При подъеме какого-нибудь тела проделанная работа будет равна силе тяжести, умноженной на высоту подъема: WH = FG * s. Поднимая тело на некоторую высоту, мы можем преобразовать работу в энергию. Эта энергия называется потенциальной. Натягивая лук, мы совершаем работу, равную силе тяги, умноженной на расстояние, на которое была оттянута стрела: WS = FS * s. Натянув лук, мы сохраним энергию. Эта энергия называется потенциальной энергией упругих сил. Если транспортное средство увеличивает скорость, это значит, что была проделана работа, направленная на создание и изменение ускорения движения: WB = FB * s = m * a * s. Энергия, сохраненная в виде движения, называется кинетической. Когда мы перемещаем тело, то работа будет равна силе тяги, умноженной на путь: WR = FR * s. Если тело перемещается по неровной поверхности, то появится трение, которое будет причиной возникновения тепла. Таким образом, силы трения совершают работу по преобразованию энергии движения в тепловую энергию. Мощность показывает, насколько быстро совершается работа. Поэтому мощность равна совершенной работе, деленной на время, затраченное на эту работу: P = W / t. 1 Вт равен 1 Дж, деленному на 1 секунду. Энергия может превращаться из одного вида в другой и, самое главное, никакая часть энергии не может пропасть бесследно. Возьмем обыкновенный мяч и на его примере рассмотрим, каким образом различные виды энергии и работы превращаются в другие. Для начала мяч должен упасть. Во время падения мяч движется с определенным ускорением. Его первоначальная потенциальная энергия превратится в кинетическую энергию движения. Из-за сопротивления воздуха часть кинетической энергии перейдет во внутреннюю энергию, и следовательно, температура воздуха внутри мяча поднимется. В сумме энергия останется неизменной. При сжатии мяча с ним будет проделан другой вид работы. Энергия движения мяча превратится в энергию сжатия. В тот момент, когда мяч принимает первоначальную форму, энергия сжатия снова превратится в кинетическую энергию, при этом часть энергии выделится в виде тепла. Мячик подпрыгивает, и кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию. Но мячик не может подпрыгнуть на первоначальную высоту, так как часть энергии уже превратилась в тепло и выделилась в воздух. Мячик будет прыгать до тех пор, пока не остановится на земле. Энергия, которой мяч обладал в начале, превратится во внутреннюю энергию тела и затем рассеется в виде тепла в воздухе. Если бросите с определенной высоты мяч и дождетесь пока он вернется в состояние равновесия, то вся потенциальная энергия перейдет в тепловую энергию. Действие различных машин основано на превращении одного вида энергии в другой. Возьмем, например, автомобиль, в котором химическая энергия бензина превращается в кинетическую энергию движения. При этом возникают различные виды невостребованной энергии, например, тепловая энергия и энергия трения. Та часть первоначальной энергии, которая превратилась в нужный вид энергии, показывает продуктивность действия машины и называется коэффициентом полезного действия (КПД) машины. В обыкновенном автомобиле КПД составляет примерно 20-30 процентов. phscs.ru Энергия — универсальная количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. С различными формами движения материи связывают различные формы энергии: механическую, тепловую, электромагнитную, ядерную и др. В одних явлениях форма движения материи - не изменяется (например, горячее тело нагревает холодное), в других — переходит в другую форму (например, в результате трения механическое движение превращается в тепловое). Однако существенно, что во всех случаях энергия, отданная (в той или иной форме) другому телу, равна энергии, полученной вторым телом. изменение механического движения тела вызывается силами, действующими на него со стороны других тел. Чтобы количественно характеризовать процесс обмена энергией между взаимодействующими телами, в механике рассматривают работу силы, приложенной к данному телу. Если тело движется прямолинейно и на него действует постоянная сила F, составляющая некоторый угол