งานเครื่องกลถูกกำหนดอย่างไร? งานเครื่องกลไม่ใช่อย่างที่คุณคิด

1. จากหลักสูตรฟิสิกส์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 คุณจะรู้ว่าถ้าแรงกระทำต่อร่างกายและเคลื่อนที่ไปในทิศทางของแรงนั้น แรงนั้นก็จะทำงานทางกล กเท่ากับผลคูณของโมดูลัสแรงและโมดูลัสการกระจัด:

ก=ฟส.

หน่วยงานใน SI - จูล (1 จ).

[ก] = [เอฟ][ส] = 1 H 1 ม. = 1 นิวตัน ม. = 1 เจ

หน่วยของงานถือเป็นงานที่ทำโดยใช้กำลัง 1 น ระหว่างทาง 1ม.

ตามสูตรที่ว่างานทางกลจะไม่เกิดขึ้นหากแรงเป็นศูนย์ (ร่างกายอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง) หรือการกระจัดเป็นศูนย์

สมมติว่าเวกเตอร์แรงที่กระทำต่อร่างกายทำให้มุม a กับเวกเตอร์การกระจัด (รูปที่ 65) เนื่องจากร่างกายไม่เคลื่อนที่ในแนวตั้งจึงมีการฉายแรง ปีงบประมาณต่อแกน ยไม่ทำงาน แต่เป็นการฉายพลัง เอฟเอ็กซ์ต่อแกน เอ็กซ์ทำงานได้เท่ากับ ก = ฟ x ส x.

เพราะว่า เอฟเอ็กซ์ = เอฟเพราะก สเอ็กซ์= ส, ที่

ก = ฟสเพราะ

ดังนั้น,

งานของแรงคงที่เท่ากับผลคูณของขนาดของแรงและเวกเตอร์การกระจัดและโคไซน์ของมุมระหว่างเวกเตอร์เหล่านี้

2. ให้เราวิเคราะห์สูตรการทำงานที่ได้

ถ้ามุม a = 0° แล้ว cos 0° = 1 และ ก = ฟส- งานที่ทำเสร็จแล้วจะเป็นค่าบวกและจะมีค่าสูงสุดหากทิศทางของแรงสอดคล้องกับทิศทางของการกระจัด

ถ้ามุม a = 90° แล้ว cos 90° = 0 และ ก= 0 แรงจะไม่ทำงานหากตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกาย ดังนั้นงานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงจะเป็นศูนย์เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ไปตามระนาบแนวนอน งานของแรงที่ให้ความเร่งสู่ศูนย์กลางแก่ร่างกายระหว่างการเคลื่อนที่สม่ำเสมอในวงกลมมีค่าเท่ากับศูนย์ เนื่องจากแรงนี้ ณ จุดใดๆ ของวิถีโคจรตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกาย

ถ้ามุม a = 180° แล้ว cos 180° = –1 และ ก = –ฟส- กรณีนี้เกิดขึ้นเมื่อแรงและการกระจัดหันไปในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นงานที่ทำเสร็จแล้วจึงเป็นค่าลบและมีมูลค่าสูงสุด ตัวอย่างเช่นงานเชิงลบจะดำเนินการโดยแรงเสียดทานแบบเลื่อนเนื่องจากมีทิศทางไปในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกาย

ถ้ามุม a ระหว่างเวกเตอร์แรงและเวกเตอร์การกระจัดเป็นแบบเฉียบพลัน งานนั้นจะเป็นบวก ถ้ามุม a เป็นมุมป้าน งานจะเป็นลบ

3. ขอให้เราได้สูตรในการคำนวณงานของแรงโน้มถ่วง ให้ร่างกายมีมวล มตกลงสู่พื้นอย่างอิสระจากจุดหนึ่ง กตั้งอยู่ที่ระดับความสูง ชม.สัมพันธ์กับพื้นผิวโลก และหลังจากนั้นระยะหนึ่งก็จบลงที่จุดหนึ่ง บี(รูปที่ 66, ก- งานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงมีค่าเท่ากับ

ก = ฟส = มก.

ในกรณีนี้ ทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกายเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของแรงที่กระทำต่อร่างกาย ดังนั้น งานของแรงโน้มถ่วงในระหว่างการตกอย่างอิสระจึงเป็นค่าบวก

หากร่างกายเคลื่อนตัวขึ้นในแนวตั้งจากจุดหนึ่ง บีอย่างแน่นอน ก(รูปที่ 66, ข) จากนั้นการเคลื่อนที่ของมันจะพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงโน้มถ่วง และการทำงานของแรงโน้มถ่วงจะเป็นลบ:

ก= –มก

4. งานที่ทำโดยใช้แรงสามารถคำนวณได้โดยใช้กราฟแรงเทียบกับการกระจัด

สมมติว่าวัตถุเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงคงที่ กราฟโมดูลัสแรงโน้มถ่วง เอฟสายไฟจากโมดูลการเคลื่อนไหวของร่างกาย สเป็นเส้นตรงขนานกับแกนแอบซิสซา (รูปที่ 67) ค้นหาพื้นที่ของสี่เหลี่ยมที่เลือก มันเท่ากับผลคูณของทั้งสองด้าน: ส = เอฟสาย ชม. = มก- ในทางกลับกัน งานของแรงโน้มถ่วงมีค่าเท่ากัน ก = มก.

ดังนั้นงานจึงมีตัวเลขเท่ากับพื้นที่สี่เหลี่ยมที่ล้อมรอบด้วยกราฟ แกนพิกัด และเส้นตั้งฉากที่ยกขึ้นกับแกนแอบซิสซาที่จุด ชม..

ตอนนี้ให้เราพิจารณากรณีที่แรงที่กระทำต่อร่างกายเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการกระจัด แรงดังที่ทราบกันดีคือแรงยืดหยุ่น โมดูลของมันมีค่าเท่ากัน เอฟควบคุม = เคดี ลโดยที่ D ล- การยืดตัวของร่างกาย

สมมติว่าสปริงซึ่งปลายด้านซ้ายได้รับการแก้ไขแล้วถูกบีบอัด (รูปที่ 68, ก- ในเวลาเดียวกัน ปลายด้านขวาก็เลื่อนไปที่ D ล 1. แรงยืดหยุ่นเกิดขึ้นในสปริง เอฟตัวควบคุม 1 หันไปทางขวา

หากตอนนี้เราปล่อยสปริงไว้เอง ปลายด้านขวาของมันจะเลื่อนไปทางขวา (รูปที่ 68, ข) การยืดตัวของสปริงจะเท่ากับ D ล 2 และแรงยืดหยุ่น เอฟแบบฝึกหัดที่ 2

ลองคำนวณงานที่ทำโดยแรงยืดหยุ่นเมื่อเคลื่อนปลายสปริงจากจุดที่มีพิกัด D ล 1 ชี้ด้วยพิกัด D ล 2. เราใช้กราฟการพึ่งพาสำหรับสิ่งนี้ เอฟควบคุม (D ล) (รูปที่ 69) งานที่ทำโดยแรงยืดหยุ่นจะมีค่าเท่ากับพื้นที่ของสี่เหลี่ยมคางหมู เอบีซีดี- พื้นที่ของสี่เหลี่ยมคางหมูเท่ากับผลคูณของผลรวมของฐานและความสูงครึ่งหนึ่งคือ ส = ค.ศ- ในราวสำหรับออกกำลังกาย เอบีซีดีบริเวณ เอบี = เอฟการควบคุม 2 = เคดี ล 2 , ซีดี= เอฟการควบคุม 1 = เคดี ล 1 และส่วนสูง ค.ศ=ง ล 1 – ด ล 2. แทนที่ปริมาณเหล่านี้เป็นสูตรสำหรับพื้นที่สี่เหลี่ยมคางหมู:

ส= (ด ล 1 – ด ล 2) =– .

ดังนั้นเราจึงพบว่างานของแรงยืดหยุ่นเท่ากับ:

ก =– .

5 * . ให้เราสมมุติว่าเป็นวัตถุที่มีมวล มย้ายจากจุดหนึ่ง กอย่างแน่นอน บี(รูปที่ 70) เคลื่อนที่ก่อนโดยไม่มีแรงเสียดทานตามระนาบเอียงจากจุดหนึ่ง กอย่างแน่นอน คแล้วไม่มีแรงเสียดทานตามระนาบแนวนอนจากจุดนั้น คอย่างแน่นอน บี- งานแรงโน้มถ่วงบนไซต์ ซี.บี.เป็นศูนย์เพราะแรงโน้มถ่วงตั้งฉากกับการกระจัด เมื่อเคลื่อนที่ไปตามระนาบเอียง งานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงคือ:

เครื่องปรับอากาศ = เอฟสาย ลบาป เพราะ ลบาป = ชม., ที่ เครื่องปรับอากาศ = ฟุตสาย ชม. = มก.

งานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงเมื่อร่างกายเคลื่อนที่ไปตามวิถี เอซีบีเท่ากับ เอซีบี = เครื่องปรับอากาศ + เอ ซีบี = มก + 0.

ดังนั้น, เอซีบี = มก.

ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นว่างานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของวิถี ขึ้นอยู่กับตำแหน่งเริ่มต้นและตำแหน่งสุดท้ายของร่างกายเท่านั้น

ตอนนี้ให้เราสมมติว่าร่างกายเคลื่อนที่ไปตามวิถีปิด เอบีซีเอ(ดูรูปที่ 70) เมื่อเคลื่อนย้ายร่างกายจากจุดหนึ่ง กอย่างแน่นอน บีตลอดเส้นทาง เอซีบีงานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงก็คือ เอซีบี = มก- เมื่อเคลื่อนย้ายร่างกายจากจุดหนึ่ง บีอย่างแน่นอน กแรงโน้มถ่วงทำงานเป็นลบซึ่งเท่ากับ ปริญญาตรี = –มก- จากนั้นงานของแรงโน้มถ่วงบนวิถีปิด ก = เอซีบี + ปริญญาตรี = 0.

