Rozdzial 6

PRACA. MOC.
ENERGIA.
1/20
Czym jest energia?
Większość zjawisk w przyrodzie związana jest
z przemianami energii.
Energia może zostać przekazana od jednego ciała do drugiego
lub ulec przemianie z jednej formy w drugą.
2/20
Praca mechaniczna
Siła działająca na ciało wykonuje pracę, gdy:
− podczas działania tej siły następuje przemieszczenie ciała lub
jego odkształcenie,
− kierunki siły i przemieszczenia ciała nie są do siebie
prostopadłe.
3/20
Definicja pracy
mechanicznej
Gdy ciało przesuwa się po linii prostej, pracą nazywamy iloczyn
wartości siły działającej na ciało i wartości jego
przemieszczenia:
W  F s
Wzór ten możemy stosować, gdy:
− Wartość działającej na ciało siły jest stała podczas jego
przesuwania,
− Zwrot siły jest zgodny ze zwrotem przemieszczenia.
4/20
Praca mechaniczna - wykres
Wykres zależności wartości siły od wartości przemieszczenia.
Pracę obliczamy jak pole żółtego prostokąta.
5/20
Praca mechaniczna jednostka
W  F s
Jednostką pracy jest dżul [ J ].
1J=1N1m
Siła o kierunku prostopadłym do przemieszczenia
nie wykonuje pracy.
 
F s

W 0
6/20
Moc
Moc danego urządzenia informuje nas o tym, jaką pracę
wykonuje ono w czasie 1 sekundy.
Mocą urządzenia nazywamy iloraz pracy i czasu, w którym
została ona wykonana:
W
P
t
Gdzie:
P – moc
W – praca
t – czas
7/20
Moc - jednostka
Jednostką mocy jest wat [ W ].
1W 
1J
1s
Moc 1 W to w przybliżeniu moc naszych mięśni, jeśli
podnosimy w czasie 1 s tabliczkę czekolady (100g)
na wysokość 1 m.
8/20
Układ ciał.
Układ ciał – dwa lub więcej oddziałujących wzajemnie ciał.
Siły wewnętrzne układu – siły, którymi ciała tworzące układ działają
na siebie wzajemnie.
Siły zewnętrzne układu – siły pochodzące od ciał spoza układu.
9/20
Energia mechaniczna
Mówimy, że układ ciał jest zdolny do wykonania pracy, jeżeli
posiada on energie mechaniczną.
Przyrost energii mechanicznej układu ΔE jest równy pracy sił
zewnętrznych, wykonanej nad tym układem:
ΔE = W
Wracając do poprzedniego stanu, układ może (kosztem
swojej energii) wykonać pracę o takiej samej wartości.
Jednostką energii jest dżul [ J ].
10/20
Energia mechaniczna
Energię mechaniczną dzielimy na:
− energię potencjalną (grawitacji i sprężystości),
− energię kinetyczną.
Energia potencjalna ciała zależy od jego położenia
względem drugiego ciała, z którym oddziałuje.
Energia potencjalna grawitacji zmienia się gdy zmienia
się odległość ciała od Ziemi.
Energia potencjalna sprężystości jest związana
z odkształceniem ciała.
11/20
Energia potencjalna
Energię potencjalną grawitacji ciała o masie m umieszczonego
na wysokości h nad tzw. poziomem zerowym obliczamy za
pomocą wzoru:
Ep  m g  h
g = 10 m/s2
- przyspieszenie ziemskie
12/20
Energia kinetyczna
Energię kinetyczna związana jest z ruchem ciała.
Każde ciało, które w danym układzie odniesienia jest
w ruchu, posiada w tym układzie energię kinetyczną .
Energię kinetyczna obliczamy ze wzoru:
1
2
Ek  m  v
2
m – masa ciała
v – szybkość ciała
13/20
Energia kinetyczna
Energia kinetyczna nie zależy od kierunku i zwrotu prędkości
ciała.
Ek ~
2
v
v  2 razy

Ek  4 razy
v  3 razy

Ek  9 razy
14/20
Zasada zachowania energii
Zasada zachowania energii:
Jeśli ciała układu oddziałują na siebie tylko siłami grawitacyjnymi lub
sprężystości, a siła zewnętrzna nie wykonuje nad nim pracy, to całkowita
energia mechaniczna czyli suma energii potencjalnej i kinetycznej tego
układu, nie ulega zmianie.
EC  E p  Ek  const
15/20
Zasada zachowania energii
1 2 1 2
mgh  mgh1  mv1  mv
2
2
16/20
Sprawność
Zasada zachowania energii mechanicznej nie jest w praktyce spełniona.
Przyczyny: siły oporu i tarcie. Pojawia się inny rodzaj energii.
Sprawność maszyny obliczamy ze wzoru:
gdzie:
W
  100 %
E
 – sprawność
W – praca użyteczna wykonana przez maszynę
E – energia dostarczona maszynie
17/20
Maszyny proste
Maszyny proste – ułatwiają wykonywanie pracy przez
zastąpienie jednej siły inną (o innej wartości, kierunku,
zwrocie lub punkcie przyłożenia).
18/20
Dźwignia dwustronna
Warunek równowagi dźwigni dwustronnej:
r1
F1
F1  r1  F2  r2
r2
F2
r – długość ramienia siły
F – działająca siła (ciężar ciała)
DOŚWIADCZENIE OBOWIĄZKOWE:
Wyznaczanie masy ciała za pomocą dźwigni dwustronnej, innego ciała o znanej masie i linijki.
19/20
Praca
Praca wykonana za pomocą dźwigni jest taka sama jak bez
jej użycia (działamy siłą o mniejszej wartości, ale na
dłuższej drodze)
20/20