a с направлением перемещения, то работа этой силы равна произведению проекции силы Fs на направление перемещения, умноженной на перемещение точки приложения силы: В общем случае сила может изменяться как по модулю, так и по направлению. Чтобы найти работу переменной силы, пройденный путь разбивают на большое число достаточно малых элементов, чтобы их можно было считать прямолинейными, а действующую силу в любой точке данного элемента — постоянной. Тогда элементарная работа (рис. 14) а работа переменной силы на всем пути MN будет равна сумме элементарных работ: Для вычисления этого интеграла надо знать зависимость Fs от s вдоль траектории MN. Если эта зависимость представлена графически (рис. 15), то искомая работа А определяется заштрихованной на графике площадью. Если, например, тело движется прямолинейно, сила F= const и a= =const, то получим где s — пройденный телом путь (см. также формулу (11.1)). Из формулы (11.2) следует, что при a < p/2 работа силы положительна, в этом случае составляющая Fsi, совпадает по направлению с вектором скорости движения v. Если a > p/2, то работа силы отрицательна, в этом случае работа совершается против данной силы. При a = p/2 (сила направлена перпендикулярно перемещению) работа силы равна нулю. Единица работы — джоуль (Дж):1 Дж - работа, совершаемая силой в 1 Н на пути в 1 м (1 Дж= 1 Нм). Чтобы охарактеризовать скорость совершения работы, вводят понятие мощности. Мощность N есть физическая величина, равная отношению работы DА к промежутку времени Dt, за который она совершена: Если тело движется с постоянной скоростью v под действием силы F, то мощность может быть выражена формул В случае переменной мощности (за малые одинаковые промежутки времени At свершается неодинаковая работа DA) вводится понятие мгновенной мощности: Если мгновенная мощность (11.4) не постоянна, то формула (11.3) определяет среднюю мощность <N>. Единица мощности — ватт (Вт): 1 Вт — мощность, при которой за время 1 с совершается работа в 1 Дж (1 Вт = 1 Дж/с). Работа и энергия. Энергия, работа, мощность. Формулы работа энергия мощность
Работа, энергия, мощность | Физика
Работа и энергия
Если некоторая сила F будет действовать на тело на всем протяжении пути S, то мы сможем вычислить работу A, которую совершает данная сила. Работу можно найти, если силу F умножить на пройденное расстояние S: A = F * S. Единицей измерения работы является джоуль (Дж).Работа по подъему груза → Потенциальная энергия
Работа сил упругости → Потенциальная энергия упругости
Изменение ускорения → Кинетическая энергия
Работа сил трения → Тепловая энергия
Мощность
Мощность измеряется в ваттах (Вт).
Закон сохранения энергии
Коэффициент полезного действия
Работа и энергия. Энергия, работа, мощность
. (11.1)
(14.2)
, т. е. равна произведению проекции силына направление перемещения на скорость тела.
(11.4)Похожие статьи:
poznayka.org
Формулы. Закон сохранения импульса, энергии, работа, мощность
Формулы. Закон сохранения импульса, энергии, работа, мощность.
Импульс тела (материальной точки)
p = mv.Импульс системы тел (материальных точек)
p = Σmv, импульс измеряется в кг•м/с.Изменение импульса тела равно импульсу силы
Δp = FΔt.Изменение импульса системы (двух) тел равно импульсу равнодействующей внешних сил
Δp = (F1 + F2)Δt, где F1, F2 − внешние силы, действующие на отдельные тела системы.Средняя сила за конечный промежуток времени
Fcp = Δp/Δt.Закон сохранения импульса а) Если система замкнута, т. е. внешние силы отсутствуют, или если их сумма равна нулю, то импульс системы сохраняется:
Σp = const. б) Если внешние силы перпендикулярны некоторой оси x, то проекция импульса системы на это направление сохраняется:Σpx = const. в) Если время взаимодействия мало (взрыв, удар), а внешняя сила имеет фиксированную величину (например, mg), то вкладом импульса этой силы FΔt в изменение импульса системы можно пренебречь.Координата центра масс системы тел
xц = (m1x1 + m2x2 + m3x3 + …)/(m1 + m2 + m3 + …), так же для yц, zц.Центр масс симметричного тела однородного тела лежит в центре симметрии. Положение центра совпадает с центром тяжести.