งานที่ทำโดยแรงยืดหยุ่นบนวิถีปิดก็เท่ากับศูนย์เช่นกัน แท้จริงแล้ว สมมติว่าสปริงที่ยังไม่ได้เปลี่ยนรูปในตอนแรกถูกยืดออก และความยาวของสปริงนั้นเพิ่มขึ้น D ล- แรงยืดหยุ่นทำงานได้ ก 1 = . เมื่อกลับสู่สมดุล แรงยืดหยุ่นจะทำงาน ก 2 = . งานทั้งหมดที่ทำโดยแรงยืดหยุ่นเมื่อสปริงถูกยืดออกและกลับสู่สภาวะไม่เปลี่ยนรูปจะเป็นศูนย์

6. งานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงและแรงยืดหยุ่นบนวิถีปิดจะเป็นศูนย์

แรงที่ทำงานบนวิถีปิดใดๆ เป็นศูนย์ (หรือไม่ขึ้นอยู่กับรูปร่างของวิถี) เรียกว่าแรงอนุรักษ์นิยม

กองกำลังที่ทำงานขึ้นอยู่กับรูปร่างของวิถีเรียกว่าไม่อนุรักษ์นิยม

แรงเสียดทานไม่อนุรักษ์นิยม เช่น ร่างกายเคลื่อนจากจุดหนึ่ง 1 อย่างแน่นอน 2 ครั้งแรกเป็นเส้นตรง 12 (รูปที่ 71) แล้วตามเส้นขาด 132 - ในแต่ละส่วนของวิถีจะมีแรงเสียดทานเท่ากัน ในกรณีแรกเป็นการทำงานของแรงเสียดทาน

เอ 12 = –เอฟตร ล 1 ,

และในวินาที -

เอ 132 = เอ 13 + เอ 32, เอ 132 = –เอฟตร ล 2 – เอฟตร ล 3 .

จากที่นี่ เอ 12เอ 132.

7. จากหลักสูตรฟิสิกส์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 คุณจะรู้ว่าคุณลักษณะที่สำคัญของอุปกรณ์ที่ทำงานคือ พลัง.

กำลังคือปริมาณทางกายภาพเท่ากับอัตราส่วนของงานต่อช่วงเวลาที่ทำ:

เอ็น = .

กำลังบ่งบอกถึงความเร็วในการทำงาน

หน่วย SI ของกำลัง - วัตต์ (1 วัตต์).

[เอ็น] === 1 วัตต์

หน่วยของกำลังถือเป็นกำลังที่ใช้ทำงาน 1 จ เสร็จสิ้นแล้วสำหรับ 1 วิ .

คำถามทดสอบตัวเอง

1. งานเรียกว่าอะไร? มีหน่วยงานอะไร?

2. แรงจะทำงานเชิงลบในกรณีใด? งานเชิงบวกเหรอ?

3. สูตรใดใช้คำนวณการทำงานของแรงโน้มถ่วง? แรงยืดหยุ่น?

5. กองกำลังใดที่เรียกว่าอนุรักษ์นิยม? ไม่อนุรักษ์นิยม?

6 * . พิสูจน์ว่างานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงและความยืดหยุ่นไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของวิถี

7. อะไรที่เรียกว่าอำนาจ? หน่วยของกำลังคืออะไร?

ภารกิจที่ 18

1. เด็กผู้ชายที่มีน้ำหนัก 20 กิโลกรัมจะถูกอุ้มอย่างเท่าๆ กันบนเลื่อนโดยใช้แรง 20 นิวตัน เชือกที่ใช้ในการดึงเลื่อนจะทำมุม 30° กับแนวนอน ถ้าเลื่อนเลื่อนไป 100 เมตร แรงยืดหยุ่นที่เกิดขึ้นในเชือกจะทำหน้าที่อะไร?

2. นักกีฬาที่มีน้ำหนัก 65 กก. กระโดดลงน้ำจากแท่นซึ่งอยู่ที่ความสูง 3 เมตรเหนือผิวน้ำ แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อนักกีฬาในขณะที่เขาเคลื่อนตัวขึ้นสู่ผิวน้ำทำงานไปมากแค่ไหน?

3. ภายใต้การกระทำของแรงยืดหยุ่น ความยาวของสปริงข้ออ้อยที่มีความแข็ง 200 N/m ลดลง 4 ซม. แรงยืดหยุ่นทำหน้าที่อะไร

4 * . พิสูจน์ว่าการทำงานของแรงแปรผันเป็นตัวเลขเท่ากับพื้นที่ของรูปซึ่งจำกัดด้วยกราฟของแรงเทียบกับแกนพิกัดและแกนพิกัด

5. แรงฉุดของเครื่องยนต์รถยนต์จะเป็นเท่าใด หากที่ความเร็วคงที่ 108 กม./ชม. ทำให้เกิดกำลัง 55 กิโลวัตต์?

ปล่อยให้ร่างกายที่ถูกแรงกระทำผ่านไป เคลื่อนไปตามวิถีอันกำหนดไว้ ในกรณีนี้ แรงจะเปลี่ยนความเร็วของร่างกาย เพิ่มความเร่ง หรือชดเชยการกระทำของแรงอื่น (หรือแรง) ที่ต่อต้านการเคลื่อนไหว การกระทำบนเส้นทาง s มีลักษณะเฉพาะด้วยปริมาณที่เรียกว่างาน

งานเครื่องกลเป็นปริมาณสเกลาร์เท่ากับผลคูณของการฉายภาพของแรงในทิศทางการเคลื่อนที่ Fs และเส้นทางที่เคลื่อนที่ผ่านจุดที่ใช้แรง (รูปที่ 22):

A = Fs*s(56)

นิพจน์ (56) ใช้ได้ถ้าขนาดของเส้นโครงของแรง Fs ต่อทิศทางการเคลื่อนที่ (เช่น บนทิศทางของความเร็ว) ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อร่างกายเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและแรงที่มีขนาดคงที่ก่อให้เกิดมุมคงที่ α กับทิศทางการเคลื่อนที่ เนื่องจาก Fs = F * cos(α) จึงสามารถให้นิพจน์ (47) อยู่ในรูปแบบต่อไปนี้:

A = F * s * cos(α)

ถ้า เป็นเวกเตอร์การกระจัด งานจะถูกคำนวณเป็นผลคูณสเกลาร์ของเวกเตอร์สองตัว และ :

. (57)

งานเป็นปริมาณพีชคณิต ถ้าแรงและทิศทางการเคลื่อนที่เกิดเป็นมุมแหลม (cos(α) > 0) งานจะเป็นค่าบวก ถ้ามุม α เป็นมุมป้าน (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.

ทำงานเมื่อมีการเคลื่อนที่ภายใต้กำลัง

หากขนาดของการฉายแรงต่อทิศทางการเคลื่อนที่ไม่คงที่ระหว่างการเคลื่อนไหวงานนั้นจะแสดงเป็นส่วนสำคัญ:

. (58)

อินทิกรัลประเภทนี้ในคณิตศาสตร์เรียกว่าอินทิกรัลเชิงโค้งตามวิถี S อาร์กิวเมนต์ที่นี่คือตัวแปรเวกเตอร์ ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้ทั้งขนาดและทิศทาง ภายใต้เครื่องหมายอินทิกรัลเป็นผลคูณสเกลาร์ของเวกเตอร์แรงและเวกเตอร์การกระจัดเบื้องต้น

หน่วยของงานให้ถือเป็นงานที่ทำด้วยแรงเท่ากับหนึ่งและกระทำไปในทิศทางการเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางเท่ากับหนึ่ง ในเอสไอ หน่วยของงานคือจูล (J) ซึ่งเท่ากับงานที่ทำด้วยแรง 1 นิวตันตลอดเส้นทาง 1 เมตร:

1J = 1N * 1ม.

ใน CGS หน่วยของงานคือ erg เท่ากับงานที่ทำด้วยแรง 1 ไดน์ตามเส้นทาง 1 เซนติเมตร 1J = 10 7 เช่น

บางครั้งใช้หน่วยกิโลกรัมเมตรที่ไม่ใช่ระบบ (kg*m) เป็นงานที่ใช้แรง 1 กิโลกรัม ตลอดเส้นทาง 1 เมตร 1 กก.*ม. = 9.81 เจ

มันหมายความว่าอะไร?

ในวิชาฟิสิกส์ “งานเครื่องกล” คืองานที่ใช้แรงบางอย่าง (แรงโน้มถ่วง ความยืดหยุ่น แรงเสียดทาน ฯลฯ) ต่อร่างกาย ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ร่างกายเคลื่อนที่

บ่อยครั้งที่คำว่า "เครื่องกล" ไม่ได้เขียนไว้
บางครั้งคุณอาจเจอสำนวนที่ว่า “ร่างกายได้ทำงานแล้ว” ซึ่งโดยหลักการแล้วหมายถึง “แรงที่กระทำต่อร่างกายได้ทำงานแล้ว”

ฉันคิดว่า - ฉันกำลังทำงานอยู่

ฉันจะไป - ฉันก็ทำงานเหมือนกัน

ที่นี่งานเครื่องกลอยู่ที่ไหน?

