два астероида равной массы находятся на некотором расстоянии друг от друга и притягиваются с силой F. С какой силой будут притягиваться астероиды, если их массы будут в 2 раза больше, а расстояние между их центрами в два раза меньше. Ответ: 16 F.

Читайте также:  Каким должен быть резерв мощности котельной

11. Радиус Земли равен 6400 км. На каком расстоянии от поверхности Земли сила притяжения к ней космического корабля станет в 9 раз меньше чем на поверхности Земли? Ответ: На расстоянии 2 земных радиусов.

12. На вагонетку массой 800 кг, катящуюся со скоростью 0,2 м/с. Насыпали 200 кг гравия. На сколько при этом уменьшилась скорость вагонетки? Ответ: 0,04 м/с.

13. Определите ускорение свободного падения на планете, масса которой в 3 раза меньше массы Земли, а радиус в 2 раза меньше земного радиуса. Ответ: 4g/3 = 13,3 м/с 2 .

14. Сравните силы притяжения Луны к Земле и Земли к Луне. Ответ: одинаковы.

15. Игрок в керлинг в некоторый момент толкает биту . Скорость биты при этом стала 6 м/с. Масса биты 20 кг, а игрока 80 кг. Какова скорость игрока после толчка? Трение коньков о лёд не учитывать. Ответ: 1,5 м/с.

Источник



Сборник дидактических материалов по физике с образцами решений. Часть I, страница 2

На рисунке изображено тело, которое прикреплено к динамометру. Размеры тела указаны в миллиметрах. Ниже изображен динамометр, который двигают по поверхности, с указанной в карточке скоростью. Используя все данные, выполните задания, ответьте на вопросы.

1 Вычислите площадь опоры тела.

2 Вычислите объем тела и его массу.

3 С какой силой тело давит на опору?

4 Каково давление тела на поверхность?

5 Определите цену деления шкалы динамометра.

6 Чему равна сила трения, если движение равномерное со скоростью ?

7 Вычислите коэффициент трения.

8 Чему будет равна сила трения покоя при уменьшении величины тяги в 2 раза?

9 Вычислите механическую работу силы тяги на пути S.

10 Чему равен импульс тела?

11 Вычислите мощность при движении тела.

12 Вычислите кинетическую энергию тела.

Вариант 11

Сила трения, работа и мощность, импульс тела

1 Площадь опоры тела:

Масса тела: , дерево , .

3 Сила давления:

4 Давление:

5 Цена деления шкалы: .

6 Сила трения: .

7 Коэффициент трения:

8 Сила трения покоя:

9 Импульс тела: , .

10 Механическая работа: , ,

12 Кинетическая энергия:

График изотермы и адиабаты газа

На графике даны изотерма и адиабата газа в координатах (P, V). Используя данные графики, ответьте на вопросы, выполните задания.

1 Какому объему и какому давлению соответствует сторона клетки?

2 По изотерме найдите произведение давление газа на его объем.

3 Вычислите температуру газа в состояниях, отмеченных на адиабате

точками B, C, D, если в состоянии A температура газа 27°C.

4 Какова разница в температуре газа между состояниями M и D?

5 Вычислите массу газа, если его молекулярная масса равна 32 г/моль.

Универсальную газовую постоянную для упрощения расчетов

Источник

ИНФОФИЗ — мой мир.

Весь мир в твоих руках — все будет так, как ты захочешь

Весь мир в твоих руках — все будет так, как ты захочешь

  • Главная
  • Мир физики
    • Физика в формулах
    • Теоретические сведения
    • Физический юмор
    • Физика вокруг нас
    • Физика студентам
      • Для рефератов
      • Экзамены
      • Лекции по физике
      • Естествознание
  • Мир астрономии
    • Солнечная система
    • Космонавтика
    • Новости астрономии
    • Лекции по астрономии
    • Законы и формулы — кратко
  • Мир психологии
    • Физика и психология
    • Психологическая разгрузка
    • Воспитание и педагогика
    • Новости психологии и педагогики
    • Есть что почитать
  • Мир технологий
    • World Wide Web
    • Информатика для студентов
      • 1 курс
      • 2 курс
    • Программное обеспечение компьютерных сетей
      • Мои лекции
      • Для студентов ДО
      • Методические материалы
  • Физика школьникам
  • Физика студентам
  • Астрономия
  • Информатика
  • ПОКС
  • Арх ЭВМ и ВС
  • Методические материалы
  • Медиа-файлы
  • Тестирование

Как сказал.

Жизнь — как вождение велосипеда. Чтобы сохранить равновесие, ты должен двигаться

Тестирование

Урок 04. Лекция 03.Закон сохранения импульса и реактивное движение. Закон сохранения механической энергии. Работа и мощность.

Движение в природе не возникает из ничего и не исчезает – оно передаётся от одного объекта к другому. При определённых условиях, движение в состоянии накапливаться, но, высвобождаясь, обнаруживает своё свойство к сохранению.