Импульс системы тел равен произведению массы системы на скорость центра масс:
vц = (m1v1 + m2v2 + … +)/(m1 + m2 + …) = p/m.Ускорение центра масс равно ускорению точки массой m, равной массе системы, к которой приложена равнодействующая внешних сил:
Fвн = maц.Общая связь между энергий системы и работой внешних сил
ΔE = E2 − E1 = A. работа и энергия измеряются в джоулях (Дж = Н × м).Механическая работа (определение)
A = FScosα = FSS, где α − угол между силой и перемещением, FS − проекции силы на перемещение.Работа силы, линейно зависящей от перемещения
A = FcpS = (F1S + F2S)S/2, где F1S, F2S − проекции силы на перемещение в начальной и конечной точках.Средняя мощность за время t
Pcp = A/t = FSvcpМгновенная мощность (или просто мощность)
P(t) = Fvcosα = Fvv где α − угол между силой и скоростью точки ее приложения, Fv − проекция силы на направление скорости. Мощность измеряется в ваттах (Вт = Дж/с).Кинетическая энергия материальной точки (поступательного движения тела)
Eк = mv2/2.Кинетическая энергия системы (двух) тел
Eк = m1v12/2 + m2v22/2.Теорема о кинетической энергии
ΔEк = A. изменение кинетической энергии равно работе всех действующих.Изменение потенциальной энергии (для силы тяжести, упругости, кулоновского взаимодействия − любой силы, работа которой не зависит от траектории):
ΔEp = −A. где A − работа самой силы взаимодействия.Потенциальная энергия силы тяжести
Ep = mgh, где h отсчитывается от произвольно выбранного нулевого уровня. Для протяженного тела h − высота центра тяжести.Потенциальная энергия силы упругости
Ep = kx2/2, где за ноль принята энергия недеформированной пружины.Закон сохранения механической энергии. Если в замкнутой системе действуют только силы тяжести, упругости и кулоновского взаимодействия, то механическая энергия системы сохраняется:
Eмех = Eк + Ep = const.Изменение механической энергии под действием внешних сил и внутренних сил трения равно суммарной работе этих сил:
ΔE = Aвн + Amp.Количество энергии, перешедшей во внутреннюю за счет трения (количество выделившейся теплоты), равно абсолютной величине работы сил трения:
Q = −Amp = FmpS.Сохранения энергии замкнутой системы с учетом изменения внутренней энергии
Eмех = Eмех + ΔEвн.При действии диссипативных сил (трение, неупругий удар) ΔEвн = Q ≥ 0 − количество выделившейся теплоты:
Eмех1 = Eмех2 + Q.При выделении энергии (взрыв, работа механизма, человека) Eвыд = −ΔEвн
Eвыд = Eмех2 − Eмех1.Неупругий удар: после удара тела движутся вместе. Выполняется закон со-хранения импульса
m1v1 + m2v2 = (m1 + m2)uУпругий удар. Выполняется закон сохранения энергии и импульса
m1v1 + m2v2 = m1u1 + m2u2,m1v12/2 + m2v22/2 = m1u12/2 + m2u22/2.fizportal.ru
| Щелкните по ссылке "Энергия. Работа. Законы сохранения.", чтобы ознакомиться с презентацией раздела в формате PowerPoint. Для возврата к данной странице закройте окно программы PowerPoint. | |||||||||||||||||
Уравнение движения тела под действием внешней силы имеет вид (рис. 5.1)
или, в проекции на направление движения,
Энергия измеряется в СИ в единицах произведения силы на расстояние, т.е. в ньютонах на метр. 1 Н·м = 1 Дж. Кроме того, в качестве единицы измерения энергии используется внесистемная единица – электрон-вольт (эВ). 1 эВ = 1,6·1019 Дж. При решении задач полезна формула, связывающая кинетическую энергию с импульсом p. Получим её: отсюда
dK = dA. Работа, так же как и кинетическая энергия, измеряется в джоулях. Скорость совершения работы (передачи энергии) называется мощность. Мощность есть работа, совершаемая в единицу времени. Мгновенная мощность , или Средняя мощность Измеряется мощность в ваттах. 1 Вт = 1 Дж/с. |
|||||||||||||||||
ens.tpu.ru
Энергия, работа, мощность — Мегаобучалка
Энергия - универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. С различными формами движения материи связывают различные формы энергии: механическую, тепловую, электромагнитную, ядерную и др. В одних явлениях форма движения материи не изменяется (например, горячее тело нагревает холодное), в других — переходит в иную форму (например, в результате трения механическое движение превращается в тепловое). Однако существенно, что во всех случаях энергия, отданная (в той или иной форме) одним телом другому телу, равна энергии, полученной последним телом.