หากร่างกายเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรง งานทางกลก็จะเกิดขึ้น

พวกเขาบอกว่าร่างกายทำงานได้
หรือถ้าให้เจาะจงกว่านั้น จะเป็นดังนี้ งานจะกระทำโดยแรงที่กระทำต่อร่างกาย

งานบ่งบอกถึงผลลัพธ์ของแรง

แรงที่กระทำต่อบุคคลนั้นทำงานทางกลไกกับเขา และจากผลของแรงเหล่านี้ บุคคลนั้นจึงเคลื่อนไหว

งานคือปริมาณทางกายภาพเท่ากับผลคูณของแรงที่กระทำต่อร่างกายและเส้นทางที่ร่างกายสร้างขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงในทิศทางของแรงนี้

เอ - งานเครื่องกล
F - ความแข็งแกร่ง
S - ระยะทางที่เดินทาง

งานเสร็จแล้วหากตรงตามเงื่อนไข 2 ประการพร้อมกัน: แรงกระทำต่อร่างกายและแรงนั้น
เคลื่อนที่ไปในทิศทางของแรง

ไม่มีงานทำ(เช่น เท่ากับ 0) ถ้า:
1.แรงกระทำแต่ร่างกายไม่เคลื่อนไหว

ตัวอย่างเช่น: เราออกแรงบังคับกับก้อนหิน แต่ไม่สามารถขยับได้

2. ร่างกายเคลื่อนที่และแรงเป็นศูนย์ หรือแรงทั้งหมดได้รับการชดเชย (นั่นคือ ผลลัพธ์ของแรงเหล่านี้คือ 0)
ตัวอย่างเช่น เมื่อเคลื่อนที่ด้วยแรงเฉื่อย จะไม่มีงานใดเกิดขึ้น
3. ทิศทางของแรงและทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกายตั้งฉากกัน

ตัวอย่างเช่น เมื่อรถไฟเคลื่อนที่ในแนวนอน แรงโน้มถ่วงจะไม่ทำงาน

งานสามารถเป็นบวกและลบได้

1. หากทิศทางของแรงและทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกายตรงกัน งานเชิงบวกก็จะเสร็จสิ้น

ตัวอย่างเช่น: แรงโน้มถ่วงซึ่งกระทำต่อหยดน้ำที่ตกลงมานั้นให้ผลเชิงบวก

2. หากทิศทางของแรงและการเคลื่อนไหวของร่างกายตรงกันข้ามแสดงว่างานด้านลบเสร็จสิ้น

ตัวอย่างเช่น: แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อบอลลูนที่กำลังลอยอยู่จะทำงานเชิงลบ

ถ้าแรงหลายแรงกระทำต่อร่างกาย งานทั้งหมดที่ทำโดยแรงทั้งหมดจะเท่ากับงานที่ทำโดยแรงที่เกิดขึ้น

หน่วยงาน

เพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ D. Joule หน่วยงานนี้มีชื่อว่า 1 Joule

ในระบบหน่วยสากล (SI):
[A] = J = N ม
1J = 1N 1น

งานเครื่องกลมีค่าเท่ากับ 1 J หากวัตถุเคลื่อนที่ไป 1 เมตรในทิศทางของแรงนี้ภายใต้อิทธิพลของแรง 1 N

เมื่อบินจากนิ้วหัวแม่มือของบุคคลไปยังนิ้วชี้ของเขา
ยุงทำงานได้ - 0.000 000 000 000 000 000 000 000 001 J.

หัวใจมนุษย์ทำงานประมาณ 1 J ต่อการหดตัว ซึ่งสอดคล้องกับงานที่ทำเมื่อยกของหนัก 10 กก. ถึงสูง 1 ซม.

ไปทำงานกันเถอะเพื่อน!

งานเครื่องกล. หน่วยงาน.

ในชีวิตประจำวันเราเข้าใจทุกอย่างด้วยแนวคิด “งาน”

ในวิชาฟิสิกส์แนวคิด งานแตกต่างกันบ้าง เป็นปริมาณทางกายภาพที่แน่นอน ซึ่งหมายความว่าสามารถวัดได้ ในวิชาฟิสิกส์จะศึกษาเป็นหลัก งานเครื่องกล .

มาดูตัวอย่างงานเครื่องกลกัน

รถไฟเคลื่อนที่ภายใต้แรงดึงของหัวรถจักรไฟฟ้า และทำงานด้านกลไก เมื่อยิงปืน แรงดันของผงก๊าซจะทำงาน - มันจะเคลื่อนกระสุนไปตามลำกล้อง และความเร็วของกระสุนจะเพิ่มขึ้น

จากตัวอย่างเหล่านี้ เห็นได้ชัดว่างานทางกลเกิดขึ้นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรง งานเครื่องกลยังดำเนินการในกรณีที่แรงที่กระทำต่อวัตถุ (เช่น แรงเสียดทาน) ทำให้ความเร็วในการเคลื่อนที่ลดลง

อยากย้ายตู้ก็กดเข้าไปแรงๆแต่ถ้าไม่ขยับก็ไม่รับงานเครื่องกล เราสามารถจินตนาการถึงกรณีที่ร่างกายเคลื่อนที่โดยไม่มีแรงร่วม (โดยความเฉื่อย) ซึ่งในกรณีนี้ก็ไม่ได้ทำงานทางกลไกเช่นกัน

ดังนั้น, งานทางกลจะทำเฉพาะเมื่อมีแรงกระทำต่อร่างกายและเคลื่อนที่เท่านั้น .

ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเข้าใจว่ายิ่งแรงกระทำต่อร่างกายมากเท่าไร และยิ่งเส้นทางที่ร่างกายเดินทางภายใต้อิทธิพลของแรงนี้ยิ่งนานเท่าไร งานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

งานเครื่องกลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงที่ใช้และเป็นสัดส่วนโดยตรงกับระยะทางที่เคลื่อนที่ .

ดังนั้นเราจึงตกลงที่จะวัดงานเครื่องกลด้วยผลคูณของแรงและเส้นทางที่เคลื่อนที่ไปตามทิศทางของแรงนี้:

งาน = แรง × เส้นทาง

ที่ไหน ก- งาน, เอฟ- ความแข็งแกร่งและ ส- ระยะทางที่เดินทาง

หน่วยของงานถือเป็นงานที่กระทำด้วยแรง 1N บนเส้นทางยาว 1 เมตร

หน่วยงาน - จูล (เจ ) ตั้งชื่อตามจูล นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ดังนั้น,

1 เจ = 1 นิวตัน ม.

ยังใช้ กิโลจูล (เคเจ) .

1 กิโลจูล = 1,000 เจ

สูตร ก = ฟใช้ได้เมื่อมีแรง เอฟสม่ำเสมอและสอดคล้องกับทิศทางการเคลื่อนไหวของร่างกาย

หากทิศทางของแรงเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกาย แรงนี้ก็จะทำงานในเชิงบวก

หากวัตถุเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของแรงที่กระทำ เช่น แรงเสียดทานแบบเลื่อน แรงนี้ก็จะส่งผลลบ

หากทิศทางของแรงที่กระทำต่อร่างกายตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ แรงนี้จะไม่ทำงานใด ๆ งานจะเป็นศูนย์:

ในอนาคตหากพูดถึงงานเครื่องกลจะเรียกสั้นๆ สั้นๆ ว่า งาน

ตัวอย่าง- คำนวณงานที่ทำเมื่อยกแผ่นหินแกรนิตที่มีปริมาตร 0.5 ลบ.ม. ถึงสูง 20 ม. ความหนาแน่นของหินแกรนิตคือ 2,500 กก./ลบ.ม.

ที่ให้ไว้:

ρ = 2,500 กก./ลบ.ม. 3

สารละลาย:

โดยที่ F คือแรงที่ต้องใช้ในการยกแผ่นพื้นขึ้นอย่างสม่ำเสมอ แรงนี้มีหน่วยเป็นโมดูลัสเท่ากับแรง Fstrand ที่กระทำต่อแผ่นคอนกรีต นั่นคือ F = Fstrand และแรงโน้มถ่วงสามารถกำหนดได้จากมวลของแผ่นพื้น: Fweight = gm ลองคำนวณมวลของแผ่นคอนกรีตโดยทราบปริมาตรและความหนาแน่นของหินแกรนิต: m = ρV; s = h นั่นคือ เส้นทางเท่ากับความสูงในการยก

ดังนั้น m = 2,500 กก./ลบ.ม. · 0.5 ลบ.ม. = 1250 กก.

F = 9.8 นิวตัน/กก. · 1250 กก. กลับไปยัง 12,250 นิวตัน

A = 12,250 นิวตัน · 20 ม. = 245,000 จูล = 245 กิโลจูล

คำตอบ: ก = 245 กิโลจูล

คันโยก.พลัง.พลังงาน

เครื่องยนต์ที่ต่างกันต้องใช้เวลาต่างกันในการทำงานเดียวกันให้เสร็จสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น ปั้นจั่นที่ไซต์ก่อสร้างสามารถยกอิฐหลายร้อยก้อนขึ้นไปที่ชั้นบนสุดของอาคารได้ภายในไม่กี่นาที หากคนงานเคลื่อนย้ายอิฐเหล่านี้ อาจต้องใช้เวลาหลายชั่วโมงในการดำเนินการนี้ ตัวอย่างอื่น. ม้าสามารถไถดินได้ 1 เฮกตาร์ในเวลา 10-12 ชั่วโมง ในขณะที่รถแทรคเตอร์ที่มีคันไถหลายส่วน ( คันไถ- ส่วนหนึ่งของคันไถที่ตัดชั้นดินจากด้านล่างแล้วย้ายไปที่กองขยะ คันไถหลายคัน - คันไถหลายคัน) งานนี้จะแล้วเสร็จภายใน 40-50 นาที

เห็นได้ชัดว่าเครนทำงานแบบเดียวกันได้เร็วกว่าคนงาน และรถแทรกเตอร์ก็ทำงานแบบเดียวกันได้เร็วกว่าม้า ความเร็วของงานมีลักษณะเป็นปริมาณพิเศษที่เรียกว่ากำลัง

กำลังเท่ากับอัตราส่วนของงานต่อเวลาที่ดำเนินการ

ในการคำนวณกำลังคุณต้องแบ่งงานตามเวลาที่งานนี้เสร็จกำลัง = งาน/เวลา

ที่ไหน เอ็น- พลัง, ก- งาน, ที- เวลาที่งานเสร็จสิ้น

กำลังคือปริมาณคงที่เมื่อมีการทำงานเดียวกันทุกๆ วินาที ในกรณีอื่นๆ จะเป็นอัตราส่วน ที่กำหนดกำลังเฉลี่ย:

เอ็นเฉลี่ย = ที่ . หน่วยของกำลังถือเป็นกำลังที่งาน J เสร็จใน 1 วินาที

หน่วยนี้เรียกว่าวัตต์ ( ว) เพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษอีกคนคือวัตต์

1 วัตต์ = 1 จูล/1 วินาที, หรือ 1 วัตต์ = 1 เจ/วินาที

วัตต์(จูลต่อวินาที) - W (1 J/s)

หน่วยพลังงานขนาดใหญ่ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี - กิโลวัตต์ (กิโลวัตต์), เมกะวัตต์ (เมกะวัตต์) .

