Kako se označava mehanički rad? Mehanički rad nije ono što mislite

1. Iz predmeta fizika u 7. razredu znaš da ako na tijelo djeluje sila i ono se giba u smjeru sile, tada sila vrši mehanički rad A, jednak umnošku modula sile i modula pomaka:

A=Fs.

Jedinica rada u SI - džul (1 J).

[A] = [F][s] = 1 H 1 m = 1 N m = 1 J.

Pod jedinicom rada smatra se rad koji izvrši sila 1 N na putu 1m.

Iz formule proizlazi da se mehanički rad ne vrši ako je sila jednaka nuli (tijelo miruje ili se giba jednoliko i pravocrtno) ili je pomak jednak nuli.

Pretpostavimo da vektor sile koja djeluje na tijelo zatvara određeni kut a s vektorom pomaka (slika 65). Budući da se tijelo ne giba u okomitom smjeru, projekcija sile Fy po osi Y ne vrši rad, već projekciju sile Fx po osi x vrši rad koji je jednak A = F x s x.

Jer Fx = F jer a, a s x= s, To

A = Fs jer a.

Tako,

rad koji izvrši stalna sila jednak je umnošku veličina vektora sile i pomaka i kosinusa kuta između tih vektora.

2. Analizirajmo dobivenu formulu rada.

Ako je kut a = 0°, tada je cos 0° = 1 i A = Fs. Izvršeni rad je pozitivan i njegova vrijednost je najveća ako se smjer sile poklapa sa smjerom pomaka.

Ako je kut a = 90°, tada je cos 90° = 0 i A= 0. Sila ne vrši rad ako je okomita na smjer gibanja tijela. Dakle, rad gravitacije jednak je nuli kada se tijelo giba duž horizontalne ravnine. Rad sile koja tijelu daje centripetalno ubrzanje tijekom njegovog jednolikog gibanja po kružnici jednak je nuli, jer je ta sila u bilo kojoj točki putanje okomita na smjer gibanja tijela.

Ako je kut a = 180°, tada je cos 180° = –1 i A = –Fs. Ovaj slučaj se događa kada su sila i pomak usmjereni u suprotnim smjerovima. Prema tome, obavljeni rad je negativan, a njegova vrijednost maksimalna. Negativan rad vrši npr. sila trenja klizanja, budući da je usmjerena u smjeru suprotnom od smjera gibanja tijela.

Ako je kut a između vektora sile i pomaka šiljast, tada je rad pozitivan; ako je kut a tup, tada je rad negativan.

3. Dobijmo formulu za izračunavanje rada sile teže. Neka tijelo ima masu m slobodno pada na tlo s točke A, koji se nalazi na visini h u odnosu na površinu Zemlje, a nakon nekog vremena završava u točki B(Sl. 66, A). Rad sile teže jednak je

A = Fs = mgh.

U ovom slučaju, smjer gibanja tijela podudara se sa smjerom sile koja djeluje na njega, stoga je rad gravitacije tijekom slobodnog pada pozitivan.

Ako se tijelo kreće okomito prema gore od neke točke B točno A(Sl. 66, b), tada je njegovo kretanje usmjereno u smjeru suprotnom od gravitacije, a rad gravitacije je negativan:

A= –mgh

4. Rad sile može se izračunati pomoću grafikona sile u odnosu na pomak.

Pretpostavimo da se tijelo giba pod utjecajem stalne gravitacije. Grafikon modula gravitacije F kabel od modula za kretanje tijela s je pravac paralelan s osi apscisa (slika 67). Pronađite površinu odabranog pravokutnika. Jednak je umnošku svojih dviju strana: S = F kabel h = mgh. S druge strane, rad sile teže jednak je istoj vrijednosti A = mgh.

Dakle, rad je numerički jednak površini pravokutnika omeđenog grafom, koordinatnim osima i okomicom podignutom na os apscise u točki h.

Razmotrimo sada slučaj kada je sila koja djeluje na tijelo izravno proporcionalna pomaku. Takva sila je, kao što je poznato, elastična sila. Njegov modul je jednak F kontrola = k D l, gdje je D l- produženje tijela.

Pretpostavimo da je opruga, čiji je lijevi kraj fiksiran, komprimirana (sl. 68, A). Istovremeno se njegov desni kraj pomaknuo u D l 1. U opruzi je nastala elastična sila F kontrola 1, usmjerena udesno.

Ako sada oprugu prepustimo samoj sebi, njezin će se desni kraj pomaknuti udesno (sl. 68, b), istezanje opruge bit će jednako D l 2, i elastična sila F vježba 2.

Izračunajmo rad sile elastičnosti pri pomicanju kraja opruge iz točke s koordinatom D l 1 do točke s koordinatom D l 2. Za to koristimo graf ovisnosti F kontrola (D l) (Slika 69). Rad elastične sile brojčano je jednak površini trapeza ABCD. Površina trapeza jednaka je umnošku polovine zbroja osnovica i visine, tj. S = OGLAS. U trapezu ABCD osnove AB = F kontrola 2 = k D l 2 , CD= F kontrola 1 = k D l 1 i visinu OGLAS= D l 1 – D l 2. Zamijenimo ove količine u formulu za površinu trapeza:

S= (D l 1 – D l 2) =– .

Dakle, našli smo da je rad elastične sile jednak:

A =– .

5 * . Pretpostavimo da tijelo mase m kreće od točke A točno B(Sl. 70), krećući se prvo bez trenja duž nagnute ravnine iz točke A točno C, a zatim bez trenja po vodoravnoj ravnini od točke C točno B. Rad gravitacije na mjestu C.B. je nula jer je sila gravitacije okomita na pomak. Kada se krećemo duž nagnute ravnine, rad gravitacije je:

AC = F kabel l grijeh a. Jer l grijeh a = h, To AC = Ft kabel h = mgh.

Rad sile teže kada se tijelo giba po putanji ACB jednak ACB = AC + CB = mgh + 0.

Tako, ACB = mgh.

Dobiveni rezultat pokazuje da rad sile teže ne ovisi o obliku putanje. Ovisi samo o početnom i završnom položaju tijela.

Pretpostavimo sada da se tijelo giba po zatvorenoj putanji ABCA(vidi sliku 70). Pri pomicanju tijela iz točke A točno B duž putanje ACB rad gravitacije je ACB = mgh. Pri pomicanju tijela iz točke B točno A gravitacija vrši negativan rad, što je jednako BA = –mgh. Zatim rad sile teže na zatvorenoj putanji A = ACB + BA = 0.