Задумывались ли вы когда-нибудь почему:

  • Мяч, летящий с большой скоростью, футболист может остановить ногой или головой, а вагон, движущийся по рельсам даже очень медленно, человек не остановит (масса вагона намного больше массы мяча).
  • Стакан с водой находится на длинной полоске прочной бумаги. Если тянуть полоску медленно, то стакан движется вместе с бумагой. а если резко дернуть полоску бумаги — стакан остается неподвижный. (стакан останется неподвижным из-за инерции — явления сохранения скорости тела постоянной при отсутствии действия на него других тел)
  • Теннисный мяч, попадая в человека, вреда не причиняет, однако пуля, которая меньше по массе, о движется с большой скоростью (600—800 м/с), оказывается смертельно опасной (скорость пули намного болше, чем мяча).

Значит, результат взаимодействия тел зависит и от массы тел и от их скорости одновременно.

Еще великий французский философ, математик, физик и физиолог, основатель новоевропейского рационализма и один из влиятельнейших метафизиков Нового времени Рене Декарт ввел такое понятие как «количество движения». Он же высказал закон сохранения количества движения, дал понятие импульса силы.

Рене Декарт

«Я принимаю, что во Вселенной. есть известное количество движения, которое никогда не увеличивается, не уменьшается, и, таким образом, если одно тело приводит в движение другое, то теряет столько своего движения, сколько его сообщает.» Р. Декарт

Декарт, судя по его высказываниям, понимал фундаментальное значение введенного им в XVII веке понятия количества движения — или импульса тела — как произведения массы тела на величину его скорости. И хотя он совершил ошибку, не рассматривая количество движения как векторную величину, сформулированный им закон сохранения количества движения выдержал с честью проверку временем. В начале XVIII века ошибка была исправлена, и триумфальное шествие этого закона в науке и технике продолжается по сию пору.

Читайте также:  Cos fi коэффициент мощности что это такое

Как один из основополагающих законов физики, он дал неоценимое орудие исследования ученым, ставя запрет одним процессам и открывая дорогу другим. Взрыв, реактивное движение, атомные и ядерные превращения — везде превосходно работает этот закон. А в скольких самых обиходных ситуациях помогает разобраться понятие импульса, сегодня, мы надеемся, вы убедитесь сами.

Количество движения — мера механического движения, равная для материальной точки произведению её массыm на скорость v.Количество движения mv — величина векторная, направленная так же, как скорость точки. Иногда Количество движения называют ещёимпульсом. Количество движения, в любой момент времени, характеризуется скоростью объекта определённой массы при перемещении его из одной точки пространства в другую.

Импульсом тела (или количеством движения) называют векторную величину, равную произведению массы тела на его скорость:


Импульс тела направлен в ту же сторону, что и скорость тела.

Единицей измерения импульса в СИ является 1 кг·м/с.

Изменение импульса тела происходит при взаимодействии тел, например, при ударах. (Видео «Бильярдные шары). При взаимодействии тел импульс одного тела может частично или полностью передаваться другому телу.

Виды соударений:

Абсолютно неупругий удар — это такое ударное взаимодействие, при котором тела соединяются (слипаются) друг с другом и движутся дальше как одно тело.


Пуля застревает в бруске и далее они движутся как одно целое Кусок пластелина прилипает к стене

Абсолютно упругий удар — это столкновение, при котором сохраняется механическая энергия системы тел.


Шарики после столкновения отскакивают друг от друга в разные стороны Мяч отскакивает от стены

Пусть на тело массой m в течение некоторого малого промежутка времени Δt действовала сила F.

Под действием этой силы скорость тела изменилась на

Следовательно, в течение времени Δt тело двигалось с ускорением

Из основного закона динамики (второго закона Ньютона) следует:

Физическая величина, равная произведению силы на время ее действия, называется импульсом силы:

Импульс силы также является векторной величиной.

Импульс силы равен изменению импульса тела (II закон Ньютона в импульсной форме):

Обозначив импульс тела буквой p второй закон Ньютона можно записать в виде:

Именно в таком общем виде сформулировал второй закон сам Ньютон. Сила в этом выражении представляет собой равнодействующую всех сил, приложенных к телу.

Для определения изменения импульса удобно использовать диаграмму импульсов, на которой изображаются вектора импульсов, а также вектор суммы импульсов, построенный по правилу параллелограмма.

При рассмотрении любой механической задачи мы интересуемся движением определенного числа тел. Совокупность тел, движение которой мы изучаем, называется механической системой или просто системой.

В механике часто встречаются задачи, когда необходимо одновременно рассматривать несколько тел, движущихся по-разному. Таковы, например, задачи о движении небесных тел, о соударении тел, об отдаче огнестрельного оружия, где и снаряд и пушка начинают двигаться после выстрела, и т. д. В этих случаях говорят о движении системы тел: солнечной системы, системы двух соударяющихся тел, системы «пушка — снаряд» и т. п. Между телами системы действуют некоторые силы. В солнечной системе это силы всемирного тяготения, в системе соударяющихся тел — силы упругости, в системе «пушка — снаряд» — силы, создаваемые пороховыми газами.