Изменение механического движения тела вызывается силами, действующими на него со стороны других тел. Чтобы количественно характеризовать процесс обмена энергией между взаимодействующими телами, в механике вводится понятие работы силы.
Если тело движется прямолинейно и на него действует постоянная сила , которая составляет некоторый угол ά с направлением перемещения, то работа этой силы равна произведению проекции силы Fs на направление перемещения (Fs = F cosά), умноженной на перемещение точки приложения силы:
A = Fs s = Fs cosά. (3.1)
В общем случае сила может изменяться как по модулю, так и по направлению, поэтому формулой (3.1) пользоваться нельзя. Если, однако, рассмотреть элементарное перемещение , то силу можно считать постоянной, а движение точки ее приложения - прямолинейным. Элементарной работой силы на перемещении называется скалярная величина
dА = = Fcosά · ds = Fsds,
где ά - угол между векторами и ; ds = | | — элементарный путь; Fs - проекция вектора на вектор (рис. 3.1).
Работа силы на участке траектории от точки 1 до точки 2 равна алгебраической сумме элементарных работ на отдельных бесконечно малых участках пути. Эта сумма приводится к интегралу
A = . (3.2)
Для вычисления этого интеграла надо знать зависимость силы Fs от пути s вдоль тра ектории 1-2. Пусть эта зависимость представлена графически (рис. 2), тогда искомая работа А определяется на графике площадью закрашенной фигуры. Если, например, тело движется прямолинейно, сила F = const и ά = const, то получим
А = ,
где s - пройденный телом путь (см. также формулу (3.1)).
Из формулы (3.1) следует, что при ά < π/2 работа силы положительна, в этом случае составляющая s совпадает по направлению с вектором скорости движения (см. рис. 3.1). Если ά > π/2, то работа силы отрицательна. При ά = π/2 (сила направлена перпендикулярно перемещению) работа силы равна нулю.
Единица работы- джоуль (Дж): 1 Дж - работа, совершаемая силой в 1 Н на пути в 1 м (1 Дж = 1 Н·м).
Чтобы охарактеризовать скорость совершения работы, вводят понятие мощности:
N = (3.4)
За время Δt сила совершает работу , а мощность N, развиваемая этой силой, в данный момент времени равна
N = , (3.5)
т. е. равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется точка приложения этой силы; N - величина скалярная.
Единица мощности - ватт (Вт): 1 Вт - мощность, при которой за время 1 с совершается работа в 1 Дж (1 Вт = 1 Дж/с).
megaobuchalka.ru
Глава 3 Работа и энергия
§11. Энергия, работа, мощность
Энергия — универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. С различными формами движения материи связывают различные формы энергии: механическую, тепловую, электромагнитную, ядерную и др. В одних явлениях форма движения материи не изменяется (например, горячее тело нагревает холодное), в других — переходит в иную форму (например, в результате трения механическое движение превращается в тепловое). Однако существенно, что во всех случаях энергия, отданная (в той или иной форме) одним телом другому телу, равна энергии, полученной последним телом.
Изменение механического движения тела вызывается силами, действующими на него со стороны других тел. Чтобы
количественно характеризовать процесс обмена энергией между взаимодействующими телами, в механике вводится понятие работы силы.