1 เมกะวัตต์ = 1,000,000 วัตต์

1 กิโลวัตต์ = 1,000 วัตต์

1 มิลลิวัตต์ = 0.001 วัตต์

1 วัตต์ = 0.000001 เมกะวัตต์

1 วัตต์ = 0.001 กิโลวัตต์

1 วัตต์ = 1,000 มิลลิวัตต์

ตัวอย่าง- จงหากำลังของกระแสน้ำที่ไหลผ่านเขื่อน หากความสูงของน้ำตกอยู่ที่ 25 เมตร และอัตราการไหลคือ 120 ลบ.ม. ต่อนาที

ที่ให้ไว้:

ρ = 1,000 กก./ลบ.ม

สารละลาย:

มวลน้ำที่ตกลงมา: ม. = ρV,

ม. = 1,000 กก./ลบ.ม. 120 ลบ.ม. = 120,000 กก. (12,104 กก.)

แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อน้ำ:

F = 9.8 ม./วินาที2 120,000 กก. กลับไปยัง 1,200,000 นิวตัน (12,105 นิวตัน)

งานที่ทำโดยการไหลต่อนาที:

A - 1,200,000 นิวตัน · 25 ม. = 30,000,000 จูล (3 · 107 จูล)

พลังการไหล: N = A/t,

N = 30,000,000 จูล / 60 วินาที = 500,000 วัตต์ = 0.5 เมกะวัตต์

คำตอบ: ไม่มี = 0.5 เมกะวัตต์

เครื่องยนต์ต่างๆ มีกำลังตั้งแต่หนึ่งในร้อยถึงสิบของกิโลวัตต์ (มอเตอร์ของมีดโกนหนวดไฟฟ้า จักรเย็บผ้า) ไปจนถึงหลายแสนกิโลวัตต์ (กังหันน้ำและไอน้ำ)

ตารางที่ 5.

กำลังของเครื่องยนต์บางตัว, กิโลวัตต์.

เครื่องยนต์แต่ละเครื่องจะมีป้าย (พาสปอร์ตเครื่องยนต์) ซึ่งระบุข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับเครื่องยนต์ รวมถึงกำลังของเครื่องยนต์ด้วย

กำลังคนภายใต้สภาวะการทำงานปกติอยู่ที่เฉลี่ย 70-80 วัตต์ เมื่อกระโดดหรือวิ่งขึ้นบันไดบุคคลสามารถพัฒนาพลังงานได้สูงถึง 730 W และในบางกรณีก็อาจมากกว่านั้นด้วยซ้ำ

จากสูตร N = A/t จะได้ดังนี้

ในการคำนวณงานจำเป็นต้องคูณกำลังตามเวลาที่ทำงานนี้

ตัวอย่าง. มอเตอร์พัดลมในห้องมีกำลังไฟ 35 วัตต์ เขาทำงานเท่าไหร่ใน 10 นาที?

มาเขียนเงื่อนไขของปัญหาและแก้ไขกัน

ที่ให้ไว้:

สารละลาย:

A = 35 W * 600s = 21,000 W * s = 21,000 J = 21 กิโลจูล

คำตอบ ก= 21 กิโลจูล

กลไกง่ายๆ

ตั้งแต่สมัยโบราณ มนุษย์ได้ใช้อุปกรณ์ต่างๆ เพื่อทำงานเครื่องกล

ทุกคนรู้ดีว่าวัตถุที่มีน้ำหนักมาก (หิน, ตู้, เครื่องมือกล) ซึ่งไม่สามารถเคลื่อนย้ายด้วยมือได้สามารถเคลื่อนย้ายได้โดยใช้คันโยกที่ยาวเพียงพอ - คันโยก

ในขณะนี้เชื่อกันว่าด้วยความช่วยเหลือของคันโยกเมื่อสามพันปีก่อนในระหว่างการก่อสร้างปิรามิดในอียิปต์โบราณแผ่นหินหนักถูกเคลื่อนย้ายและยกขึ้นให้สูงมาก

ในหลายกรณี แทนที่จะยกของหนักจนมีความสูงระดับหนึ่ง ก็สามารถม้วนหรือดึงให้มีความสูงเท่ากันตามแนวระนาบเอียงหรือยกโดยใช้บล็อกได้

อุปกรณ์ที่ใช้ในการแปลงแรงเรียกว่า กลไก .

กลไกง่ายๆ ได้แก่: คันโยกและความหลากหลายของมัน - บล็อกประตู; ระนาบเอียงและพันธุ์ของมัน - ลิ่ม, สกรู- ในกรณีส่วนใหญ่จะใช้กลไกง่าย ๆ เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งนั่นคือเพื่อเพิ่มแรงที่กระทำต่อร่างกายหลาย ๆ ครั้ง

กลไกง่ายๆ พบได้ทั้งในครัวเรือนและในเครื่องจักรอุตสาหกรรมและอุตสาหกรรมที่ซับซ้อนทั้งหมด ซึ่งใช้ตัด บิด และประทับตราแผ่นเหล็กขนาดใหญ่หรือดึงด้ายที่ดีที่สุดเพื่อใช้ในการผลิตผ้า กลไกเดียวกันนี้สามารถพบได้ในเครื่องจักรอัตโนมัติที่ทันสมัย ​​เครื่องพิมพ์ และเครื่องนับจำนวน

แขนคันโยก. ความสมดุลของแรงบนคันโยก

พิจารณากลไกที่ง่ายและธรรมดาที่สุด - คันโยก

คันโยกเป็นตัวถังที่แข็งแรงซึ่งสามารถหมุนรอบจุดรองรับคงที่ได้

รูปภาพแสดงให้เห็นว่าคนงานใช้ชะแลงเป็นคันโยกในการยกของอย่างไร ในกรณีแรกผู้ปฏิบัติงานใช้กำลัง เอฟกดที่ปลายชะแลง บีในวินาที - ยกจุดสิ้นสุด บี.

คนงานจำเป็นต้องเอาชนะน้ำหนักของโหลด ป- แรงพุ่งลงในแนวตั้งลง เมื่อต้องการทำเช่นนี้ให้หมุนชะแลงไปรอบแกนที่ผ่านไปเพียงแกนเดียว ไม่นิ่งจุดแตกหักคือจุดรองรับ เกี่ยวกับ- บังคับ เอฟโดยที่คนงานไปกระทำกับคันโยกจะมีแรงน้อยกว่า ปดังนั้นคนงานจึงได้รับ ได้รับความแข็งแกร่ง- เมื่อใช้คันโยก คุณสามารถยกของหนักที่คุณไม่สามารถยกได้ด้วยตัวเอง

รูปนี้แสดงคันโยกที่มีแกนหมุนอยู่ เกี่ยวกับ(fulcrum) อยู่ระหว่างจุดออกแรง กและ ใน- อีกภาพหนึ่งแสดงไดอะแกรมของคันโยกนี้ แรงทั้งสอง เอฟ 1 และ เอฟ 2 ที่กระทำต่อคันโยกนั้นหันไปในทิศทางเดียว

ระยะห่างที่สั้นที่สุดระหว่างจุดศูนย์กลางและเส้นตรงที่แรงกระทำต่อคันโยกเรียกว่าแขนแห่งแรง

ในการค้นหาแขนของแรง คุณต้องลดแนวตั้งฉากจากจุดศูนย์กลางลงมาจนถึงแนวการกระทำของแรง

ความยาวของเส้นตั้งฉากนี้จะเป็นแขนของแรงนี้ รูปนี้แสดงให้เห็นว่า โอเอ- ความแข็งแรงของไหล่ เอฟ 1; อ.บ- ความแข็งแรงของไหล่ เอฟ 2. แรงที่กระทำต่อคันโยกสามารถหมุนรอบแกนได้สองทิศทาง: ตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา ใช่แล้ว ความแข็งแกร่ง เอฟ 1 หมุนคันโยกตามเข็มนาฬิกาและแรง เอฟ 2 หมุนทวนเข็มนาฬิกา

เงื่อนไขที่คันโยกอยู่ในสมดุลภายใต้อิทธิพลของแรงที่ใช้กับคันโยกสามารถสร้างได้จากการทดลอง ต้องจำไว้ว่าผลลัพธ์ของการกระทำของแรงนั้นไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับค่าตัวเลข (โมดูลัส) เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับจุดที่มันถูกนำไปใช้กับร่างกายหรือวิธีการบังคับทิศทางด้วย

ตุ้มน้ำหนักต่างๆ จะถูกแขวนไว้จากคันโยก (ดูรูป) ที่ทั้งสองด้านของจุดศูนย์กลาง เพื่อให้แต่ละครั้งคันโยกยังคงอยู่ในสมดุล แรงที่กระทำต่อคันโยกจะเท่ากับน้ำหนักของโหลดเหล่านี้ ในแต่ละกรณี โมดูลแรงและไหล่จะถูกวัด จากประสบการณ์ที่แสดงในรูปที่ 154 จะเห็นชัดเจนว่าแรง 2 เอ็นปรับสมดุลแรง 4 เอ็น- ในกรณีนี้ ดังที่เห็นจากรูป ไหล่ที่มีกำลังน้อยกว่าจะมีขนาดใหญ่กว่าไหล่ที่มีกำลังมากกว่า 2 เท่า

จากการทดลองดังกล่าว เงื่อนไข (กฎ) ของความสมดุลของคันโยกจึงถูกสร้างขึ้น

คันโยกจะอยู่ในสภาวะสมดุลเมื่อแรงที่กระทำต่อคันโยกนั้นแปรผกผันกับแขนของแรงเหล่านี้

กฎนี้สามารถเขียนเป็นสูตร:

เอฟ 1/เอฟ 2 = ล 2/ ล 1 ,

ที่ไหน เอฟ 1และเอฟ 2 - แรงที่กระทำต่อคันโยก ล 1และล 2 , - ไหล่ของกองกำลังเหล่านี้ (ดูรูป)

กฎแห่งความสมดุลของคันโยกก่อตั้งขึ้นโดยอาร์คิมีดีสประมาณปี 287 - 212 พ.ศ จ. (แต่ในย่อหน้าสุดท้ายว่ากันว่าชาวอียิปต์ใช้คันโยกหรือเปล่า หรือคำว่า “สถาปนา” มีบทบาทสำคัญในที่นี้?)

จากกฎนี้เป็นไปตามว่าสามารถใช้แรงที่น้อยกว่าเพื่อสร้างสมดุลของแรงที่ใหญ่กว่าได้โดยใช้คันโยก ให้แขนข้างหนึ่งใหญ่กว่าแขนอีกข้างหนึ่ง 3 เท่า (ดูรูป) จากนั้น ด้วยการใช้แรง เช่น 400 N ที่จุด B คุณสามารถยกหินที่มีน้ำหนัก 1,200 N ได้ หากต้องการยกของที่หนักกว่านั้น คุณต้องเพิ่มความยาวของแขนคันโยกที่คนงานทำหน้าที่

ตัวอย่าง- คนงานใช้คันโยกยกแผ่นคอนกรีตที่มีน้ำหนัก 240 กิโลกรัม (ดูรูปที่ 149) เขาใช้แรงอะไรกับแขนคันโยกขนาดใหญ่กว่า 2.4 ม. ถ้าแขนเล็กกว่าคือ 0.6 ม.

มาเขียนเงื่อนไขของปัญหาและแก้ไขกัน

ที่ให้ไว้:

สารละลาย:

ตามกฎสมดุลของคันโยก F1/F2 = l2/l1 โดยที่ F1 = F2 l2/l1 โดยที่ F2 = P คือน้ำหนักของหิน น้ำหนักหิน asd = gm, F = 9.8 N 240 กก. กลับไปยัง 2400 N

จากนั้น F1 = 2400 N · 0.6/2.4 = 600 N

คำตอบ: F1 = 600 นิวตัน

ในตัวอย่างของเรา คนงานเอาชนะแรง 2,400 N โดยส่งแรง 600 N ไปที่คันโยก แต่ในกรณีนี้ แขนที่คนงานกระทำนั้นยาวกว่าแขนที่น้ำหนักของหินกระทำถึง 4 เท่า ( ล 1 : ล 2 = 2.4 ม.: 0.6 ม. = 4)

โดยการใช้กฎแห่งการงัด แรงที่เล็กกว่าจะสามารถปรับสมดุลของแรงที่ใหญ่กว่าได้ ในกรณีนี้ ไหล่ที่มีกำลังน้อยกว่าควรยาวกว่าไหล่ที่มีกำลังมากกว่า

ช่วงเวลาแห่งพลัง

คุณรู้กฎของความสมดุลของคานแล้ว:

เอฟ 1 / เอฟ 2 = ล 2 / ล 1 ,

การใช้คุณสมบัติของสัดส่วน (ผลคูณของสมาชิกสุดขั้วเท่ากับผลคูณของสมาชิกระดับกลาง) เราเขียนมันในรูปแบบนี้:

เอฟ 1ล 1 = เอฟ 2 ล 2 .

ทางด้านซ้ายของความเสมอภาคเป็นผลคูณของแรง เอฟ 1 บนไหล่ของเธอ ล 1 และทางขวา - ผลคูณของแรง เอฟ 2 บนไหล่ของเธอ ล 2 .

ผลคูณของโมดูลัสของแรงหมุนร่างกายและไหล่เรียกว่า ช่วงเวลาแห่งพลัง- ถูกกำหนดด้วยตัวอักษร M ซึ่งหมายถึง

คันโยกจะอยู่ในสภาวะสมดุลภายใต้การกระทำของแรงสองแรง ถ้าโมเมนต์ของแรงที่หมุนตามเข็มนาฬิกาเท่ากับโมเมนต์ของแรงที่หมุนทวนเข็มนาฬิกา

กฎนี้เรียกว่า กฎของช่วงเวลา สามารถเขียนเป็นสูตรได้ดังนี้

M1 = M2

อันที่จริงในการทดลองที่เราพิจารณา (§ 56) แรงกระทำมีค่าเท่ากับ 2 N และ 4 N ไหล่ของพวกมันมีค่าแรงดันคันโยก 4 และ 2 ตามลำดับ กล่าวคือ โมเมนต์ของแรงเหล่านี้จะเท่ากันเมื่อคันโยกอยู่ในสภาวะสมดุล .

โมเมนต์ของแรงสามารถวัดได้เช่นเดียวกับปริมาณทางกายภาพใดๆ หน่วยของโมเมนต์ของแรงถือเป็นโมเมนต์ของแรง 1 นิวตัน ซึ่งแขนของโมเมนต์นั้นยาว 1 เมตรพอดี

หน่วยนี้มีชื่อว่า นิวตันเมตร (เอ็น ม).

โมเมนต์ของแรงเป็นการแสดงลักษณะของแรง และแสดงให้เห็นว่าแรงนั้นขึ้นอยู่กับทั้งโมดูลัสของแรงและการงัดของแรงไปพร้อมๆ กัน อันที่จริง เรารู้อยู่แล้วว่า ตัวอย่างเช่น การกระทำของแรงที่ประตูนั้นขึ้นอยู่กับทั้งขนาดของแรงและตำแหน่งที่แรงนั้นถูกกระทำ ยิ่งเปิดประตูได้ง่ายกว่า แรงที่กระทำต่อประตูก็จะยิ่งอยู่ห่างจากแกนหมุนมากขึ้นเท่านั้น ควรคลายเกลียวน็อตด้วยประแจยาวดีกว่าใช้ประแจสั้น ยิ่งยกถังออกจากบ่อได้ง่ายขึ้น มือจับประตูก็จะยาวขึ้น ฯลฯ

ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี ชีวิตประจำวัน และธรรมชาติ

กฎของการใช้ประโยชน์ (หรือกฎของช่วงเวลา) อยู่ภายใต้การกระทำของเครื่องมือและอุปกรณ์ประเภทต่างๆ ที่ใช้ในเทคโนโลยีและชีวิตประจำวัน ซึ่งจำเป็นต้องมีความแข็งแกร่งหรือการเดินทาง

เรามีความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้นเมื่อทำงานกับกรรไกร กรรไกร - นี่คือคันโยก(รูป) แกนการหมุนที่เกิดขึ้นผ่านสกรูที่เชื่อมต่อกรรไกรทั้งสองซีก ทำหน้าที่บังคับ เอฟ 1 คือ ความแข็งแรงของกล้ามเนื้อมือของผู้จับกรรไกร ตอบโต้ เอฟ 2 คือ แรงต้านของวัสดุที่ตัดด้วยกรรไกร การออกแบบจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของกรรไกร กรรไกรสำนักงานที่ออกแบบมาสำหรับการตัดกระดาษ มีใบมีดยาวและด้ามจับยาวเกือบเท่ากัน การตัดกระดาษไม่จำเป็นต้องใช้แรงมากนัก และใบมีดยาวช่วยให้ตัดเป็นเส้นตรงได้ง่ายขึ้น กรรไกรสำหรับตัดโลหะแผ่น (รูป) มีด้ามจับยาวกว่าใบมีดมาก เนื่องจากแรงต้านทานของโลหะมีขนาดใหญ่ และเพื่อให้สมดุล แขนของแรงกระทำจะต้องเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ความแตกต่างระหว่างความยาวของด้ามจับและระยะห่างของชิ้นส่วนตัดและแกนการหมุนนั้นยิ่งใหญ่กว่า เครื่องตัดลวด(รูป) ออกแบบมาเพื่อตัดลวด

เครื่องจักรหลายเครื่องมีคันโยกประเภทต่างๆ ที่จับของจักรเย็บผ้า แป้นเหยียบหรือเบรกมือของจักรยาน แป้นเหยียบของรถยนต์และรถแทรกเตอร์ และกุญแจของเปียโน ล้วนเป็นตัวอย่างของคันโยกที่ใช้ในเครื่องจักรและเครื่องมือเหล่านี้

ตัวอย่างของการใช้คันโยก ได้แก่ มือจับของรองและโต๊ะทำงาน คันโยกของเครื่องเจาะ ฯลฯ

การทำงานของคันโยกจะขึ้นอยู่กับหลักการของคันโยก (รูปที่) เครื่องชั่งฝึกที่แสดงในรูปที่ 48 (หน้า 42) ทำหน้าที่เป็น คันโยกแขนเท่ากัน - ใน เครื่องชั่งทศนิยมไหล่ที่ใช้ห้อยถ้วยตุ้มน้ำหนักจะยาวกว่าไหล่ที่รับน้ำหนักถึง 10 เท่า ทำให้การชั่งน้ำหนักสิ่งของขนาดใหญ่ง่ายขึ้นมาก เมื่อชั่งน้ำหนักสิ่งของในระดับทศนิยม คุณควรคูณมวลของน้ำหนักด้วย 10

อุปกรณ์เครื่องชั่งสำหรับการชั่งน้ำหนักรถบรรทุกสินค้าของรถยนต์ก็ขึ้นอยู่กับกฎการงัดเช่นกัน

คันโยกยังพบได้ในส่วนต่าง ๆ ของร่างกายของสัตว์และมนุษย์ เหล่านี้ได้แก่ แขน ขา กราม คันโยกหลายชนิดสามารถพบได้ในร่างกายของแมลง (โดยการอ่านหนังสือเกี่ยวกับแมลงและโครงสร้างของร่างกาย) นก และในโครงสร้างของพืช

การใช้กฎสมดุลของคันโยกกับบล็อก

ปิดกั้นเป็นล้อที่มีร่องติดตั้งอยู่ในที่ยึด เชือก สายเคเบิล หรือโซ่ถูกส่งผ่านร่องบล็อก

บล็อกคงที่ สิ่งนี้เรียกว่าบล็อกที่มีแกนคงที่และไม่ขึ้นหรือลงเมื่อยกของหนัก (รูปที่)

บล็อกคงที่ถือได้ว่าเป็นคันโยกที่มีอาวุธเท่ากันซึ่งแขนของแรงจะเท่ากับรัศมีของล้อ (รูป): โอเอ = OB = อาร์- บล็อกดังกล่าวไม่ได้ให้ความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น - เอฟ 1 = เอฟ 2) แต่ให้คุณเปลี่ยนทิศทางของแรงได้ บล็อกเคลื่อนย้ายได้ - นี่คือบล็อก แกนที่ขึ้นและลงพร้อมกับโหลด (รูปที่) รูปภาพแสดงคันโยกที่เกี่ยวข้อง: เกี่ยวกับ- จุดศูนย์กลางของคันโยก โอเอ- ความแข็งแรงของไหล่ รและ อ.บ- ความแข็งแรงของไหล่ เอฟ- ตั้งแต่ไหล่ อ.บไหล่ 2 ครั้ง โอเอแล้วความแข็งแกร่ง เอฟออกแรงน้อยกว่า 2 เท่า ร:

ฉ = พี/2 .

ดังนั้น, บล็อกที่เคลื่อนย้ายได้ให้ความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น 2 เท่า .

สิ่งนี้สามารถพิสูจน์ได้โดยใช้แนวคิดเรื่องโมเมนต์แห่งพลัง เมื่อบล็อกอยู่ในสภาวะสมดุล โมเมนต์ของแรง เอฟและ รเท่ากัน แต่ไหล่แห่งความแข็งแกร่ง เอฟเลเวอเรจ 2 เท่า รและด้วยเหตุนี้เอง อำนาจนั้นเอง เอฟออกแรงน้อยกว่า 2 เท่า ร.

โดยปกติแล้วในทางปฏิบัติจะใช้การรวมกันของบล็อกแบบคงที่และแบบเคลื่อนย้ายได้ (รูปที่) บล็อกคงที่ใช้เพื่อความสะดวกเท่านั้น มันไม่ได้ให้กำลังเพิ่มขึ้น แต่มันเปลี่ยนทิศทางของแรง ตัวอย่างเช่น ช่วยให้คุณสามารถยกของขณะยืนอยู่บนพื้นได้ สิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับคนจำนวนมากหรือคนงาน อย่างไรก็ตาม มันเพิ่มความแข็งแกร่งมากกว่าปกติถึง 2 เท่า!

ความเท่าเทียมกันของงานเมื่อใช้กลไกง่ายๆ "กฎทอง" ของกลศาสตร์

กลไกง่ายๆ ที่เราพิจารณานั้นใช้ในการปฏิบัติงานในกรณีที่จำเป็นต้องสร้างสมดุลของแรงอีกแรงหนึ่งผ่านการกระทำของแรงเดียว

โดยธรรมชาติแล้ว คำถามก็เกิดขึ้น: ในขณะที่ให้อำนาจหรือเส้นทาง กลไกง่ายๆ ไม่ได้ให้ผลประโยชน์ในการทำงานหรอกหรือ? คำตอบสำหรับคำถามนี้ได้มาจากประสบการณ์

โดยการสร้างสมดุลของแรงขนาดต่างกันสองแรงบนคันโยก เอฟ 1 และ เอฟ 2 (รูป) ตั้งคันโยกให้เคลื่อนที่ ปรากฎว่าในขณะเดียวกันก็มีจุดใช้แรงที่เล็กกว่า เอฟ 2 ก้าวต่อไป ส 2 และจุดใช้แรงที่มากขึ้น เอฟ 1 - เส้นทางที่สั้นกว่า ส 1. เมื่อวัดเส้นทางและโมดูลแรงเหล่านี้แล้ว เราพบว่าเส้นทางที่เคลื่อนที่ผ่านจุดที่ใช้แรงบนคันโยกนั้นแปรผกผันกับแรง:

ส 1 / ส 2 = เอฟ 2 / เอฟ 1.

ดังนั้นเมื่อใช้แขนยาวของคันโยกเราจึงได้รับความแข็งแกร่ง แต่ในขณะเดียวกันเราก็สูญเสียไปในจำนวนที่เท่ากันตลอดทาง

สินค้าของแรง เอฟระหว่างทาง สมีงานทำ การทดลองของเราแสดงให้เห็นว่างานที่ทำโดยแรงที่ใช้กับคันโยกนั้นมีค่าเท่ากัน:

เอฟ 1 ส 1 = เอฟ 2 ส 2 คือ ก 1 = ก 2.

ดังนั้น, เมื่อใช้เลเวอเรจ คุณจะไม่สามารถชนะในที่ทำงานได้

ด้วยการใช้เลเวอเรจ เราสามารถได้รับพลังหรือระยะทาง โดยการใช้แรงที่แขนสั้นของคันโยก เราจะได้ระยะทางเพิ่มขึ้น แต่จะสูญเสียความแข็งแกร่งในปริมาณที่เท่ากัน

มีตำนานเล่าว่าอาร์คิมิดีสยินดีกับการค้นพบกฎแห่งการงัดและอุทานว่า "ขอจุดศูนย์กลางให้ฉันแล้วฉันจะพลิกโลก!"

แน่นอนว่า อาร์คิมิดีสไม่สามารถรับมือกับภารกิจดังกล่าวได้ แม้ว่าเขาจะได้รับจุดศูนย์กลาง (ซึ่งควรจะอยู่นอกโลก) และคันโยกที่มีความยาวตามที่กำหนดก็ตาม

ในการยกพื้นโลกให้สูงขึ้นเพียง 1 ซม. แขนยาวของคันโยกจะต้องอธิบายถึงส่วนโค้งที่มีความยาวมหาศาล อาจต้องใช้เวลาหลายล้านปีในการเคลื่อนคันโยกปลายด้านยาวไปตามเส้นทางนี้ เช่น ด้วยความเร็ว 1 เมตร/วินาที!

บล็อกที่อยู่กับที่ไม่ได้ให้ผลกำไรในการทำงานซึ่งง่ายต่อการตรวจสอบด้วยการทดลอง (ดูรูป) เส้นทางที่ผ่านจุดที่ใช้กำลัง เอฟและ เอฟเหมือนกัน แรงเท่ากัน งานจึงเหมือนกัน

คุณสามารถวัดและเปรียบเทียบงานที่ทำโดยใช้บล็อกที่เคลื่อนที่ได้ ในการยกของให้สูง h โดยใช้บล็อกแบบเคลื่อนย้ายได้ จำเป็นต้องขยับปลายเชือกที่ติดไดนาโมมิเตอร์ไว้ ดังประสบการณ์ที่แสดง (รูปที่.) ไปที่ความสูง 2 ชม.

ดังนั้น, เมื่อได้รับความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น 2 เท่าพวกเขาจะสูญเสีย 2 เท่าระหว่างทางดังนั้นบล็อกที่เคลื่อนย้ายได้จึงไม่ให้ประโยชน์ในการทำงาน

การปฏิบัติที่มีมาหลายศตวรรษได้แสดงให้เห็นแล้วว่า ไม่มีกลไกใดที่ทำให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นพวกเขาใช้กลไกต่าง ๆ เพื่อเอาชนะความแข็งแกร่งหรือการเดินทางขึ้นอยู่กับสภาพการทำงาน

นักวิทยาศาสตร์โบราณรู้กฎที่ใช้ได้กับกลไกทั้งหมดแล้ว: ไม่ว่าเราจะชนะด้วยกำลังกี่ครั้งก็ตาม จำนวนครั้งที่เราแพ้ในระยะทางเท่ากัน กฎนี้เรียกว่า "กฎทอง" ของกลศาสตร์

ประสิทธิภาพของกลไก

เมื่อพิจารณาการออกแบบและการทำงานของคันบังคับ เราไม่ได้คำนึงถึงแรงเสียดทานรวมถึงน้ำหนักของคันบังคับด้วย ภายใต้เงื่อนไขในอุดมคติเหล่านี้ งานที่ทำโดยแรงที่ใช้ (เราจะเรียกงานนี้ว่า เต็ม), เท่ากับ มีประโยชน์ทำงานในการยกของหนักหรือเอาชนะแรงต้านใด ๆ

ในทางปฏิบัติ งานทั้งหมดที่ทำโดยกลไกจะมากกว่างานที่มีประโยชน์เล็กน้อยเสมอ

งานส่วนหนึ่งกระทำต่อแรงเสียดทานในกลไกและโดยการเคลื่อนแต่ละชิ้นส่วน ดังนั้นเมื่อใช้บล็อกแบบเคลื่อนย้ายได้ คุณจะต้องทำงานเพิ่มเติมเพื่อยกบล็อกเอง เชือก และกำหนดแรงเสียดทานในแกนของบล็อก

ไม่ว่าเราจะใช้กลไกใดก็ตาม งานที่เป็นประโยชน์ที่ทำด้วยความช่วยเหลือนั้นจะถือเป็นเพียงส่วนหนึ่งของงานทั้งหมดเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าแสดงถึงงานที่มีประโยชน์ด้วยตัวอักษร Ap งานทั้งหมด (ใช้จ่าย) ด้วยตัวอักษร Az เราสามารถเขียนได้:

ขึ้น< Аз или Ап / Аз < 1.

อัตราส่วนของงานที่เป็นประโยชน์ต่องานทั้งหมดเรียกว่าประสิทธิภาพของกลไก

ปัจจัยประสิทธิภาพย่อว่าประสิทธิภาพ

ประสิทธิภาพ = Ap / Az

โดยทั่วไปประสิทธิภาพจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์และแสดงด้วยตัวอักษรกรีก η อ่านว่า "eta":

η = Ap / Az · 100%

ตัวอย่าง: บรรทุกน้ำหนัก 100 กิโลกรัม แขวนไว้ที่แขนสั้นของคันโยก ในการยก จะใช้แรง 250 นิวตันกับแขนยาว โดยยกน้ำหนักขึ้นเป็นความสูง h1 = 0.08 ม. ในขณะที่จุดที่ใช้แรงผลักดันลดลงไปที่ความสูง h2 = 0.4 ม ประสิทธิภาพของคันโยก

มาเขียนเงื่อนไขของปัญหาและแก้ไขกัน

ที่ให้ไว้ :

สารละลาย :

η = Ap / Az · 100%

งานทั้งหมด (ใช้จ่าย) Az = Fh2

งานที่มีประโยชน์ Ap = Рh1

P = 9.8 100 กก. กลับไปยัง 1,000 นิวตัน

Ap = 1,000 N · 0.08 = 80 เจ

Az = 250 N · 0.4 ม. = 100 เจ

η = 80 จูล/100 จูล 100% = 80%

คำตอบ : η = 80%

แต่ "กฎทอง" ก็ใช้ในกรณีนี้เช่นกัน งานที่มีประโยชน์ส่วนหนึ่งของ - 20% - ใช้ไปกับการเอาชนะแรงเสียดทานในแกนของคันโยกและแรงต้านของอากาศตลอดจนการเคลื่อนที่ของคันโยกด้วย

ประสิทธิภาพของกลไกใด ๆ จะน้อยกว่า 100% เสมอ เมื่อออกแบบกลไก ผู้คนมุ่งมั่นที่จะเพิ่มประสิทธิภาพของตน เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ แรงเสียดทานในแกนของกลไกและน้ำหนักจะลดลง

พลังงาน.

ในโรงงานและโรงงาน เครื่องจักรต่างๆ ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งใช้พลังงานไฟฟ้า (จึงเป็นที่มาของชื่อ)

สปริงอัด (รูปที่) เมื่อยืดออกแล้ว จะทำงาน ยกน้ำหนักให้สูง หรือทำให้รถเข็นเคลื่อนที่ได้ ภาระที่อยู่กับที่ซึ่งยกขึ้นเหนือพื้นดินไม่ทำงาน แต่ถ้าภาระนี้ตกลงไป มันก็สามารถทำงานได้ (เช่น ขับกองลงดินได้) ทุกร่างกายที่เคลื่อนไหวมีความสามารถในการทำงาน ดังนั้นลูกบอลเหล็ก A (รูป) กลิ้งลงมาจากระนาบเอียงไปชนบล็อกไม้ B และเคลื่อนมันไปในระยะทางหนึ่ง ในขณะเดียวกันงานก็เสร็จสิ้น หากร่างกายหรือร่างกายที่มีปฏิสัมพันธ์กัน (ระบบของร่างกาย) สามารถทำงานได้ ก็ว่ากันว่าพวกมันมีพลังงาน พลังงาน - ปริมาณทางกายภาพที่แสดงว่าร่างกาย (หรือหลาย ๆ ศพ) สามารถทำงานได้มากเพียงใด พลังงานแสดงในระบบ SI ในหน่วยเดียวกับงานคือ ใน จูล. ยิ่งร่างกายสามารถทำงานได้มากเท่าใด พลังงานก็ยิ่งมีมากขึ้นเท่านั้น เมื่อทำงานเสร็จพลังงานของร่างกายจะเปลี่ยนไป งานที่ทำเสร็จจะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน พลังงานศักย์และพลังงานจลน์ ศักยภาพ (จาก lat.ความแรง - ความเป็นไปได้) พลังงานคือพลังงานที่กำหนดโดยตำแหน่งสัมพัทธ์ของร่างกายที่มีปฏิสัมพันธ์และส่วนต่างๆ ของร่างกายเดียวกัน ตัวอย่างเช่น พลังงานศักย์นั้นถูกครอบครองโดยวัตถุที่ถูกยกขึ้นสัมพันธ์กับพื้นผิวโลก เนื่องจากพลังงานนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งสัมพัทธ์ของมันและโลก และแรงดึงดูดระหว่างกัน หากเราถือว่าพลังงานศักย์ของร่างกายที่นอนบนพื้นโลกเป็นศูนย์ พลังงานศักย์ของร่างกายที่ถูกยกขึ้นให้สูงระดับหนึ่งจะถูกกำหนดโดยงานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงเมื่อร่างกายตกลงสู่พื้นโลก ให้เราแสดงถึงพลังงานศักย์ของร่างกาย อีก็เพราะว่า อี = อและงานอย่างที่เราทราบก็เท่ากับผลคูณของแรงและเส้นทางแล้ว ก = ฉ, ที่ไหน เอฟ- แรงโน้มถ่วง. ซึ่งหมายความว่าพลังงานศักย์ En เท่ากับ: E = Fh หรือ E = gmh ที่ไหน ก- ความเร่งของแรงโน้มถ่วง ม- มวลร่างกาย, ชม.- ความสูงที่ร่างกายยกขึ้น น้ำในแม่น้ำที่เขื่อนยึดไว้มีพลังงานศักย์มหาศาล เมื่อตกลงมา น้ำก็จะทำงาน ขับเคลื่อนกังหันอันทรงพลังของโรงไฟฟ้า พลังงานศักย์ของค้อนเนื้อมะพร้าวแห้ง (รูป) ถูกนำมาใช้ในการก่อสร้างเพื่อขับเคลื่อนงานตอกเสาเข็ม เมื่อเปิดประตูด้วยสปริง จะมีการยืด (หรือบีบอัด) สปริง เนื่องจากพลังงานที่ได้รับ สปริง การหดตัว (หรือการยืดผม) จึงทำงานและปิดประตู พลังงานของสปริงอัดและไม่บิดถูกนำมาใช้ เช่น ในนาฬิกา ของเล่นไขลานต่างๆ เป็นต้น ร่างกายที่มีรูปร่างผิดปกติแบบยืดหยุ่นจะมีพลังงานศักย์พลังงานศักย์ของก๊าซอัดถูกนำมาใช้ในการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน ในทะลุทะลวงซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ ในการก่อสร้างถนน การขุดดินแข็ง เป็นต้น พลังงานที่ร่างกายครอบครองอันเป็นผลมาจากการเคลื่อนไหวเรียกว่าจลน์ (จากภาษากรีก.คิเนมา - การเคลื่อนไหว) พลังงาน พลังงานจลน์ของร่างกายแสดงด้วยตัวอักษร อีถึง. การเคลื่อนย้ายน้ำ การขับเคลื่อนกังหันของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ใช้พลังงานจลน์และทำงานได้ อากาศที่เคลื่อนที่ ลม ก็มีพลังงานจลน์เช่นกัน พลังงานจลน์ขึ้นอยู่กับอะไร? มาดูประสบการณ์กัน (ดูรูป) หากคุณหมุนลูกบอล A จากความสูงที่แตกต่างกัน คุณจะสังเกตเห็นว่ายิ่งลูกบอลกลิ้งจากความสูงมากเท่าใด ความเร็วก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และยิ่งเคลื่อนบล็อกได้ไกลขึ้น กล่าวคือ มันจะทำงานมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าพลังงานจลน์ของร่างกายขึ้นอยู่กับความเร็วของมัน เนื่องจากความเร็ว กระสุนที่บินได้จึงมีพลังงานจลน์สูง พลังงานจลน์ของร่างกายก็ขึ้นอยู่กับมวลของมันด้วย เรามาทำการทดลองกันอีกครั้ง แต่เราจะกลิ้งลูกบอลที่มีมวลมากกว่าอีกลูกหนึ่งจากระนาบเอียง บาร์ B จะก้าวต่อไปนั่นคืองานก็จะเสร็จมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าพลังงานจลน์ของลูกบอลลูกที่สองมากกว่าลูกแรก ยิ่งมวลของร่างกายและความเร็วที่วัตถุเคลื่อนที่มากเท่าไร พลังงานจลน์ของวัตถุก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เพื่อหาพลังงานจลน์ของร่างกาย จะใช้สูตรดังนี้ เอก = mv^2 /2, ที่ไหน ม- มวลร่างกาย, โวลต์- ความเร็วของการเคลื่อนไหวของร่างกาย พลังงานจลน์ของร่างกายถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยี น้ำที่เขื่อนกักเก็บไว้มีพลังงานศักย์มหาศาลดังที่กล่าวไปแล้ว เมื่อน้ำตกลงมาจากเขื่อน มันจะเคลื่อนที่และมีพลังงานจลน์สูงเช่นเดียวกัน มันขับเคลื่อนกังหันที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เนื่องจากพลังงานจลน์ของน้ำ จึงทำให้เกิดพลังงานไฟฟ้า พลังงานในการเคลื่อนย้ายน้ำมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเศรษฐกิจของประเทศ พลังงานนี้ถูกใช้โดยโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่ทรงพลัง พลังงานจากน้ำที่ตกลงมาเป็นแหล่งพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ไม่เหมือนพลังงานเชื้อเพลิง วัตถุทั้งหมดในธรรมชาติสัมพันธ์กับค่าศูนย์ทั่วไป มีทั้งพลังงานศักย์หรือพลังงานจลน์ และบางครั้งทั้งสองก็รวมกัน ตัวอย่างเช่น เครื่องบินที่บินได้มีทั้งพลังงานจลน์และพลังงานศักย์สัมพันธ์กับโลก เราเริ่มคุ้นเคยกับพลังงานกลสองประเภท พลังงานประเภทอื่นๆ (ไฟฟ้า ภายใน ฯลฯ) จะมีการหารือในส่วนอื่นๆ ของหลักสูตรฟิสิกส์ การแปลงพลังงานกลประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่ง ปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนแปลงพลังงานกลประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่งนั้นสะดวกมากในการสังเกตบนอุปกรณ์ที่แสดงในภาพ โดยการพันเกลียวเข้ากับแกน ดิสก์ของอุปกรณ์จะถูกยกขึ้น ดิสก์ที่ถูกยกขึ้นจะมีพลังงานศักย์อยู่บ้าง หากปล่อยไว้ก็จะหมุนและเริ่มร่วงหล่น เมื่อมันตกลงไป พลังงานศักย์ของดิสก์จะลดลง แต่ในขณะเดียวกันพลังงานจลน์ของมันก็จะเพิ่มขึ้น เมื่อสิ้นสุดฤดูใบไม้ร่วง จานจะมีพลังงานจลน์สำรองมากจนสามารถเพิ่มขึ้นอีกครั้งจนเกือบจะสูงเท่าเดิม (พลังงานส่วนหนึ่งถูกใช้ไปเพื่อต้านแรงเสียดทาน ดังนั้นจานจานจึงไปไม่ถึงความสูงเดิม) เมื่อยกขึ้น จานจะตกลงอีกครั้งแล้วจึงลอยขึ้นอีกครั้ง ในการทดลองนี้ เมื่อจานเคลื่อนที่ลง พลังงานศักย์ของมันจะกลายเป็นพลังงานจลน์ และเมื่อมันเคลื่อนขึ้น พลังงานจลน์จะกลายเป็นพลังงานศักย์ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานจากประเภทหนึ่งไปอีกประเภทหนึ่งยังเกิดขึ้นเมื่อวัตถุยืดหยุ่นสองชิ้นชนกัน เช่น ลูกบอลยางบนพื้นหรือลูกบอลเหล็กบนแผ่นเหล็ก หากคุณยกลูกเหล็ก (ข้าว) ขึ้นเหนือแผ่นเหล็กแล้วปล่อยออกจากมือ มันจะตกลงมา เมื่อลูกบอลตก พลังงานศักย์จะลดลง และพลังงานจลน์ของมันจะเพิ่มขึ้นตามความเร็วของลูกบอลเพิ่มขึ้น เมื่อลูกบอลโดนจานทั้งลูกบอลและจานจะถูกบีบอัด พลังงานจลน์ที่ลูกบอลมีจะกลายเป็นพลังงานศักย์ของแผ่นอัดและลูกบอลอัด จากนั้นด้วยการกระทำของแรงยืดหยุ่น จานและลูกบอลจึงกลับคืนสู่รูปร่างเดิม ลูกบอลจะกระเด้งออกจากแผ่นพื้น และพลังงานศักย์ของพวกมันจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ของลูกบอลอีกครั้ง: ลูกบอลจะกระเด้งขึ้นด้วยความเร็วเกือบเท่ากับความเร็วที่มีในขณะที่มันชนแผ่นพื้น เมื่อลูกบอลลอยขึ้น ความเร็วของลูกบอลและพลังงานจลน์ของมันจะลดลง ในขณะที่พลังงานศักย์เพิ่มขึ้น เมื่อกระเด้งออกจากจานลูกบอลก็ลอยขึ้นจนเกือบสูงเท่ากับที่มันเริ่มตกลงมา เมื่อถึงจุดสูงสุดของการเพิ่มขึ้น พลังงานจลน์ทั้งหมดจะกลายเป็นศักย์อีกครั้ง ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติมักมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่ง พลังงานสามารถถ่ายโอนจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่งได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อยิงธนู พลังงานศักย์ของสายธนูที่ดึงออกมาจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของลูกธนูที่กำลังบิน

ถ้าแรงกระทำต่อร่างกาย แรงนี้ก็จะทำงานเพื่อขยับร่างกาย ก่อนที่จะกำหนดงานระหว่างการเคลื่อนที่โค้งของจุดวัสดุ ให้เราพิจารณากรณีพิเศษ:

ในกรณีนี้งานเครื่องกล ก เท่ากับ:

ก= เอฟ สกอส=
,

หรือ A = Fcos× ส = เอฟ ส × ส,

ที่ไหนเอฟ ส – การฉายภาพ ความแข็งแกร่ง ย้าย. ในกรณีนี้ เอฟ ส = ค่าคงที่และความหมายทางเรขาคณิตของงาน กคือพื้นที่ของสี่เหลี่ยมที่สร้างด้วยพิกัด เอฟ ส , , ส.

เรามาพลอตการฉายแรงต่อทิศทางการเคลื่อนที่กันดีกว่า เอฟ สเป็นฟังก์ชันของการกระจัด s ให้เราแทนการกระจัดทั้งหมดเป็นผลรวมของการกระจัดเล็ก n อัน
- สำหรับตัวเล็ก ฉัน -การเคลื่อนไหวครั้งที่
งานก็เท่าเทียมกัน

หรือพื้นที่สี่เหลี่ยมคางหมูแรเงาในรูป

ทำงานทางกลให้เสร็จสิ้นเพื่อย้ายจากจุดหนึ่ง 1 อย่างแน่นอน 2 จะเท่ากับ:

.

ค่าภายใต้อินทิกรัลจะแสดงถึงงานเบื้องต้นของการกระจัดที่เล็กที่สุด
:

- งานพื้นฐาน.

เราแบ่งวิถีการเคลื่อนที่ของจุดวัตถุออกเป็นการเคลื่อนไหวที่น้อยมาก และการทำงานของกำลัง โดยการย้ายจุดวัสดุจากจุดหนึ่ง 1 อย่างแน่นอน 2 กำหนดให้เป็นอินทิกรัลส่วนโค้ง:

–ทำงานในการเคลื่อนที่แบบโค้ง

ตัวอย่างที่ 1: งานแรงโน้มถ่วง
ระหว่างการเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งของจุดวัสดุ

.

ไกลออกไป เนื่องจากสามารถนำค่าคงที่ออกจากเครื่องหมายอินทิกรัลและอินทิกรัลได้ ตามรูปจะแสดงถึงการกระจัดทั้งหมด . .

ถ้าเราแทนความสูงของจุด 1 จากพื้นผิวโลกผ่านทาง และความสูงของจุด 2 ผ่าน , ที่

เราจะเห็นว่าในกรณีนี้งานถูกกำหนดโดยตำแหน่งของจุดวัสดุในช่วงเวลาเริ่มต้นและช่วงเวลาสุดท้าย และไม่ขึ้นอยู่กับรูปร่างของวิถีหรือเส้นทาง งานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงในเส้นทางปิดจะเป็นศูนย์:
.

กองกำลังที่ทำงานบนเส้นทางปิดเป็นศูนย์จะถูกเรียกซึ่งอนุรักษ์นิยม .

ตัวอย่างที่ 2 : งานที่ทำโดยแรงเสียดทาน

นี่คือตัวอย่างของพลังที่ไม่อนุรักษ์นิยม เพื่อแสดงให้เห็นสิ่งนี้ ก็เพียงพอที่จะพิจารณางานเบื้องต้นของแรงเสียดทาน:

,

เหล่านั้น. งานที่ทำโดยแรงเสียดทานจะมีปริมาณเป็นลบเสมอและไม่สามารถเท่ากับศูนย์บนเส้นทางปิดได้ เรียกว่างานที่ทำต่อหน่วยเวลา พลัง- หากในช่วงเวลาดังกล่าว
งานกำลังทำอยู่
แล้วพลังก็เท่ากัน

–พลังกล.

การเอาไป
เช่น

,

เราได้รับการแสดงออกถึงพลัง:

.

หน่วย SI ของงานคือจูล:
= 1 เจ = 1 นิวตัน 1 เมตร และหน่วยของกำลังคือวัตต์: 1 W = 1 J/s

พลังงานกล

พลังงานเป็นการวัดเชิงปริมาณโดยทั่วไปของการเคลื่อนที่ของอันตรกิริยาของสสารทุกประเภท พลังงานจะไม่หายไปและไม่ได้เกิดขึ้นจากความว่างเปล่า มันสามารถผ่านจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งเท่านั้น แนวคิดเรื่องพลังงานเชื่อมโยงปรากฏการณ์ทั้งหมดในธรรมชาติเข้าด้วยกัน ตามรูปแบบการเคลื่อนที่ต่าง ๆ ของสสาร จะพิจารณาพลังงานประเภทต่าง ๆ - เครื่องกล, ภายใน, แม่เหล็กไฟฟ้า, นิวเคลียร์ ฯลฯ

แนวคิดเรื่องพลังงานและงานมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด เป็นที่ทราบกันดีว่างานเสร็จสิ้นเนื่องจากการสำรองพลังงาน และในทางกลับกัน คุณสามารถเพิ่มการสำรองพลังงานในอุปกรณ์ใดก็ได้โดยการทำงาน กล่าวอีกนัยหนึ่ง งานคือการวัดการเปลี่ยนแปลงพลังงานในเชิงปริมาณ:

.

พลังงานก็เหมือนกับงานใน SI ที่วัดเป็นจูล: [ อี]=1 เจ

พลังงานกลมีสองประเภท - จลน์และศักย์

พลังงานจลน์ (หรือพลังงานของการเคลื่อนที่) ถูกกำหนดโดยมวลและความเร็วของวัตถุที่ต้องการ พิจารณาจุดวัตถุที่เคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรง - การทำงานของแรงนี้จะเพิ่มพลังงานจลน์ของจุดวัตถุ
- ในกรณีนี้ ให้เราคำนวณการเพิ่มขึ้นเล็กน้อย (ส่วนต่าง) ของพลังงานจลน์:

เมื่อคำนวณแล้ว
มีการใช้กฎข้อที่สองของนิวตัน
, และ
- โมดูลความเร็วของจุดวัสดุ แล้ว
สามารถแสดงเป็น:

-

- พลังงานจลน์ของจุดวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่.

การคูณและหารนิพจน์นี้ด้วย
และให้สิ่งนั้น
, เราได้รับ

-

- การเชื่อมต่อระหว่างโมเมนตัมและพลังงานจลน์ของจุดวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่.

พลังงานศักย์ (หรือพลังงานของตำแหน่งของร่างกาย) ถูกกำหนดโดยการกระทำของแรงอนุรักษ์ที่มีต่อร่างกายและขึ้นอยู่กับตำแหน่งของร่างกายเท่านั้น .

เราได้เห็นแล้วว่างานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วง
โดยมีการเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งของจุดวัสดุ
สามารถแสดงเป็นผลต่างของค่าฟังก์ชันได้
, ถ่ายตรงจุด 1 และตรงจุด 2 :

.

ปรากฎว่าเมื่อใดก็ตามที่กองกำลังมีการอนุรักษ์การทำงานของกองกำลังเหล่านี้ก็จะอยู่บนเส้นทาง 1
2 สามารถแสดงเป็น:

.

การทำงาน , ซึ่งขึ้นอยู่กับตำแหน่งของร่างกายเท่านั้นเรียกว่าพลังงานศักย์.

แล้วสำหรับงานประถมเราก็ได้

–งานเท่ากับการสูญเสียพลังงานศักย์.

มิฉะนั้นอาจกล่าวได้ว่างานเสร็จสิ้นเนื่องจากการสำรองพลังงานศักย์

ขนาด เท่ากับผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของอนุภาคเรียกว่าพลังงานกลทั้งหมดของร่างกาย:

–พลังงานกลทั้งหมดของร่างกาย.

โดยสรุป เราสังเกตว่าการใช้กฎข้อที่สองของนิวตัน
, ส่วนต่างของพลังงานจลน์
สามารถแสดงเป็น:

.

ส่วนต่างพลังงานศักย์
ตามที่ระบุข้างต้น เท่ากับ:

.

ดังนั้นหากใช้กำลัง – แรงอนุรักษ์นิยมและไม่มีแรงภายนอกอื่นแล้ว , เช่น. ในกรณีนี้ พลังงานกลทั้งหมดของร่างกายจะถูกอนุรักษ์ไว้