Импульс системы тел будет равен сумме импульсов каждого из тел. входящих в систему.

Кроме сил, действующих со стороны одних тел системы на другие («внутренние силы»), на тела могут действовать еще силы со стороны тел, не принадлежащих системе («внешние» силы); например, на соударяющиеся бильярдные шары действует еще сила тяжести и упругость стола, на пушку и снаряд также действует сила тяжести и т. п. Однако в ряде случаев всеми внешними силами можно пренебрегать. Так, при изучении соударения катящихся шаров силы тяжести уравновешены для каждого шара в отдельности и потому не влияют на их движение; при выстреле из пушки сила тяжести окажет свое действие на полет снаряда только после вылета его из ствола, что не скажется на величине отдачи. Поэтому часто можно рассматривать движения системы тел, полагая, что внешние силы отсутствуют.

Если на систему тел не действуют внешние силы со стороны других тел, такая система называется замкнутой.

ЗАМКНУТАЯ СИСТЕМАЭТО СИСТЕМА ТЕЛ, КОТОРЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮТ ТОЛЬКО ДРУГ С ДРУГОМ.

Закон сохранения импульса.

В замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

Закон сохранения импульса служит основой для объяснения обширного круга явлений природы, применяется в различных науках:

  1. Закон строго выполняется в явлениях отдачи при выстреле, явлении реактивного движения, взрывных явлениях и явлениях столкновения тел.
  2. Закон сохранения импульса применяют: при расчетах скоростей тел при взрывах и соударениях; при расчетах реактивных аппаратов; в военной промышленности при проектировании оружия; в технике — при забивании свай, ковке металлов и т.д
Читайте также:  Замер мощности стандартной приоры

Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы.

Если на тело действует сила и тело под действием этой силы перемещается, то говорят, что сила совершает работу.

Механическая работа – это скалярная величина, равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения и на косинус угла между вектором силы и вектором перемещения (или скорости).

Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительна (0° ≤ α 3 Дж; 1кВт·ч = 3,6·10 6 Дж

Если тело способно совершить работу, то говорят, что оно обладает энергией.

Механическая энергия тела – это скалярная величина, равная максимальной работе, которая может быть совершена в данных условиях.

Обозначается Е Единица энергии в СИ [1Дж = 1Н*м]

Механическая работа есть мера изменения энергии в различных процессах А = ΔЕ.

Различают два вида механической энергии – кинетическая Ек и потенциальная Еp энергия.

Полная механическая энергия тела равна сумме его кинетической и потенциальной энергий

Е = Ек + Еp

Кинетическая энергия – это энергия тела, обусловленная его движением.

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергиейтела:

Кинетическая энергия – это энергия движения. Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость:

Если тело движется со скоростью , то для его полной остановки необходимо совершить работу

Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятиепотенциальной энергии или энергии взаимодействия тел.

Потенциальная энергияэнергия тела, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих между собой тел или частей одного тела.

Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения тела и определяется только начальным и конечным положениями. Такие силы называются консервативными. Работа консервативных сил на замкнутой траектории равна нулю.

Свойством консервативности обладают сила тяжести и сила упругости. Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести (потенциальная энергия тела, поднятого над землёй):

Ep = mgh

Она равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень.

Понятие потенциальной энергии можно ввести и для упругой силы. Эта сила также обладает свойством консервативности. Растягивая (или сжимая) пружину, мы можем делать это различными способами.

Можно просто удлинить пружину на величину x, или сначала удлинить ее на 2x, а затем уменьшить удлинение до значения x и т. д. Во всех этих случаях упругая сила совершает одну и ту же работу, которая зависит только от удлинения пружины x в конечном состоянии, если первоначально пружина была недеформирована. Эта работа равна работе внешней силы A, взятой с противоположным знаком :

где k – жесткость пружины.

Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Потенциальной энергией пружины (или любого упруго деформированного тела) называют величину

Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией.

Если в начальном состоянии пружина уже была деформирована, а ее удлинение было равно x1, тогда при переходе в новое состояние с удлинением x2 сила упругости совершит работу, равную изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:

Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Если тела, составляющие замкнутую механическую систему, взаимодействуют между собой только силами тяготения и упругости, то работа этих сил равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

По теореме о кинетической энергии эта работа равна изменению кинетической энергии тел:

Следовательно Ek2 – Ek1 = –(Ep2 – Ep1) или Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной.

Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона.

Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой только консервативными силами, при любых движениях этих тел не изменяется. Происходят лишь взаимные превращения потенциальной энергии тел в их кинетическую энергию, и наоборот, или переход энергии от одного тела к другому.

Е = Ек + Еp = const

Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды.

Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

Источник

Adblock
detector