Если тело движется прямолинейно и на него действует постоянная сила F, которая составляет некоторый угол а с направлением перемещения, то работа этой силы равна произведению проекции силы Fs на направление перемещения (Fs =Fcos), умноженной на перемещение точки приложения силы:
A = Fss = Fscos. (11.1)
В общем случае сила может изменяться как по модулю, так и по направлению, поэтому формулой (11.1) пользоваться нельзя. Если, однако, рассмотреть элементарное перемещение dr, то силу F можно считать постоянной, а движение точки ее
22
приложения — прямолинейным. Элементарной работой силы F на перемещении dr называется скалярная величина
dА =Fdr = Fcos•ds=Fsds,
где а — угол между векторами F и dr; ds = |dr| — элементарный путь; Fs — проекция вектора F на вектор dr (рис. 13).
Работа силы на участке траектории от точки 1 до точки 2 равна алгебраической сумме элементарных работ на отдельных бесконечно малых участках пути. Эта сумма приводится к интегралу
Для вычисления этого интеграла надо знать зависимость силы Fs от пути s вдоль траектории 1—2. Пусть эта зависимость представлена графически (рис. 14), тогда искомая работа А определяется на графике площадью закрашенной фигуры. Если, например, тело движется прямолинейно, сила F=const и =const, то получим
где s — пройденный телом путь (см. также формулу (11.1)).
Из формулы (11.1) следует, что при </2 работа силы положительна, в этом случае составляющая Fs совпадает
по направлению с вектором скорости движения v (см. рис. 13). Если >/2, то работа силы отрицательна. При =/2 (сила направлена перпендикулярно перемещению) работа силы равна нулю.
Единица работы — джоуль (Дж): 1 Дж — работа, совершаемая силой в 1 Н на пути в 1 м (1 Дж = 1 Н•м).
Чтобы охарактеризовать скорость совершения работы, вводят понятие мощности:
N=da/dt. (11.3)
За время dt сила F совершает работу Fdr, и мощность, развиваемая этой силой, в данный момент времени
N=Fdr/dt=Fv
т. е. равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется точка приложения этой силы; N — величина скалярная.
Единица мощности — ватт (Вт): 1 Вт — мощность, при которой за время 1 с совершается работа в 1 Дж (1 Вт = 1 Дж/с).
studfiles.net
Связь мощности и энергии в физике равна силе приложенной к телу
Мощность и энергия, работа и мощность. Услышав эти слова, каждый сразу вспомнит школьный курс физики, при этом, не особенно помня детали и тонкости данных понятий. На самом деле человеческая память без постоянного употребления знаний имеет способность забывать некоторые вещи или откладывать их на дальние полки. Примерно так обстоит дело с важными в повседневной жизни понятиями, к которым относятся работа и мощность, энергия и ее виды.
Дефиниция — главное для правильного понимания
Дефиниция или определение — это точное описание термина или понятия. Без этого нельзя полно раскрыть ни одно понятие, особенно если речь идет о физике, любящей точность.
Что такое энергия? Физика дает следующее определение: Энергия — величина, отражающая количественное значение различной степени взаимодействия и движения материи, а также перехода ее из одного состояния в другое. Из определения можно понять, что энергия — это субстанция, которая не может исчезать или возникать из ниоткуда. Она может только преобразовываться из одного состояния в другое. В зависимости от различности форм движения и степени взаимодействия объектов и материи, энергия подразделяется на:- механическую;
- электромагнитную;
- химическую;
- внутреннюю;
- ядерную;
- тепловую.
Физика как наука считает рассмотрение целесообразности применения понятия «энергия» необходимым тогда, когда ее величина остается неизменной во время движения тела, что подразумевает однородность всей системы во времени.
Альберт Эйнштейн
Мощность с точки зрения физического определения, величина, определяющая скорость, с которой потребляется, передается или преобразуется энергия системой или одним телом. Существует прямая связь мощности и энергии, заключающаяся в более обывательском определении данного термина. Мощность в виде формулы можно представить как отношение работы, совершаемой в течение конкретного промежутка времени непосредственно к длительности ее выполнения.
Прозвучало слово «работа». Работа с точки зрения физики есть величина, которая отражает количественное воздействие некоторой прилагаемой к телу или системе силы, имеющей направленность и находящаяся в зависимости от перемещения объекта.
Чему равна энергия в физике?