Rad elastične sile na zatvorenoj putanji također je jednak nuli. Doista, pretpostavimo da se početno nedeformirana opruga istegne i njezina se duljina poveća za D l. Elastična sila je obavila posao A 1 = . Pri povratku u ravnotežno stanje elastična sila obavlja rad A 2 = . Ukupan rad koji izvrši sila elastičnosti kada se opruga rasteže i vrati u nedeformirano stanje jednak je nuli.

6. Rad sile teže i elastičnosti na zatvorenoj putanji jednak je nuli.

Sile čiji je rad na bilo kojoj zatvorenoj putanji jednak nuli (ili ne ovisi o obliku putanje) nazivaju se konzervativnim.

Sile čiji rad ovisi o obliku putanje nazivamo nekonzervativnim.

Sila trenja je nekonzervativna. Na primjer, tijelo se kreće iz točke 1 točno 2 prvi u ravnoj liniji 12 (sl. 71), a zatim isprekidanom linijom 132 . Na svakom dijelu putanje sila trenja je ista. U prvom slučaju rad sile trenja

A 12 = –F tr l 1 ,

a u drugom -

A 132 = A 13 + A 32, A 132 = –F tr l 2 – F tr l 3 .

Odavde A 12A 132.

7. Iz kolegija fizike 7. razreda znate da je važna karakteristika uređaja koji obavljaju rad vlast.

Snaga je fizikalna veličina koja je jednaka omjeru rada i vremena tijekom kojeg se on obavlja:

N = .

Snaga karakterizira brzinu kojom se rad obavlja.

SI jedinica snage - vat (1 W).

[N] === 1 W.

Jedinica snage se uzima kao snaga pri kojoj se radi 1 J je dovršen za 1 s .

Pitanja za samotestiranje

1. Kako se zove posao? Što je jedinica rada?

2. U kojem slučaju sila vrši negativan rad? pozitivan rad?

3. Koja se formula koristi za izračunavanje rada sile teže? elastične sile?

5. Koje se sile nazivaju konzervativnima? nekonzervativan?

6 * . Dokažite da rad sile teže i elastičnosti ne ovisi o obliku putanje.

7. Što se zove moć? Što je jedinica snage?

Zadatak 18

1. Dječaka mase 20 kg ravnomjerno nose na sanjkama, djelujući silom od 20 N. Uže kojim se vuku saonice zaklapa s horizontalom kut od 30°. Koliki je rad elastične sile koja se stvara u užetu ako se sanjke pomaknu 100 m?

2. Sportaš težak 65 kg skače u vodu s platforme koja se nalazi na visini od 3 m iznad površine vode. Koliki rad izvrši sila gravitacije koja djeluje na sportaša dok se kreće prema površini vode?

3. Pod djelovanjem elastične sile duljina deformirane opruge krutosti 200 N/m smanjila se za 4 cm.

4 * . Dokažite da je rad promjenljive sile brojčano jednak površini figure, ograničenoj grafom ovisnosti sile o koordinati i koordinatnim osima.

5. Kolika je vučna sila motora automobila ako pri stalnoj brzini od 108 km/h razvija snagu od 55 kW?

Neka tijelo na koje djeluje neka sila prolazi, krećući se određenom putanjom, stazom s. U tom slučaju sila ili mijenja brzinu tijela, dajući mu akceleraciju, ili kompenzira djelovanje druge sile (ili sila) koje se suprotstavljaju kretanju. Djelovanje na putu s karakterizirano je veličinom koja se naziva rad.

Mehanički rad je skalarna veličina jednaka umnošku projekcije sile na smjer kretanja Fs i puta s koji prijeđe točka djelovanja sile (slika 22):

A = Fs*s.(56)

Izraz (56) vrijedi ako je veličina projekcije sile Fs na smjer gibanja (tj. na smjer brzine) cijelo vrijeme nepromijenjena. Konkretno, to se događa kada se tijelo giba pravocrtno i sila stalne veličine sa smjerom gibanja tvori stalni kut α. Budući da je Fs = F * cos(α), izrazu (47) se može dati sljedeći oblik:

A = F * s * cos(α).

Ako je vektor pomaka, tada se rad izračunava kao skalarni umnožak dva vektora i :

. (57)

Rad je algebarska veličina. Ako sila i smjer gibanja čine oštar kut (cos(α) > 0), rad je pozitivan. Ako je kut α tup (cos(α)< 0), работа отрицательна. При α = π/2 работа равна нулю. Последнее обстоятельство особенно отчетливо показывает, что понятие работы в механике существенно отличается от обыденного представления о работе. В обыденном понимании всякое усилие, в частности и мускульное напряжение, всегда сопровождается совершением работы. Например, для того чтобы держать тяжелый груз, стоя неподвижно, а тем более для того, чтобы перенести этот груз по горизонтальному пути, носильщик затрачивает много усилий, т. е. «совершает работу». Однако это – «физиологическая» работа. Механическая работа в этих случаях равна нулю.

Rad kada se kreće pod snagom

Ako veličina projekcije sile na smjer gibanja ne ostaje konstantna tijekom gibanja, tada se rad izražava kao integral:

. (58)

Integral ove vrste u matematici se naziva krivuljasti integral duž putanje S. Argument je ovdje vektorska varijabla, koja može mijenjati i veličinu i smjer. Ispod integrala je skalarni umnožak vektora sile i elementarnog vektora pomaka.

Jedinicom rada smatra se rad sile jednake jedan koja djeluje u smjeru gibanja duž putanje jednakog jedan. U SI Jedinica za rad je džul (J), koji je jednak radu koji izvrši sila od 1 njutna na putu od 1 metra:

1J = 1N * 1m.

U CGS-u jedinica za rad je erg, jednak radu koji izvrši sila od 1 dina na putu od 1 centimetra. 1J = 10 7 erg.

Ponekad se koristi nesistemska jedinica kilogrammometar (kg*m). To je rad sile od 1 kg na putu od 1 metra. 1 kg*m = 9,81 J.

Što to znači?

U fizici, “mehanički rad” je rad neke sile (gravitacije, elastičnosti, trenja itd.) na tijelo, uslijed čega se tijelo kreće.

Često riječ "mehanički" jednostavno nije napisana.
Ponekad možete naići na izraz "tijelo je izvršilo rad", što u principu znači "sila koja djeluje na tijelo izvršila je rad".

Mislim – radim.

Idem - i ja radim.

Gdje je tu mehanički rad?

Ako se tijelo giba pod djelovanjem sile, tada se vrši mehanički rad.

Kažu da tijelo radi.
Ili točnije, bit će ovako: rad vrši sila koja djeluje na tijelo.

Rad karakterizira rezultat djelovanja sile.

Sile koje djeluju na čovjeka vrše na njemu mehanički rad, a kao rezultat djelovanja tih sila čovjek se kreće.

Rad je fizikalna veličina jednaka umnošku sile koja djeluje na tijelo i puta koji tijelo napravi pod djelovanjem sile u smjeru te sile.

A - mehanički rad,
F - snaga,
S - prijeđeni put.

Posao je obavljen, ako su istovremeno ispunjena 2 uvjeta: na tijelo djeluje sila i ono
kreće se u smjeru sile.

Nema posla(tj. jednako 0), ako:
1. Sila djeluje, ali se tijelo ne giba.

Na primjer: djelujemo silom na kamen, ali ga ne možemo pomaknuti.

2. Tijelo se giba, a sila je nula ili su sve sile kompenzirane (tj. rezultanta tih sila je 0).
Na primjer: kod kretanja po inerciji ne vrši se rad.
3. Smjer sile i smjer gibanja tijela međusobno su okomiti.

Na primjer: kada se vlak kreće vodoravno, gravitacija ne djeluje.

Rad može biti pozitivan i negativan

1. Ako se smjer sile i smjer gibanja tijela podudaraju, vrši se pozitivan rad.

Na primjer: sila teže, koja djeluje na kap vode koja pada, vrši pozitivan rad.

2. Ako je smjer sile i gibanja tijela suprotan, vrši se negativan rad.

Na primjer: sila gravitacije koja djeluje na balon koji se diže čini negativan rad.

Ako na tijelo djeluje više sila, tada je ukupni rad svih sila jednak radu nastale sile.

Jedinice rada

U čast engleskog znanstvenika D. Joulea jedinica za rad nazvana je 1 Joule.

U Međunarodnom sustavu jedinica (SI):
[A] = J = N m
1J = 1N 1m

Mehanički rad jednak je 1 J ako se tijelo pod djelovanjem sile od 1 N pomakne 1 m u smjeru te sile.

Kada leti od nečijeg palca do kažiprsta
komarac radi - 0,000 000 000 000 000 000 000 000 001 J.

Ljudsko srce izvrši približno 1 J rada po kontrakciji, što odgovara radu pri dizanju tereta težine 10 kg na visinu od 1 cm.

NA POSAO, PRIJATELJI!

Mehanički rad. Jedinice rada.

U svakodnevnom životu sve razumijemo pod pojmom “posao”.

U fizici, pojam Posao nešto drugačije. To je određena fizikalna veličina, što znači da se može mjeriti. U fizici se prvenstveno proučava mehanički rad .

Pogledajmo primjere mehaničkog rada.

Vlak se kreće pod vučnom silom električne lokomotive, a vrši se mehanički rad. Kada se puca iz pištolja, sila pritiska barutnih plinova djeluje - pomiče metak duž cijevi, a brzina metka se povećava.

Iz ovih primjera jasno je da se mehanički rad obavlja kada se tijelo giba pod djelovanjem sile. Mehanički se rad obavlja i u slučaju kada sila koja djeluje na tijelo (npr. sila trenja) smanjuje brzinu njegova gibanja.

U želji da pomaknemo ormarić, snažno ga pritisnemo, ali ako se ne pomakne, onda ne vršimo mehanički rad. Može se zamisliti slučaj kada se tijelo giba bez sudjelovanja sila (po inerciji), pri čemu se također ne vrši mehanički rad.

Tako, mehanički rad se vrši samo kada na tijelo djeluje sila i ono se kreće .

Nije teško razumjeti da što je veća sila koja djeluje na tijelo i što je duži put koji tijelo pod utjecajem te sile prijeđe, to je rad veći.

Mehanički rad izravno je proporcionalan primijenjenoj sili i izravno proporcionalan prijeđenom putu .

Stoga smo se složili da mehanički rad mjerimo umnoškom sile i puta prijeđenog duž ovog smjera te sile:

rad = sila × put

Gdje A- posao, F- snaga i s- prijeđena udaljenost.

Jedinicom rada smatra se rad koji izvrši sila od 1N na putu od 1 m.

Jedinica rada - džul (J ) nazvan po engleskom znanstveniku Jouleu. Tako,

1 J = 1N m.

Također se koristi kilodžula (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

Formula A = Fs primjenjivo kada sila F konstantan i podudara se sa smjerom kretanja tijela.

Ako se smjer sile poklapa sa smjerom gibanja tijela, ta sila vrši pozitivan rad.

Ako se tijelo giba u smjeru suprotnom od smjera djelovanja sile, na primjer, sile trenja klizanja, tada ta sila vrši negativan rad.

Ako je smjer sile koja djeluje na tijelo okomit na smjer gibanja, tada ta sila ne vrši nikakav rad, rad je jednak nuli:

Ubuduće, govoreći o mehaničkom radu, kratko ćemo ga zvati jednom riječju - rad.

Primjer. Izračunajte rad pri podizanju granitne ploče zapremine 0,5 m3 na visinu od 20 m gustoće granita 2500 kg/m3.

S obzirom:

ρ = 2500 kg/m3

Riješenje:

gdje je F sila koja se mora primijeniti da se ploča ravnomjerno podigne. Ova sila je po modulu jednaka sili Fstrand koja djeluje na ploču, tj. F = Fstrand. A silu teže možemo odrediti masom ploče: Ftežina = gm. Izračunajmo masu ploče, znajući njen volumen i gustoću granita: m = ρV; s = h, tj. put je jednak visini dizanja.

Dakle, 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.

Odgovor: A = 245 kJ.

Poluge.Snaga.Energija

Različitim motorima potrebno je različito vrijeme za dovršetak istog posla. Na primjer, dizalica na gradilištu podigne stotine cigli na gornji kat zgrade u nekoliko minuta. Kada bi te cigle pomicao radnik, za to bi mu trebalo nekoliko sati. Još jedan primjer. Konj može preorati hektar zemlje za 10-12 sati, dok traktor s plugom višelamnikom ( raonik- dio pluga koji odozdo reže sloj zemlje i prenosi ga na deponiju; više plugova - mnogo plugova), ovaj posao će biti završen za 40-50 minuta.

Jasno je da dizalica radi isti posao brže od radnika, a traktor radi isti posao brže od konja. Brzinu rada karakterizira posebna veličina koja se naziva snaga.

Snaga je jednaka omjeru rada i vremena u kojem je izvršen.

Da biste izračunali snagu, morate podijeliti rad s vremenom tijekom kojeg je taj posao obavljen. snaga = rad/vrijeme.

Gdje N- snaga, A- posao, t- vrijeme obavljenog posla.

Snaga je konstantna veličina kada se isti rad obavlja svake sekunde; Na određuje prosječnu snagu:

N prosj. = Na . Za jedinicu snage uzima se snaga pri kojoj se J rad izvrši u 1 s.

Ova jedinica se zove vat ( W) u čast drugog engleskog znanstvenika, Watta.

1 vat = 1 džul/1 sekunda, ili 1 W = 1 J/s.

Watt (joule u sekundi) - W (1 J/s).

Veće jedinice snage naširoko se koriste u 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

Primjer. Odredite snagu protoka vode koja teče kroz branu ako je visina pada vode 25 m, a protok 120 m3 u minuti.

S obzirom:

ρ = 1000 kg/m3

Riješenje:

Masa vode koja pada: m = ρV,

m = 1000 kg/m3 120 m3 = 120 000 kg (12 104 kg).

Sila gravitacije koja djeluje na vodu:

F = 9,8 m/s2 120 000 kg ≈ 1 200 000 N (12 105 N)

Rad obavljen protokom u minuti:

A - 1 200 000 N · 25 m = 30 000 000 J (3 · 107 J).

Snaga protoka: N = A/t,

N = 30 000 000 J / 60 s = 500 000 W = 0,5 MW.

Odgovor: N = 0,5 MW.

Različiti motori imaju snage od stotinki i desetinki kilovata (motor električnog brijača, šivaćeg stroja) do stotina tisuća kilovata (vodene i parne turbine).

Tablica 5.

Snaga nekih motora, kW.

Svaki motor ima pločicu (putovnicu motora), koja označava neke podatke o motoru, uključujući njegovu snagu.

Ljudska snaga u normalnim uvjetima rada je u prosjeku 70-80 W. Prilikom skakanja ili trčanja uz stepenice, osoba može razviti snagu do 730 W, au nekim slučajevima i više.

Iz formule N = A/t slijedi da

Za izračun rada potrebno je snagu pomnožiti s vremenom u kojem je taj rad obavljen.

Primjer. Motor sobnog ventilatora ima snagu od 35 vata. Koliki posao obavi za 10 minuta?

Zapišimo uvjete zadatka i riješimo ga.

S obzirom:

Riješenje:

A = 35 W * 600 s = 21 000 W * s = 21 000 J = 21 kJ.

Odgovor A= 21 kJ.

Jednostavni mehanizmi.

Od pamtivijeka se čovjek služi raznim napravama za obavljanje mehaničkog rada.

Svatko zna da se težak predmet (kamen, ormarić, alatni stroj), koji se ne može pomaknuti rukom, može pomaknuti uz pomoć dovoljno dugog štapa - poluge.

Trenutačno se vjeruje da su uz pomoć poluga prije tri tisuće godina, tijekom izgradnje piramida u starom Egiptu, teške kamene ploče pomicane i podignute na velike visine.

U mnogim slučajevima, umjesto podizanja teškog tereta na određenu visinu, može se otkotrljati ili povući na istu visinu duž nagnute ravnine ili podići pomoću blokova.

Uređaji koji služe za pretvaranje sile nazivaju se mehanizmima .

Jednostavni mehanizmi uključuju: poluge i njihove vrste - blok, kapija; nagnuta ravnina i njegove sorte - klin, vijak. U većini slučajeva koriste se jednostavni mehanizmi za dobivanje snage, odnosno za višestruko povećanje sile koja djeluje na tijelo.

Jednostavni mehanizmi nalaze se kako u kućanstvu tako i u svim složenim industrijskim i industrijskim strojevima koji režu, uvijaju i utiskuju velike čelične listove ili izvlače najfinije niti od kojih se potom izrađuju tkanine. Isti mehanizmi mogu se naći u modernim složenim automatskim strojevima, strojevima za tiskanje i brojanje.

Ruka poluge. Ravnoteža sila na poluzi.

Razmotrimo najjednostavniji i najčešći mehanizam - polugu.

Poluga je kruto tijelo koje se može okretati oko nepomičnog nosača.

Slike pokazuju kako radnik koristi pajser kao polugu za podizanje tereta. U prvom slučaju radnik sa silom F pritišće kraj pajsera B, u drugom - podiže kraj B.

Radnik treba savladati težinu tereta P- sila usmjerena okomito prema dolje. Da bi to učinio, okreće polugu oko osi koja prolazi kroz jedini nepomična prijelomna točka je točka njegovog oslonca OKO. Sila F kojom radnik djeluje na polugu manja je sila P, tako radnik prima dobiti na snazi. Pomoću poluge možete podići toliko težak teret da ga sami ne možete podići.

Na slici je prikazana poluga čija je os rotacije OKO(uporišna točka) nalazi se između točaka primjene sila A I U. Druga slika prikazuje dijagram ove poluge. Obje sile F 1 i F 2 koji djeluju na polugu usmjereni su u jednom smjeru.

Najkraći razmak između uporišne točke i pravca duž kojeg sila djeluje na polugu naziva se krak sile.

Da biste pronašli krak sile, potrebno je spustiti okomicu iz uporišne točke na liniju djelovanja sile.

Duljina ove okomice bit će krak te sile. Slika to pokazuje OA- snaga ramena F 1; OB- snaga ramena F 2. Sile koje djeluju na polugu mogu je okretati oko svoje osi u dva smjera: u smjeru kazaljke na satu ili u suprotnom smjeru. Da, snaga F 1 okreće polugu u smjeru kazaljke na satu, a sila F 2 rotira u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Stanje pod kojim je poluga u ravnoteži pod utjecajem sila koje djeluju na nju može se ustanoviti eksperimentalno. Mora se upamtiti da rezultat sile ne ovisi samo o njezinoj numeričkoj vrijednosti (modulu), već io točki u kojoj je primijenjena na tijelo, ili kako je usmjerena.

Različiti utezi obješeni su o polugu (vidi sliku) s obje strane uporišne točke tako da svaki put poluga ostane u ravnoteži. Sile koje djeluju na polugu jednake su težinama tih tereta. Za svaki slučaj mjere se moduli sile i njihova ramena. Iz iskustva prikazanog na slici 154 jasno je da sila 2 N uravnotežuje snagu 4 N. U ovom slučaju, kao što se vidi sa slike, rame manje snage je 2 puta veće od ramena veće snage.

Na temelju takvih pokusa utvrđen je uvjet (pravilo) ravnoteže poluge.

Poluga je u ravnoteži kada su sile koje na nju djeluju obrnuto proporcionalne krakovima tih sila.

Ovo pravilo se može napisati kao formula:

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

Gdje F 1I F 2 - sile koje djeluju na polugu, l 1I l 2 , - ramena ovih sila (vidi sliku).

Pravilo ravnoteže poluge uspostavio je Arhimed oko 287. - 212. godine. PRIJE KRISTA e. (ali u zadnjem odlomku je rečeno da su poluge koristili Egipćani? Ili riječ "uspostavljen" ovdje igra važnu ulogu?)

Iz ovog pravila proizlazi da se manjom silom može uravnotežiti veća sila pomoću poluge. Neka je jedan krak poluge 3 puta veći od drugog (vidi sliku). Tada primjenom sile od npr. 400 N u točki B možete podići kamen težine 1200 N. Za podizanje još većeg tereta potrebno je povećati duljinu kraka poluge na koji djeluje radnik.

Primjer. Radnik pomoću poluge podiže ploču mase 240 kg (vidi sliku 149). Kojom silom djeluje na veći krak poluge od 2,4 m ako je manji krak 0,6 m?

Zapišimo uvjete zadatka i riješimo ga.

S obzirom:

Riješenje:

Prema pravilu ravnoteže poluge, F1/F2 = l2/l1, odakle F1 = F2 l2/l1, gdje je F2 = P težina kamena. Težina kamena asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

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

Odgovor: F1 = 600 N.

U našem primjeru, radnik savladava silu od 2400 N, primjenjujući silu od 600 N na polugu, ali u ovom slučaju, krak na koji radnik djeluje je 4 puta duži od onog na koji djeluje težina kamena. ( l 1 : l 2 = 2,4 m: 0,6 m = 4).

Primjenom pravila poluge, manja sila može uravnotežiti veću silu. U tom slučaju rame manje snage treba biti duže od ramena veće snage.

Trenutak moći.

Već znate pravilo ravnoteže poluge:

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

Koristeći svojstvo proporcije (umnožak njegovih krajnjih članova jednak je umnošku njegovih srednjih članova), zapisujemo ga u ovom obliku:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

Na lijevoj strani jednadžbe je produkt sile F 1 na njenom ramenu l 1, a desno - produkt sile F 2 na njenom ramenu l 2 .

Umnožak modula sile koja rotira tijelo i njegovog ramena naziva se moment sile; označava se slovom M. To znači

Poluga je u ravnoteži pod djelovanjem dviju sila ako je moment sile koja je okreće u smjeru kazaljke na satu jednak momentu sile koja je okreće u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Ovo pravilo se zove pravilo trenutaka , može se napisati kao formula:

M1 = M2

Doista, u eksperimentu koji smo razmatrali (§ 56), djelujuće sile bile su jednake 2 N i 4 N, njihova ramena su iznosila 4 odnosno 2 pritiska poluge, tj. momenti tih sila su isti kada je poluga u ravnoteži .

Moment sile, kao i svaka fizikalna veličina, može se izmjeriti. Za jedinicu momenta sile uzet je moment sile od 1 N, čiji je krak točno 1 m.

Ova jedinica se zove newton metar (N m).

Moment sile karakterizira djelovanje sile i pokazuje da ono istodobno ovisi i o modulu sile i o njezinoj poluzi. Doista, već znamo, na primjer, da djelovanje sile na vrata ovisi i o veličini sile i o tome gdje je sila primijenjena. Što je lakše okretati vrata, to je sila koja djeluje na njih dalje od osi rotacije. Bolje je odvrnuti maticu dugim ključem nego kratkim. Što je lakše podići kantu iz bunara, duža je ručka vrata itd.

Poluge u tehnici, svakodnevnom životu i prirodi.

Pravilo poluge (ili pravilo trenutaka) u pozadini je djelovanja raznih vrsta alata i uređaja koji se koriste u tehnologiji i svakodnevnom životu gdje je potreban dobitak na snazi ​​ili putu.

U radu sa škarama imamo dobitak na snazi. Škare - ovo je poluga(sl.), čija se os rotacije odvija kroz vijak koji povezuje obje polovice škara. Djelujuća sila F 1 je snaga mišića ruke osobe koja drži škare. Protusila F 2 je sila otpora materijala koji se reže škarama. Ovisno o namjeni škara, njihov dizajn varira. Uredske škare, dizajnirane za rezanje papira, imaju duge oštrice i ručke gotovo iste duljine. Rezanje papira ne zahtijeva veliku silu, a dugačka oštrica olakšava rezanje u ravnoj liniji. Škare za rezanje lima (slika) imaju puno dulje ručke od oštrica, budući da je otpor metala velik i da bi se uravnotežila potrebno je značajno povećati krak sile djelovanja. Još je veća razlika između duljine ručki i udaljenosti reznog dijela od osi rotacije rezači žice(Sl.), dizajniran za rezanje žice.

Mnogi strojevi imaju različite vrste poluga. Ručka šivaćeg stroja, pedale ili ručne kočnice bicikla, pedale automobila i traktora i tipke klavira, sve su to primjeri poluga koje se koriste u tim strojevima i alatima.

Primjeri upotrebe poluga su ručke škripaca i radnih stolova, poluga bušilice itd.

Djelovanje polužnih vaga temelji se na principu poluge (sl.). Skale treninga prikazane na slici 48 (str. 42) djeluju kao jednakokraka poluga . U decimalne ljestvice Rame na koje je obješena čaša s utezima je 10 puta duže od ramena koje nosi teret. To znatno olakšava vaganje velikih tereta. Kada vagate teret na decimalnoj vagi, trebali biste masu utega pomnožiti s 10.

Uređaj vaga za vaganje teretnih vagona automobila također se temelji na pravilu poluge.

Poluge se također nalaze u različitim dijelovima tijela životinja i ljudi. To su, na primjer, ruke, noge, čeljusti. Mnoge poluge mogu se pronaći u tijelu kukaca (čitajući knjigu o kukcima i građi njihova tijela), ptica, te u građi biljaka.

Primjena zakona ravnoteže poluge na blok.

Blok To je kotač s utorom, montiran u držač. Kroz utor bloka provlači se uže, sajla ili lanac.

Fiksni blok Ovo je blok čija je os fiksna i ne diže se niti spušta prilikom podizanja tereta (Slika).

Fiksni blok se može smatrati jednakokrakom polugom, u kojoj su krakovi sila jednaki polumjeru kotača (Slika): OA = OB = r. Takav blok ne daje dobitak na snazi. ( F 1 = F 2), ali vam omogućuje promjenu smjera sile. Pomični blok - ovo je blok. čija se os diže i spušta zajedno s teretom (sl.). Na slici je prikazana odgovarajuća poluga: OKO- uporište poluge, OA- snaga ramena R I OB- snaga ramena F. Od ramena OB 2 puta rame OA, zatim snagu F 2 puta manje sile R:

F = P/2 .

Tako, pomični blok daje 2 puta povećanje snage .

To se može dokazati korištenjem pojma momenta sile. Kada je blok u ravnoteži, momenti sila F I R međusobno jednaki. Ali rame snage F 2 puta veća poluga R, a samim tim i sama moć F 2 puta manje sile R.

Obično se u praksi koristi kombinacija fiksnog i pomičnog bloka (sl.). Fiksni blok se koristi samo radi praktičnosti. Ne daje dobitak na snazi, ali mijenja smjer sile. Na primjer, omogućuje vam podizanje tereta dok stojite na tlu. Ovo je korisno za mnoge ljude ili radnike. Međutim, daje dobitak na snazi ​​2 puta veći od uobičajenog!

Jednakost rada pri korištenju jednostavnih mehanizama. "Zlatno pravilo" mehanike.

Jednostavni mehanizmi koje smo razmotrili koriste se pri izvođenju rada u slučajevima kada je potrebno uravnotežiti drugu silu djelovanjem jedne sile.

Naravno, postavlja se pitanje: dok daju dobitak na snazi ​​ili putu, ne daju li jednostavni mehanizmi dobitak na radu? Odgovor na ovo pitanje može se dobiti iz iskustva.

Uravnotežavanjem dviju sila različitih veličina na polugu F 1 i F 2 (sl.), pokrenite polugu. Ispada da je u isto vrijeme točka primjene manje sile F 2 ide dalje s 2, i točku primjene veće sile F 1 - kraći put s 1. Nakon mjerenja ovih putanja i modula sila, nalazimo da su putanje koje prolaze točke primjene sila na polugu obrnuto proporcionalne silama:

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

Tako, djelujući na dugi krak poluge, dobivamo na snazi, ali usput isto toliko gubimo.

Proizvod sile F na putu s posla ima. Naši eksperimenti pokazuju da je rad sila primijenjenih na polugu međusobno jednak:

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

Tako, Kada koristite polugu, nećete moći pobijediti na poslu.

Korištenjem poluge možemo dobiti ili moć ili udaljenost. Primjenom sile na kratki krak poluge dobivamo na udaljenosti, ali isto toliko gubimo na snazi.

Postoji legenda da je Arhimed, oduševljen otkrićem pravila poluge, uzviknuo: “Dajte mi uporišnu točku i preokrenut ću Zemlju!”

Naravno, Arhimed se ne bi mogao nositi s takvim zadatkom čak i da je dobio uporišnu točku (koja je trebala biti izvan Zemlje) i polugu potrebne duljine.

Da bi se zemlja podigla samo 1 cm, dugačak krak poluge bi morao opisati luk ogromne duljine. Trebali bi milijuni godina da se dugi kraj poluge pomakne duž te staze, primjerice, brzinom od 1 m/s!

Stacionarni blok ne daje nikakav dobitak u radu,što je lako eksperimentalno provjeriti (vidi sliku). Putovi koje prolaze točke primjene sila F I F, iste su, sile su iste, pa je stoga i rad isti.

Uz pomoć pokretnog bloka možete mjeriti i uspoređivati ​​obavljeni rad. Da bi se pomoću pomičnog bloka podigao teret na visinu h, potrebno je pomaknuti kraj užeta za koji je pričvršćen dinamometar, kako iskustvo pokazuje (sl.), na visinu od 2h.

Tako, dobivši dvostruki dobitak na snazi, gube dva puta na putu, dakle, pomični blok ne daje dobitak u radu.

Stoljetna praksa je to pokazala Nijedan od mehanizama ne daje dobitak u performansama. Koriste se raznim mehanizmima kako bi pobijedili u snazi ​​ili u putovanju, ovisno o uvjetima rada.

Već su stari znanstvenici znali pravilo primjenjivo na sve mehanizme: koliko god puta pobijedili u snazi, isto toliko puta izgubili u udaljenosti. Ovo pravilo je nazvano "zlatnim pravilom" mehanike.

Učinkovitost mehanizma.

Pri razmatranju dizajna i djelovanja poluge nismo uzeli u obzir trenje, kao ni težinu poluge. pod ovim idealnim uvjetima, rad koji izvrši primijenjena sila (nazvat ćemo ga radom puna), jednako je koristan raditi na dizanju tereta ili svladavanju bilo kakvog otpora.

U praksi je ukupni rad mehanizma uvijek malo veći od korisnog rada.

Dio rada vrši se protiv sile trenja u mehanizmu i pomicanjem njegovih pojedinih dijelova. Dakle, pri korištenju pomičnog bloka morate dodatno obaviti rad na podizanju samog bloka, užeta i odrediti silu trenja u osi bloka.

Koji god mehanizam da uzmemo, koristan rad obavljen uz njegovu pomoć uvijek čini samo dio ukupnog rada. To znači da, označavajući koristan rad slovom Ap, ukupni (utrošeni) rad slovom Az, možemo napisati:

Gore< Аз или Ап / Аз < 1.

Omjer korisnog rada prema ukupnom radu naziva se učinkovitost mehanizma.

Faktor učinkovitosti se skraćeno naziva učinkovitost.

Učinkovitost = Ap / Az.

Učinkovitost se obično izražava u postocima i označava se grčkim slovom η, koje se čita kao "eta":

η = Ap / Az · 100%.

Primjer: Teret mase 100 kg obješen je na kratki krak poluge. Da bi se to podiglo, na dugi krak djeluje sila od 250 N. Teret se podiže na visinu h1 = 0,08 m, dok se točka djelovanja pogonske sile spušta na visinu h2 = 0,4 m učinkovitost poluge.

Zapišimo uvjete zadatka i riješimo ga.

S obzirom :

Riješenje :

η = Ap / Az · 100%.

Ukupni (utrošeni) rad Az = Fh2.

Koristan rad Ap = Rh1

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%.

Odgovor : η = 80%.

Ali "zlatno pravilo" vrijedi iu ovom slučaju. Dio korisnog rada - 20% - troši se na svladavanje trenja u osi poluge i otpora zraka, kao i na kretanje same poluge.

Učinkovitost bilo kojeg mehanizma uvijek je manja od 100%. Prilikom projektiranja mehanizama ljudi nastoje povećati njihovu učinkovitost. Da bi se to postiglo, smanjuje se trenje u osovinama mehanizama i njihova težina.

energija.

U tvornicama i tvornicama strojeve i strojeve pokreću elektromotori, koji troše električnu energiju (odatle naziv).

Komprimirana opruga (sl.), kada je ispravljena, obavlja rad, podiže teret na visinu ili pokreće kolica. Nepomični teret podignut iznad tla ne vrši rad, ali ako taj teret padne, može izvršiti rad (na primjer, može zabiti pilot u zemlju). Svako tijelo koje se kreće ima sposobnost obavljanja rada. Dakle, čelična kugla A (fig) kotrljajući se s nagnute ravnine, udarajući u drveni blok B, pomiče ga na određenu udaljenost. Istovremeno se radi. Ako tijelo ili više tijela koja međusobno djeluju (sustav tijela) mogu obavljati rad, kaže se da imaju energiju. energija - fizikalna veličina koja pokazuje koliki rad tijelo (ili više tijela) može izvršiti. Energija se u SI sustavu izražava u istim jedinicama kao i rad, tj. u džula. Što više rada tijelo može obaviti, to ima više energije. Prilikom obavljanja rada energija tijela se mijenja. Obavljeni rad jednak je promjeni energije. Potencijalna i kinetička energija. Potencijal (od lat. potenciju - mogućnost) energija je energija koja je određena relativnim položajem međusobno djelujućih tijela i dijelova istog tijela. Na primjer, tijelo podignuto u odnosu na površinu Zemlje ima potencijalnu energiju, jer energija ovisi o relativnom položaju njega i Zemlje. i njihovu međusobnu privlačnost. Ako potencijalnu energiju tijela koje leži na Zemlji smatramo jednakom nuli, tada će potencijalna energija tijela podignutog na određenu visinu biti određena radom gravitacije pri padu tijela na Zemlju. Označimo potencijalnu energiju tijela E n, jer E = A, a rad je, kao što znamo, jednak umnošku sile i putanje, dakle A = Fh, Gdje F- gravitacija. To znači da je potencijalna energija En jednaka: E = Fh, ili E = gmh, Gdje g- ubrzanje gravitacije, m- tjelesna masa, h- visina na koju je tijelo podignuto. Voda u rijekama koje drže brane ima ogromnu potencijalnu energiju. Padajući, voda radi, pokreće snažne turbine elektrana. Potencijalna energija kopra čekića (sl.) koristi se u građevinarstvu za izvođenje radova zabijanja pilota. Prilikom otvaranja vrata s oprugom radi se na istezanju (ili sabijanju) opruge. Zbog stečene energije, opruga, kontrahirajući (ili ispravljajući), obavlja rad, zatvarajući vrata. Energija komprimiranih i neupletenih opruga koristi se, primjerice, u satovima, raznim igračkama na navijanje itd. Svako elastično deformirano tijelo ima potencijalnu energiju. Potencijalna energija stlačenog plina koristi se u radu toplinskih strojeva, u udarnim čekićima koji se široko koriste u rudarstvu, u cestogradnji, iskopu tvrdog tla itd. Energija koju tijelo posjeduje kao rezultat svog kretanja naziva se kinetička (od grč. kinema - kretanje) energija. Kinetička energija tijela označava se slovom E Do. Voda koja se kreće, pokreće turbine hidroelektrana, troši svoju kinetičku energiju i vrši rad. Zrak koji se kreće, vjetar, također ima kinetičku energiju. O čemu ovisi kinetička energija? Okrenimo se iskustvu (vidi sliku). Ako lopticu A zakotrljate s različitih visina, primijetit ćete da što je veća visina s koje se loptica kotrlja, to je njena brzina veća i dalje pomiče blok, tj. vrši veći rad. To znači da kinetička energija tijela ovisi o njegovoj brzini. Zbog svoje brzine, metak koji leti ima veliku kinetičku energiju. Kinetička energija tijela ovisi i o njegovoj masi. Napravimo ponovno naš pokus, ali ćemo iz nagnute ravnine kotrljati drugu kuglicu veće mase. Traka B će se pomaknuti dalje, tj. bit će obavljeno više posla. To znači da je kinetička energija druge lopte veća od prve. Što je masa tijela veća i brzina kojom se giba, to je njegova kinetička energija veća. Za određivanje kinetičke energije tijela koristi se formula: Ek = mv^2 /2, Gdje m- tjelesna masa, v- brzina kretanja tijela. Kinetička energija tijela koristi se u tehnici. Voda koju zadržava brana ima, kao što je već rečeno, veliku potencijalnu energiju. Kada voda pada s brane, ona se kreće i ima istu visoku kinetičku energiju. Pokreće turbinu spojenu na generator električne struje. Zbog kinetičke energije vode nastaje električna energija. Energija pokretne vode ima veliki značaj u nacionalnom gospodarstvu. Ta se energija koristi pomoću snažnih hidroelektrana. Energija padajuće vode je ekološki prihvatljiv izvor energije, za razliku od energije goriva. Sva tijela u prirodi, u odnosu na konvencionalnu nultu vrijednost, imaju ili potencijalnu ili kinetičku energiju, a ponekad i obje zajedno. Na primjer, avion koji leti ima i kinetičku i potencijalnu energiju u odnosu na Zemlju. Upoznali smo dvije vrste mehaničke energije. Ostale vrste energije (električna, unutarnja itd.) bit će riječi u drugim dijelovima kolegija fizike. Pretvorba jedne vrste mehaničke energije u drugu. Pojavu transformacije jedne vrste mehaničke energije u drugu vrlo je zgodno promatrati na uređaju prikazanom na slici. Namotavanjem konca na os podiže se disk uređaja. Disk podignut prema gore ima neku potencijalnu energiju. Ako ga pustite, zavrtjet će se i početi padati. Kako pada, potencijalna energija diska se smanjuje, ali istodobno raste njegova kinetička energija. Na kraju pada disk ima toliku rezervu kinetičke energije da se može ponovno podići na gotovo prethodnu visinu. (Dio energije troši se radeći protiv sile trenja, pa disk ne dosegne svoju početnu visinu.) Nakon što se podigne, disk ponovno pada, a zatim se ponovno diže. U ovom eksperimentu, kada se disk pomiče prema dolje, njegova se potencijalna energija pretvara u kinetičku energiju, a kada se pomiče prema gore, kinetička energija se pretvara u potencijalnu energiju. Transformacija energije iz jedne vrste u drugu također se događa kada se sudare dva elastična tijela, na primjer, gumena lopta na podu ili čelična kugla na čeličnoj ploči. Ako čeličnu kuglu (rižu) podignete iznad čelične ploče i pustite je iz ruku, ona će pasti. Kako lopta pada, njena potencijalna energija se smanjuje, a kinetička energija raste, kako se povećava brzina lopte. Kada lopta udari u ploču, i lopta i ploča će biti komprimirane. Kinetička energija koju je posjedovala lopta pretvorit će se u potencijalnu energiju stisnute ploče i stisnute lopte. Tada će, zahvaljujući djelovanju elastičnih sila, ploča i lopta poprimiti svoj prvobitni oblik. Lopta će se odbiti od ploče, a njihova potencijalna energija ponovno će se pretvoriti u kinetičku energiju lopte: lopta će odskočiti brzinom gotovo jednakom brzini koju je imala u trenutku udarca u ploču. Kako se lopta diže prema gore, brzina lopte, a time i njezina kinetička energija, opada, a potencijalna energija raste. Odbivši se od ploče, lopta se diže na gotovo istu visinu s koje je počela padati. Na najvišoj točki uspona sva njegova kinetička energija ponovno će se pretvoriti u potencijalnu. Prirodne pojave obično prati transformacija jedne vrste energije u drugu. Energija se može prenositi s jednog tijela na drugo. Tako se, na primjer, prilikom streličarstva potencijalna energija nategnute tetive luka pretvara u kinetičku energiju leteće strijele.

Ako sila djeluje na tijelo, tada ta sila vrši rad da pomakne to tijelo. Prije definiranja rada tijekom krivocrtnog gibanja materijalne točke, razmotrimo posebne slučajeve:

U ovom slučaju mehanički rad A jednako je:

A= F scos=
,

ili A = Fcos× s = F S × s,

GdjeF S – projekcija snaga kretati se. U ovom slučaju F s = konst, te geometrijsko značenje djela A je površina pravokutnika konstruirana u koordinatama F S , , s.

Nacrtajmo projekciju sile na smjer gibanja F S kao funkcija pomaka s. Predstavimo ukupni pomak kao zbroj n malih pomaka
. Za male ja -th pokret
rad je jednak

ili područje osjenčanog trapeza na slici.

Dovršite mehanički rad da biste se pomaknuli s točke 1 točno 2 bit će jednako:

.

Vrijednost pod integralom predstavljat će elementarni rad infinitezimalnog pomaka
:

- osnovni rad.

Putanju materijalne točke dijelimo na infinitezimalna gibanja i rad sile pomicanjem materijalne točke iz točke 1 točno 2 definiran kao krivolinijski integral:

–rad u zakrivljenom kretanju.

Primjer 1: Rad sile teže
tijekom krivocrtnog gibanja materijalne točke.

.

Unaprijediti kao stalna vrijednost može se uzeti iz predznaka integrala, a integral prema slici će predstavljati puni pomak . .

Označimo li visinu točke 1 od Zemljine površine kroz , i visina točke 2 kroz , To

Vidimo da je u ovom slučaju rad određen položajem materijalne točke u početnom i krajnjem trenutku vremena i ne ovisi o obliku putanje ili staze. Rad gravitacije duž zatvorene staze jednak je nuli:
.

Sile čiji je rad na zatvorenom putu jednak nuli nazivaju sekonzervativan .

Primjer 2 : Rad sile trenja.

Ovo je primjer nekonzervativne sile. Da bismo to pokazali, dovoljno je razmotriti elementarni rad sile trenja:

,

oni. Rad sile trenja uvijek je negativna veličina i ne može biti jednak nuli na zatvorenom putu. Rad izvršen u jedinici vremena naziva se vlast. Ako tijekom vremena
radi se
, tada je snaga jednaka

–mehanička snaga.

Uzimanje
kao

,

dobivamo izraz za snagu:

.

SI jedinica rada je džul:
= 1 J = 1 N 1 m, a jedinica za snagu je vat: 1 W = 1 J/s.

Mehanička energija.

Energija je opća kvantitativna mjera kretanja međudjelovanja svih vrsta tvari. Energija ne nestaje i ne nastaje ni iz čega: može samo prijeći iz jednog oblika u drugi. Pojam energije povezuje sve pojave u prirodi. U skladu s različitim oblicima gibanja materije, razmatraju se različite vrste energije - mehanička, unutarnja, elektromagnetska, nuklearna itd.

Pojmovi energija i rad blisko su povezani jedan s drugim. Poznato je da se rad obavlja zbog zalihe energije i obrnuto, vršenjem rada moguće je povećati zalihu energije u bilo kojem uređaju. Drugim riječima, rad je kvantitativna mjera promjene energije:

.

Energija se, kao i rad u SI, mjeri u džulima: [ E]=1 J.

Mehanička energija je dvije vrste - kinetička i potencijalna.

Kinetička energija (ili energija gibanja) određena je masama i brzinama dotičnih tijela. Promotrimo materijalnu točku koja se kreće pod utjecajem sile . Rad te sile povećava kinetičku energiju materijalne točke
. U ovom slučaju izračunajmo mali prirast (diferencijal) kinetičke energije:

Pri proračunu
Korišten je drugi Newtonov zakon
, i
- modul brzine materijalne točke. Zatim
može se predstaviti kao:

-

- kinetička energija pokretne materijalne točke.

Množenje i dijeljenje ovog izraza sa
, a s obzirom na to
, dobivamo

-

- povezanost količine gibanja i kinetičke energije pokretne materijalne točke.

Potencijalna energija ( ili energija položaja tijela) određena je djelovanjem konzervativnih sila na tijelo i ovisi samo o položaju tijela .

Vidjeli smo da rad gravitacije
uz krivocrtno kretanje materijalne točke
može se prikazati kao razlika u vrijednostima funkcije
, snimljeno u točki 1 i u točki 2 :

.

Ispada da kad god su snage konzervativne, rad tih sila na putu 1
2 može se predstaviti kao:

.

Funkcija , koja ovisi samo o položaju tijela naziva se potencijalna energija.

Onda za elementarni rad dobijemo

–rad je jednak gubitku potencijalne energije.

Inače, možemo reći da se rad obavlja zbog rezerve potencijalne energije.

Veličina , jednaka zbroju kinetičke i potencijalne energije čestice, naziva se ukupna mehanička energija tijela:

–ukupna mehanička energija tijela.

U zaključku napominjemo da pomoću drugog Newtonovog zakona
, diferencijal kinetičke energije
može se predstaviti kao:

.

Diferencijal potencijalne energije
, kao što je gore navedeno, jednako je:

.

Dakle, ako sila – konzervativna sila i nema drugih vanjskih sila, dakle , tj. u tom slučaju očuvana je ukupna mehanička energija tijela.