Существует несколько различных формул, применяемых для расчета энергии и работы. Именно энергии и работы, поскольку если не вдаваться в глубокие подробности, то важно отметить, что эти два понятия тождественные, поскольку количественно обе эти величины принято измерять в единых величинах.
Итак, в зависимости от раздела физики применяются различные формулы для вычисления ее конечного значения. Если взять раздел физики «механика», то энергия равна силе, приложенной к телу, умноженной на длину перемещения. В другом разделе физики, называемом «термодинамика», энергия высчитывается по формуле в виде произведения давления на объем. В электрике энергия будет вычисляться как произведение мощности на время.
Связь энергии и мощности очень тесна, при этом понятия не следует путать. Если говорить об энергии с точки зрения простого обывателя, то в первую очередь, упоминая о работе бытовых приборов никто не говорит о расходованной за секунду энергии, а обычно интерес представляет сколько энергии прибор потребляет за определенное количество времени. Именно это и именуется мощностью, которая вычисляется по формуле: энергия, разделенная на время. Самая известная энергия, это электрическая, измеряемая в ваттах.
Получается, что энергия и мощность есть разные стороны отражения одного явления, но мощность отражает не количественную величину поглощенной энергии, а качественную, то есть скорость ее поглощения.
Работа энергии
Работа, совершаемая энергией, более сложное понятие, для определения которого необходимо знание того, что есть консервативные силы. Консервативные силы — это силы, чья работа не имеет зависимости от путей движения тел и определяется исключительно точкой начала движения и его конца. Ярким примером подобных сил является всем известное притяжение. Энергия, приводящая в действие тела в процессе воздействия на них консервативных сил, именуется потенциальной. Согласно теореме, работа, совершаемая в данном случае, есть величина, отражающая изменение потенциальной энергии, которая берется с противоположным знаком.
Физика: работа, мощность
Работа и мощность с физической точки зрения «сталкиваются» при разговорах об энергетических характеристиках движения. Именно в данном случае вводятся такие понятия, как «механическая работа» и «работа силы». Механическая работа отражает воздействие силы на тело, приводящее к перемещению последнего в пространстве. Именно величина приложения усилия называется механической работой. Работа в международной системе выражается в единицах измерения «джоуль». Один джоуль — это работа, которую совершает сила в 1 ньютон для перемещения некоторого объекта на 1 метр по направлению приложения силы.
Энергия, работа, мощность полностью взаимосвязанные величины, отражающие последовательное воздействие на тело определенных сил.
Энергия — это отражение форм движения и взаимодействия. Если далее прослеживать связь понятий, то движение совершается вследствие работы сил, которые действуют на тело. А мощность отражает скорость совершения работы.
Среди большого количество различных энергии, известных науке, отдельное место занимает тепловая энергия, физика которой заключается в беспорядочном передвижении молекул внутри тела, при этом особенность тепловой энергии состоит в том, что при обращении в иные виды происходит ее потеря.
Назначение данного вида энергии в обычном, ненаучном мире, состоит в количественном отражении теплоты и сама система имеет двухсотлетнюю историю. В настоящее время общепринятыми являются несколько единиц измерения. Чаще всего они употребляются в промышленности, в частности в энергетике:
- Калория. Эта единица измерения, находящаяся вне международной системы и применяющаяся для сравнения тепловой энергии с прочими параметрами;
- Тонна пара. Специфическая единица, которая практически не применяется. С помощью тонны пара исчисляется энергия тепла в особенно крупных количествах и означает она объем пара, получаемый из тонны воды;
- Джоуль. Наиболее широко распространенная единица измерения в науке. Тепловая энергия, выраженная в джоулях, означает количественное значение, сколько ее расходуется за единицу времени или же работу, совершаемую энергией в течение времени;
- Киловатт на час. Эта единица знакома каждому, поскольку она является отражением потребленной электрической энергии и применяется для ее учета.
Работа, энергия, мощность. Физика дает четкие определения всем этим понятиям, которые очень тесно связаны и отражают взаимодействие систем или предметов. Понимания основ позволяет лучше понимать физическую сторону происходящих процессов в окружающей человека действительности.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
madenergy.ru
Поделиться с друзьями: