Formula fizike prosječne snage. Formula i definicija mehaničke snage

Ako trebate da dovedete agregate u jedan sistem, trebat će vam naš pretvarač energije - online pretvarač. A ispod možete pročitati kako se mjeri snaga.

Snaga je fizička veličina jednaka odnosu rada obavljenog u određenom vremenskom periodu i tog vremenskog perioda.

Kako se mjeri snaga?

Jedinice snage koje su poznate svakom studentu i koje su prihvaćene u međunarodnoj zajednici su vati. Ime je dobio po naučniku J. Wattu. Označava se latinskim W ili Tue.

1 vat je jedinica snage koja proizvodi 1 džul rada u sekundi. Vat je jednak snazi ​​struje čija je snaga 1 amper, a napon 1 volt. U inženjerstvu se po pravilu koriste megavati i kilovati. 1 kilovat je jednak 1000 vati.
Snaga se mjeri u erg po sekundi. 1 erg u sekundi Jednako 10 na minus sedmu potenciju vata. U skladu s tim, 1 vat je jednak 10 na sedmu potenciju erg/sec.

I vansistemske "konjske snage" takođe se smatraju jedinicom snage. U promet je uveden u osamnaestom vijeku i nastavlja se koristiti u automobilskoj industriji do danas. Označava se na sljedeći način:

• L.S. (na ruskom),
• HP (na engleskom).
• PS (na njemačkom),
• CV (na francuskom).

Prilikom prevođenja snage, zapamtite da u Runetu postoji nezamisliva zbrka pri pretvaranju konjskih snaga u vatove. U Rusiji, zemljama ZND i nekim drugim državama, 1 KS. iznosi 735,5 vati. U Engleskoj i Americi, 1 KS je 745,7 vati.

Zdravo! Da biste izračunali fizičku veličinu koja se zove snaga, koristite formulu gdje je fizička veličina - rad podijeljen s vremenom za koje je ovaj rad obavljen.

izgleda ovako:

P, W, N=A/t, (W=J/s).

Ovisno o udžbenicima i dijelovima fizike, snaga u formuli može se označiti slovima P, W ili N.

Energija se najčešće koristi u dijelovima fizike i nauke kao što su mehanika, elektrodinamika i elektrotehnika. U svakom slučaju, snaga ima svoju formulu za izračunavanje. Za naizmjeničnu i jednosmjernu struju također je drugačije. Vatmetri se koriste za mjerenje snage.

Sada znate da se snaga mjeri u vatima. Na engleskom, watt je watt, međunarodna oznaka je W, ruska skraćenica je W. Ovo je važno zapamtiti, jer svi kućanski aparati imaju takav parametar.

Snaga je skalarna veličina, nije vektor, za razliku od sile, koja može imati smjer. U mehanici, opći oblik formule snage može se napisati na sljedeći način:

P=F*s/t, gdje je F=A*s,

Iz formula se može vidjeti kako umjesto A zamjenjujemo silu F pomnoženu putanjom s. Kao rezultat toga, snaga se u mehanici može zapisati kao sila pomnožena brzinom. Na primjer, automobil, koji ima određenu snagu, prisiljen je da uspori kada vozi uzbrdo, jer to zahtijeva više snage.

Prosječna ljudska snaga je uzeta kao 70-80 vati. Snaga automobila, aviona, brodova, raketa i industrijskih postrojenja često se mjeri u konjskim snagama. Konjske snage su korištene mnogo prije uvođenja vati. Jedna konjska snaga je jednaka 745,7W. Štaviše, u Rusiji je prihvaćeno da l. sa. iznosi 735,5 vati.

Ako iznenada za 20 godina u intervjuu među prolaznicima slučajno pitate o snazi, i sjetite se da je snaga omjer rada A obavljenog u jedinici vremena t. Ako to možete reći, prijatno iznenadite publiku. Zaista, u ovoj definiciji, glavna stvar koju treba zapamtiti je da je ovdje djelitelj rad A, a djeljivo vrijeme je t. Kao rezultat toga, imajući posla i vremena, i podijelivši prvo sa drugim, dobit ćemo dugo očekivanu moć.

Prilikom odabira u trgovinama važno je obratiti pažnju na snagu uređaja. Što je čajnik jači, brže će zagrijati vodu. Snaga klima uređaja određuje koliko prostora može rashladiti bez ekstremnog opterećenja motora. Što je veća snaga električnog uređaja, što više struje troši, više struje će trošiti, to je veća i naplata električne energije.

U opštem slučaju, električna snaga se određuje formulom:

gdje je I struja, U je napon

Ponekad se čak i mjeri u volt-amperima, zapisano kao V * A. U volt-amperima se mjeri ukupna snaga, a da bi se izračunala aktivna snaga, ukupna snaga se mora pomnožiti sa koeficijentom performansi (COP) uređaja, tada dobijamo aktivnu snagu u vatima.

Često uređaji kao što su klima uređaj, frižider, pegla rade ciklično, uključuju se i isključuju sa termostata, a njihova prosečna snaga tokom ukupnog vremena rada može biti mala.

U AC krugovima, pored koncepta trenutne snage, koja se poklapa sa općom fizičkom snagom, postoje aktivna, jalova i prividna snaga. Prividna snaga jednaka je zbroju aktivne i jalove snage.

Za mjerenje snage koriste se elektronski uređaji - vatmetri. Jedinica mjere Watt, dobila je ime u čast izumitelja poboljšane parne mašine, koja je revolucionirala elektrane tog vremena. Zahvaljujući ovom izumu ubrzao se razvoj industrijskog društva, pojavili su se vozovi, parobrodi, fabrike koje su koristile snagu parne mašine za kretanje i proizvodnju proizvoda.

Svi smo se mnogo puta susreli sa konceptom moći. Na primjer, različite automobile karakterizira različita snaga motora. Također, električni uređaji mogu imati različitu snagu, čak i ako imaju istu svrhu.

Snaga je fizička veličina koja karakteriše brzinu rada.

odnosno mehanička snaga je fizička veličina koja karakteriše brzinu mehaničkog rada:

To jest, snaga je rad u jedinici vremena.

Snaga u SI sistemu se mjeri u vatima: [ N] = [W].

1 W je 1 J rada obavljenog u 1 sekundi.

Postoje i druge jedinice snage, na primjer, kao što su konjske snage:

U konjskim snagama se najčešće mjeri snaga motora automobila.

Vratimo se na formulu za snagu: Znamo formulu po kojoj se računa rad: Stoga možemo transformirati izraz za moć:

Tada u formuli imamo omjer modula pomaka i vremenskog intervala. Ovo je, kao što znate, brzina:

Samo imajte na umu da u rezultirajućoj formuli koristimo modul brzine, budući da ne dijelimo samo kretanje vremenom, već njegov modul. dakle, snaga je jednaka proizvodu modula sile, modula brzine i kosinusa ugla između njihovih pravaca.

Ovo je sasvim logično: recimo, snaga klipa se može povećati povećanjem sile njegovog djelovanja. Primjenom veće sile, on će u isto vrijeme obaviti više posla, odnosno povećati snagu. Ali čak i ako ostavite silu konstantnom i natjerate klip da se kreće brže, to će nesumnjivo povećati rad obavljen u jedinici vremena. Stoga će se snaga povećati.

Primjeri rješavanja problema.

Zadatak 1. Snaga motocikla je 80 KS. Krećući se vodoravnim dijelom, motociklista razvija brzinu jednaku 150 km / h. Istovremeno, motor radi sa 75% svoje maksimalne snage. Odredite silu trenja koja djeluje na motocikl.

Zadatak 2. Lovac, pod dejstvom konstantne sile potiska usmerene pod uglom od 45° prema horizontu, ubrzava od 150 m/s do 570 m/s. Istovremeno, vertikalna i horizontalna brzina borca ​​se povećavaju za isti iznos u svakom trenutku vremena. Masa lovca je 20 tona.Ako je lovac ubrzavao jedan minut, kolika je onda snaga njegovog motora?

Svako tijelo koje se kreće može se opisati kao rad. Drugim riječima, karakterizira djelovanje sila.

Rad je definisan kao:
Proizvod modula sile i putanje koju pređe tijelo, pomnožen kosinusom ugla između smjera sile i kretanja.

Rad se mjeri u džulima:
1 [J] = = [kg* m2/s2]

Na primjer, tijelo A je pod djelovanjem sile od 5 N prešlo 10 m. Odrediti rad koji je izvršilo tijelo.

Kako su smjer kretanja i djelovanje sile isti, ugao između vektora sile i vektora pomaka bit će jednak 0°. Formula je pojednostavljena jer je kosinus ugla od 0° 1.

Zamjenom početnih parametara u formulu, nalazimo:
A= 15 J.

Razmotrimo još jedan primjer, tijelo mase 2 kg, koje se kreće ubrzanjem od 6 m/s2, prešlo je 10 m. Odrediti rad koji je izvršilo tijelo ako se kretalo prema gore duž nagnute ravni pod uglom od 60°.

Za početak izračunavamo koju silu treba primijeniti da bi tijelo obavijestilo o ubrzanju od 6 m / s2.

F = 2 kg * 6 m/s2 = 12 H.
Pod dejstvom sile od 12H, telo je prešlo 10 m. Rad se može izračunati pomoću već poznate formule:

Gdje je a jednako 30°. Zamjenom početnih podataka u formulu dobijamo:
A= 103,2 J.

Snaga

Mnoge mašine sa mehanizmima obavljaju isti posao u različitom vremenskom periodu. Da bismo ih uporedili, uvodi se koncept moći.
Snaga je vrijednost koja pokazuje količinu obavljenog posla u jedinici vremena.

Snaga se mjeri u vatima, prema škotskom inženjeru Jamesu Wattu.
1 [Watt] = 1 [J/s].

Na primjer, velika dizalica podigla je teret težak 10 tona na visinu od 30 m za 1 minut. Mala dizalica je podigla 2 tone cigli na istu visinu za 1 minut. Uporedite kapacitete dizalica.
Definirajte radove koje obavljaju dizalice. Opterećenje raste za 30m, savladavajući silu gravitacije, pa će sila utrošena na podizanje tereta biti jednaka sili interakcije između Zemlje i tereta (F=m*g). A rad je proizvod sila i udaljenosti koju pređe roba, odnosno visina.

Za veliku dizalicu A1 = 10.000 kg * 30 m * 10 m / s2 = 3.000.000 J, a za malu dizalicu A2 = 2.000 kg * 30 m * 10 m / s2 = 600.000 J.
Snaga se može izračunati dijeljenjem rada s vremenom. Obje dizalice podigle su teret za 1 min (60 sekundi).

Odavde:
N1 = 3.000.000 J/60 s = 50.000 W = 50 kW.
N2 = 600.000 J / 60 s = 10.000 W = 10 kW.
Iz gornjih podataka jasno se vidi da je prva dizalica 5 puta snažnija od druge.

Mehanički rad. Jedinice rada.

U svakodnevnom životu pod pojmom "rad" razumijemo sve.

U fizici, koncept Posao donekle drugačije. Ovo je određena fizička veličina, što znači da se može izmjeriti. U fizici, studij je prvenstveno mehanički rad .

Razmotrimo primjere mehaničkog rada.

Voz se kreće pod dejstvom vučne sile električne lokomotive, dok obavlja mehanički rad. Kada se puca iz pištolja, sila pritiska barutnih plinova radi - pomiče metak duž cijevi, dok se brzina metka povećava.

Iz ovih primjera se može vidjeti da se mehanički rad vrši kada se tijelo kreće pod djelovanjem sile. Mehanički rad se izvodi i u slučaju kada sila koja djeluje na tijelo (na primjer, sila trenja) smanjuje brzinu njegovog kretanja.

Želeći pomjeriti ormarić, silom ga pritisnemo, ali ako se ne pomiče u isto vrijeme, onda ne izvodimo mehanički rad. Može se zamisliti slučaj kada se tijelo kreće bez sudjelovanja sila (po inerciji), u ovom slučaju se mehanički rad također ne izvodi.

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

Lako je shvatiti da što je veća sila koja djeluje na tijelo i što je duži put kojim tijelo prolazi pod djelovanjem ove sile, to je veći rad koji se obavlja.

Mehanički rad je direktno proporcionalan primijenjenoj sili i direktno proporcionalan prijeđenoj udaljenosti. .

Stoga smo se dogovorili da mehanički rad mjerimo umnoškom sile i putanje pređene u ovom smjeru ove sile:

rad = sila × putanja

gdje ALI- posao, F- snaga i s- pređena udaljenost.

Jedinica rada je rad koji izvrši sila od 1 N na putu od 1 m.

Jedinica rada - joule (J ) je dobio ime po engleskom naučniku Jouleu. dakle,

1 J = 1N m.

Također se koristi kilodžula (kJ) .

1 kJ = 1000 J.

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

Ako se smjer sile poklapa sa smjerom kretanja tijela, tada ova sila vrši pozitivan rad.

Ako se kretanje tijela događa u smjeru suprotnom od smjera primijenjene sile, na primjer, sila trenja klizanja, tada ova sila vrši negativan rad.

Ako je smjer sile koja djeluje na tijelo okomit na smjer kretanja, ta sila ne radi, rad je jednak nuli:

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

Primjer. Izračunajte rad pri podizanju granitne ploče zapremine 0,5 m3 na visinu od 20 m. Gustoća granita je 2500 kg/m 3.

Dato:

ρ \u003d 2500 kg / m 3

Odluka:

gdje je F sila koja se mora primijeniti da bi se ploča ravnomjerno podigla. Ova sila je po modulu jednaka sili niti F niti koja djeluje na ploču, tj. F = F niti. A sila gravitacije može se odrediti masom ploče: Ftyazh = gm. Izračunavamo masu ploče, znajući njenu zapreminu i gustinu granita: m = ρV; s = h, odnosno staza je jednaka visini uspona.

Dakle, m = 2500 kg/m3 0,5 m3 = 1250 kg.

F = 9,8 N/kg 1250 kg ≈ 12250 N.

A = 12.250 N 20 m = 245.000 J = 245 kJ.

Odgovori: A = 245 kJ.

Poluge.Snaga.Energija

Različitim motorima je potrebno različito vrijeme da obave isti posao. Na primjer, dizalica na gradilištu podiže stotine cigli na gornji kat zgrade za nekoliko minuta. Ako bi radnik pomjerio ove cigle, za to bi mu trebalo nekoliko sati. Još jedan primjer. Konj može preorati hektar zemlje za 10-12 sati, dok traktor sa višestrukim plugom ( ralo- dio pluga koji siječe sloj zemlje odozdo i prenosi ga na deponiju; multi-share - puno dijeljenja), ovaj posao će se obaviti 40-50 minuta.

Jasno je da kran radi isti posao brže od radnika, a traktor brži od konja. Brzinu rada karakterizira posebna vrijednost koja se zove snaga.

Snaga je jednaka omjeru rada i vremena za koje je obavljen.

Da bi se izračunala snaga, potrebno je rad podijeliti s vremenom u kojem se ovaj rad obavlja. snaga = rad / vrijeme.

gdje N- moć, A- posao, t- vrijeme obavljenog posla.

Snaga je konstantna vrijednost, kada se isti rad obavlja svake sekunde, u ostalim slučajevima omjer A/t određuje prosječnu snagu:

N cf = A/t . Jedinicom snage je uzeta snaga pri kojoj se rad u J obavlja za 1 s.

Ova jedinica se zove vat ( uto) u čast još jednog engleskog naučnika Watta.

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

Watt (džul u sekundi) - W (1 J/s).

Veće jedinice snage se široko koriste u inženjerstvu - 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. Odrediti snagu protoka vode koja teče kroz branu, ako je visina vodopada 25 m, a protok 120 m3 u minuti.

Dato:

ρ = 1000 kg/m3

Odluka:

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 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.

Odgovori: N = 0,5 MW.

Razni motori imaju snage u rasponu od stotinki i desetinki kilovata (motor električnog brijača, šivaće mašine) do stotina hiljada kilovata (vodene i parne turbine).

Tabela 5

Snaga pojedinih motora, kW.

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

Ljudska snaga u normalnim uslovima rada je u prosjeku 70-80 vati. Praveći skokove, trčeći uz stepenice, osoba može razviti snagu do 730 vati, au nekim slučajevima i više.

Iz formule N = A/t slijedi da

Da biste izračunali rad, potrebno je pomnožiti snagu s vremenom tokom kojeg je ovaj rad obavljen.

Primjer. Motor sobnog ventilatora ima snagu od 35 vati. Koliko posla on uradi za 10 minuta?

Zapišimo stanje problema i riješimo ga.

Dato:

Odluka:

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

Odgovori A= 21 kJ.

jednostavnim mehanizmima.

Čovjek od pamtivijeka koristi razne uređaje za obavljanje mehaničkih radova.

Svi znaju da se težak predmet (kamen, ormarić, mašina), koji se ne može pomicati rukom, može pomjeriti prilično dugačkim štapom - polugom.

Trenutno se vjeruje da su uz pomoć poluga prije tri hiljade godina, tokom izgradnje piramida u starom Egiptu, teške kamene ploče pomjerene i podignute na veliku visinu.

U mnogim slučajevima, umjesto podizanja teškog tereta na određenu visinu, može se kotrljati ili povući na istu visinu na kosoj ravni ili podići pomoću blokova.

Uređaji koji se koriste za transformaciju snage nazivaju se mehanizama .

Jednostavni mehanizmi uključuju: poluge i njegove vrste - blok, kapija; nagnuta ravnina i njene vrste - klin, vijak. U većini slučajeva koriste se jednostavni mehanizmi kako bi se dobio dobitak na snazi, odnosno da bi se sila koja djeluje na tijelo povećala za nekoliko puta.

Jednostavni mehanizmi se nalaze kako u domaćinstvu tako i u svim složenim fabričkim i fabričkim mašinama koje režu, uvijaju i štancaju velike čelične limove ili izvlače najfinije niti od kojih se potom prave tkanine. Isti mehanizmi se mogu naći u savremenim složenim automatima, mašinama za štampanje i brojanje.

Ruka poluge. Odnos sila na poluzi.

Razmotrite najjednostavniji i najčešći mehanizam - polugu.

Poluga je kruto tijelo koje se može rotirati oko fiksnog oslonca.

Slike pokazuju kako radnik koristi polugu da podigne teret kao polugu. U prvom slučaju, radnik sa silom F pritisne kraj poluge B, u drugom - podiže kraj B.

Radnik treba da savlada težinu tereta P- sila usmjerena okomito prema dolje. Za to, on rotira polugu oko ose koja prolazi kroz jedinicu nepomičan tačka preloma - njena tačka oslonca O. Force F, kojom radnik djeluje na polugu, manja sila P, tako da radnik dobija dobiti na snazi. Uz pomoć poluge možete podići tako težak teret da ga ne možete sami podići.

Na slici je prikazana poluga čija je osa rotacije O(uporište) nalazi se između tačaka primjene sila ALI i AT. Druga slika prikazuje dijagram ove poluge. Obe sile F 1 i F 2 koji djeluju na polugu usmjereni su u istom smjeru.

Najkraća udaljenost između uporišta i prave linije duž koje sila djeluje na polugu naziva se krak sile.

Dužina ove okomice će biti rame ove sile. Slika to pokazuje OA- snaga ramena F 1; OV- snaga ramena F 2. Sile koje djeluju na polugu mogu je rotirati oko ose u dva smjera: u smjeru kazaljke na satu ili suprotno od kazaljke na satu. Da, moć F 1 rotira polugu u smjeru kazaljke na satu, a sila F 2 ga rotira u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Uvjet pod kojim je poluga u ravnoteži pod djelovanjem sila koje se na nju primjenjuju može se ustanoviti eksperimentalno. Istovremeno, mora se imati na umu da rezultat djelovanja sile ne ovisi samo o njenoj brojčanoj vrijednosti (modulu), već i o tački u kojoj je primijenjena na tijelo, odnosno kako je usmjerena.

Različiti utezi su okačeni na polugu (vidi sliku) sa obe strane uporišta tako da svaki put poluga ostaje u ravnoteži. Sile koje djeluju na polugu jednake su težinama ovih opterećenja. Za svaki slučaj mjere se moduli sila i njihova ramena. Iz iskustva prikazanog na slici 154, može se vidjeti da je sila 2 H balansira snagu 4 H. U ovom slučaju, kao što se vidi sa slike, rame manje sile je 2 puta veće od ramena veće sile.

Na osnovu ovakvih eksperimenata ustanovljeno je stanje (pravilo) ravnoteže poluge.

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

Ovo pravilo se može napisati kao formula:

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

gdje F 1i F 2 - sile koje deluju na polugu, l 1i l 2 , - ramena ovih sila (vidi sliku).

Pravilo za ravnotežu poluge uspostavio je Arhimed oko 287-212. BC e. (Ali zar u zadnjem pasusu nije stajalo da su poluge koristili Egipćani? Ili je ovdje važna riječ „ustanovljeno“?)

Iz ovog pravila slijedi da se manja sila može izbalansirati polugom veće sile. Neka jedan krak poluge bude 3 puta veći od drugog (vidi sliku). Tada, primjenom sile od, na primjer, 400 N u tački B, moguće je podići kamen težine 1200 N. Da bi se podigao još veći teret, potrebno je povećati dužinu poluge na kojoj se nalazi radnički akti.

Primjer. Pomoću poluge radnik podiže ploču tešku 240 kg (vidi sl. 149). Koju silu on primjenjuje na veći krak poluge, koji je 2,4 m, ako je manji krak 0,6 m?

Zapišimo stanje problema i riješimo ga.

Dato:

Odluka:

Prema pravilu ravnoteže poluge, F1/F2 = l2/l1, odakle je 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.

Odgovori: F1 = 600 N.

U našem primjeru, radnik savladava silu od 2400 N primjenom sile od 600 N na polugu. Ali u isto vrijeme, ruka na koju radnik djeluje je 4 puta duža od one na koju 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 sile mora biti duže od ramena veće sile.

Trenutak snage.

Već znate pravilo ravnoteže poluge:

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

Koristeći svojstvo proporcije (proizvod njegovih ekstremnih članova jednak je proizvodu njegovih srednjih članova), zapisujemo ga u ovom obliku:

F 1l 1 = F 2 l 2 .

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

Proizvod modula sile koja rotira tijelo i njegovu ruku naziva se moment sile; označava se slovom M. Dakle,

Poluga je u ravnoteži pod djelovanjem dvije sile ako je moment sile koja je rotira u smjeru kazaljke na satu jednak momentu sile koja je rotira u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

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

M1 = M2

Zaista, u eksperimentu koji smo razmatrali, (§ 56) sile koje djeluju bile su jednake 2 N i 4 N, njihova ramena su bila 4 i 2 pritiska poluge, tj. momenti ovih sila su isti kada je poluga je u ravnoteži.

Moment sile, kao i svaka fizička veličina, može se izmjeriti. Za jedinicu momenta sile uzima se moment sile od 1 N, čije je rame tačno 1 m.

Ova jedinica se zove njutn metar (N m).

Moment sile karakterizira djelovanje sile i pokazuje da istovremeno ovisi o modulu sile i o njenom ramenu. Zaista, već znamo, na primjer, da učinak sile na vrata ovisi i o modulu sile i o tome gdje se sila primjenjuje. Vrata se lakše okreću, što je sila koja djeluje na njih dalje od ose rotacije. Bolje je odvrnuti maticu dugim ključem nego kratkim. Što je lakše podići kantu iz bunara, to je duža ručka kapije, itd.

Poluge u tehnologiji, svakodnevnom životu i prirodi.

Pravilo poluge (ili pravilo momenata) je u osnovi djelovanja raznih vrsta alata i uređaja koji se koriste u tehnici i svakodnevnom životu gdje je potreban dobitak na snazi ​​ili na cesti.

Dobijamo snagu kada radimo sa makazama. Makaze - to je poluga(pirinač), čija se os rotacije odvija kroz vijak koji povezuje obje polovice škare. delujuća sila F 1 je mišićna snaga ruke osobe koja stišće makaze. Suprotstavljena sila F 2 - sila otpora takvog materijala koji se reže škarama. Ovisno o namjeni makaza, njihov uređaj se razlikuje. Kancelarijske makaze, dizajnirane za rezanje papira, imaju dugačka sečiva i ručke skoro iste dužine. Ne zahtijeva mnogo sile za rezanje papira, a pogodnije je rezati u pravoj liniji s dugačkom oštricom. Makaze za rezanje lima (sl.) imaju drške znatno duže od oštrica, budući da je sila otpora metala velika i da bi se izbalansirala, krak sile djelovanja mora se značajno povećati. Još veća razlika između dužine ručki i udaljenosti reznog dijela i ose rotacije rezači žice(Sl.), Dizajniran za rezanje žice.

Poluge raznih tipova su dostupne na mnogim mašinama. Ručka šivaće mašine, pedale bicikla ili ručne kočnice, pedale automobila i traktora, klavirski tasteri su sve primeri poluga koje se koriste u ovim mašinama i alatima.

Primjeri upotrebe poluga su ručke škripca i radnih stolova, poluga mašine za bušenje itd.

Djelovanje balansa poluge također se zasniva na principu poluge (sl.). Skala treninga prikazana na slici 48 (str. 42) djeluje kao poluga jednake ruke . AT decimalne skale ruka na koju je okačena šolja sa utezima je 10 puta duža od ruke koja nosi teret. Ovo uvelike pojednostavljuje vaganje velikih tereta. Kada vagate teret na decimalnoj skali, pomnožite težinu utega sa 10.

Uređaj vage za vaganje teretnih vagona automobila također se zasniva na pravilu poluge.

Poluge se također nalaze u različitim dijelovima tijela životinja i ljudi. To su, na primjer, ruke, noge, vilice. Mnoge poluge se mogu naći u tijelu insekata (pročitavši knjigu o insektima i građi njihovog tijela), ptica, u strukturi biljaka.

Primjena zakona ravnoteže poluge na blok.

Blokiraj je točak sa žljebom, ojačan u držaču. Uže, kabel ili lanac se provlače duž oluka bloka.

Fiksni blok naziva se takav blok čija je os fiksna, a pri podizanju tereta se ne diže i ne pada (Sl.

Fiksni blok se može smatrati polugom jednake ruke, u kojoj su krakovi sila jednaki poluprečniku točka (sl.): OA = OB = r. Takav blok ne daje dobit u snazi. ( F 1 = F 2), ali vam omogućava da promijenite smjer sile. Pokretni blok je blok. čija se os diže i spušta zajedno s opterećenjem (sl.). Na slici je prikazana odgovarajuća poluga: O- uporište poluge, OA- snaga ramena R i OV- snaga ramena F. Od ramena OV 2 puta rame OA, zatim sila F 2 puta manje snage R:

F = P/2 .

dakle, pokretni blok daje povećanje snage za 2 puta .

Ovo se također može dokazati korištenjem koncepta momenta sile. Kada je blok u ravnoteži, momenti sila F i R su jednake jedna drugoj. Ali rame snage F 2 puta jačina ramena R, što znači da sama sila F 2 puta manje snage R.

Obično se u praksi koristi kombinacija fiksnog bloka sa pokretnim (sl.). Fiksni blok se koristi samo radi praktičnosti. Ne daje dobit u snazi, ali mijenja smjer sile. Na primjer, omogućava vam da podignete teret dok stojite na tlu. To je korisno za mnoge ljude ili radnike. Međutim, daje povećanje snage 2 puta više nego inače!

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

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

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

Izbalansirajući na poluzi dvije sile različitog modula F 1 i F 2 (sl.), stavite ručicu u pokret. Ispada da je za isto vrijeme, tačka primjene manje sile F 2 ide daleko s 2, i mjesto primjene veće sile F 1 - manja staza s 1. Izmjerivši ove putanje i module sila, nalazimo da su putanje koje prelaze tačke primjene sila na polugu obrnuto proporcionalne silama:

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

Tako, djelujući na dugu ruku poluge, pobjeđujemo u snazi, ali u isto vrijeme gubimo istu količinu na putu.

Proizvod sile F na putu s ima posla. Naši eksperimenti pokazuju da je rad koji obavljaju sile primijenjene na polugu jednaki jedan drugom:

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

dakle, kada se koristi poluga, dobitak u radu neće raditi.

Koristeći polugu, možemo pobijediti bilo u snazi ​​ili u daljini. Djelujući silom na kratak krak poluge, dobivamo na udaljenosti, ali isto toliko gubimo na snazi.

Postoji legenda da je Arhimed, oduševljen otkrićem pravila poluge, uzviknuo: "Daj mi uporište i okrenuću Zemlju!".

Naravno, Arhimed se nije mogao nositi s takvim zadatkom, čak i kada bi mu dali uporište (koja bi morala biti izvan Zemlje) i polugu potrebne dužine.

Da bi se zemlja podigla za samo 1 cm, duga ruka poluge morala bi opisati luk ogromne dužine. Bili bi potrebni milioni godina da se duži kraj poluge pomeri duž ovog puta, na primer, brzinom od 1 m/s!

Ne daje dobit u radu i fiksni blok,što je lako provjeriti iskustvom (vidi sliku). Putevi koje prolaze tačke primjene sila F i F, su iste, iste su sile, što znači da je rad isti.

Moguće je mjeriti i međusobno upoređivati ​​obavljeni rad uz pomoć pokretnog bloka. Da bi se teret podigao na visinu h uz pomoć pokretnog bloka, potrebno je kraj užeta za koji je pričvršćen dinamometar pomeriti, kako iskustvo pokazuje (sl.), na visinu od 2h.

dakle, dobivši 2 puta na snazi, gube 2 puta na putu, dakle, pokretni blok ne daje dobit u radu.

Stoljetna praksa je to pokazala nijedan mehanizam ne daje dobit u radu. Koriste se različiti mehanizmi kako bi se pobjedilo u snazi ​​ili na putu, ovisno o uvjetima rada.

Već su drevni naučnici znali pravilo primjenjivo na sve mehanizme: koliko puta pobjeđujemo u snazi, koliko puta gubimo na udaljenosti. Ovo pravilo je nazvano "zlatnim pravilom" mehanike.

Efikasnost mehanizma.

S obzirom na uređaj i djelovanje poluge, nismo uzeli u obzir trenje, kao ni težinu poluge. pod ovim idealnim uslovima, rad koji vrši primenjena sila (ovaj rad ćemo nazvati kompletan), je jednako korisno podizanje tereta ili savladavanje bilo kakvog otpora.

U praksi, ukupan rad koji obavlja mehanizam je uvijek nešto veći od korisnog rada.

Dio rada se obavlja protiv sile trenja u mehanizmu i pomicanjem njegovih pojedinih dijelova. Dakle, koristeći pokretni blok, morate dodatno obaviti rad na podizanju samog bloka, užeta i određivanju sile trenja u osi bloka.

Koji god mehanizam da izaberemo, koristan rad koji se obavlja uz njegovu pomoć uvijek je samo dio ukupnog posla. Dakle, označavajući korisni rad slovom Ap, puni (utrošeni) rad slovom Az, možemo napisati:

Gore< Аз или Ап / Аз < 1.

Odnos korisnog rada i ukupnog rada naziva se efikasnost mehanizma.

Efikasnost je skraćeno kao efikasnost.

Efikasnost = Ap / Az.

Efikasnost se obično izražava u postocima i označava grčkim slovom η, čita se kao "ovo":

η \u003d Ap / Az 100%.

Primjer: Masa od 100 kg je okačena na kratak krak poluge. Za podizanje je na dugu ruku primijenjena sila od 250 N. Teret je podignut na visinu h1 = 0,08 m, dok je tačka primjene pogonske sile pala na visinu h2 = 0,4 m. Odrediti efikasnost poluga.

Zapišimo stanje problema i riješimo ga.

Dato :

Odluka :

η \u003d Ap / Az 100%.

Potpuni (potrošeni) rad Az = Fh2.

Korisno djelo Ap = Rh1

P \u003d 9,8 100 kg ≈ 1000 N.

Ap \u003d 1000 N 0,08 \u003d 80 J.

Az \u003d 250 N 0,4 m \u003d 100 J.

η = 80 J/100 J 100% = 80%.

Odgovori : η = 80%.

Ali "zlatno pravilo" je i u ovom slučaju ispunjeno. Dio korisnog rada - od toga 20% - troši se na savladavanje trenja u osi poluge i otpora zraka, kao i na kretanje same poluge.

Efikasnost bilo kog mehanizma je uvek manja od 100%. Dizajnirajući mehanizme, ljudi teže da povećaju svoju efikasnost. Da biste to učinili, trenje u osovinama mehanizama i njihova težina se smanjuju.

Energija.

U fabrikama i fabrikama mašine i mašine pokreću elektromotori, koji troše električnu energiju (otuda i naziv).

Savremeni čovjek se stalno susreće sa strujom u svakodnevnom životu i na poslu, koristi uređaje koji troše električnu struju i uređaje koji je stvaraju. Prilikom rada s njima uvijek je potrebno uzeti u obzir njihove mogućnosti, ugrađene u tehničke specifikacije.

Jedan od glavnih pokazatelja bilo kojeg električnog uređaja je takva fizička veličina kao električna energija. Uobičajeno je to nazivati ​​intenzitetom ili brzinom proizvodnje, prijenosa ili pretvaranja električne energije u druge vrste energije, na primjer, toplinsku, svjetlosnu, mehaničku.

Prijevoz ili prijenos velikih električnih snaga za industrijske potrebe obavlja se.

Konverzija se vrši na trafostanicama.

Potrošnja električne energije javlja se u kućanskim i industrijskim uređajima za različite namjene. Jedan od njihovih uobičajenih tipova su.

Električna snaga generatora, dalekovoda i potrošača u DC i AC krugovima ima isto fizičko značenje, koje se istovremeno izražava različitim omjerima ovisno o obliku kompozitnih signala. Da bi se utvrdili opšti obrasci uvedeni koncepti trenutnih vrednosti. Oni još jednom naglašavaju ovisnost brzine transformacije električne energije o vremenu.

Određivanje trenutne električne snage

U teorijskoj elektrotehnici, za izvođenje osnovnih odnosa između struje, napona i snage, koriste se njihove reprezentacije u obliku trenutnih vrijednosti koje su fiksirane u određenom trenutku.

Ako se u vrlo kratkom vremenskom periodu ∆t jedinični elementarni naboj q pomakne od tačke “1” do tačke “2” pod dejstvom napona U, onda on radi jednak razlici potencijala između ovih tačaka. Podijelivši ga vremenskim intervalom ∆t, dobijamo izraz za trenutnu snagu za jedinični naboj Pe(1-2).

Budući da se pod djelovanjem primijenjenog napona ne pomiče samo jedno punjenje, već i svi susjedni koji su pod utjecajem ove sile, čiji je broj zgodno predstavljen brojem Q, onda za njih trenutna vrijednost snage PQ ( 1-2) može se napisati.

Nakon jednostavnih transformacija dobijamo izraz za snagu P i zavisnost njene trenutne vrednosti p(t) o komponentama proizvoda trenutne struje i(t) i napona u(t).

Određivanje istosmjerne električne snage

Veličina pada napona u dijelu strujnog kola i struja koja teče kroz njega se ne mijenja i ostaje stabilna, jednaka trenutnim vrijednostima. Stoga možete odrediti snagu u ovom kolu množenjem ovih vrijednosti ​​ili dijeljenjem savršenog rada A sa vremenskim periodom za njegovo izvršenje, kao što je prikazano na slici objašnjenja.

Određivanje AC električne energije

Zakoni sinusoidne promjene struja i napona koji se prenose kroz električne mreže nameću svoj utjecaj na izraz snage u takvim kolima. Ovdje djeluje puna snaga, koja je opisana trouglom snage i sastoji se od aktivne i reaktivne komponente.

Sinusoidna električna struja, kada prolazi kroz dalekovode sa mješovitim vrstama opterećenja u svim dionicama, ne mijenja oblik svog harmonika. I pad napona na reaktivnim opterećenjima pomiče se u fazi u određenom smjeru. Izrazi trenutnih vrijednosti pomažu razumjeti učinak primijenjenih opterećenja na promjenu snage u krugu i njegovog smjera.

Istovremeno, odmah obratite pažnju na činjenicu da su smjer toka struje od generatora do potrošača i prenesena snaga kroz stvoreno kolo potpuno različite stvari, koje u nekim slučajevima ne samo da se ne poklapaju, već su i usmjerene u suprotnim smjerovima.

Razmotrite ove odnose u njihovoj idealnoj, čistoj manifestaciji za različite vrste opterećenja:

aktivan;

kapacitivni;

induktivni.

Rasipanje snage na otpornom opterećenju

Pretpostavljamo da generator generiše idealan sinusni val napona u, koji se primjenjuje na čisto aktivni otpor kola. Ampermetar A i voltmetar V mjere struju I i napon U u svakom trenutku t.

Grafikon pokazuje da se sinusoidi struje i pad napona na aktivnom otporu poklapaju u frekvenciji i fazi, praveći iste oscilacije. Snaga, izražena njihovim proizvodom, fluktuira sa dvostrukom frekvencijom i uvijek ostaje pozitivna.

p=u∙i=Um∙sinωt∙Um/R∙sinωt=Um 2 /R∙sin 2 ωt=Um 2 /2R∙(1-cos2ωt).

Ako prijeđemo na izraz , dobićemo: p=P∙(1-cos2ωt).

Zatim integrišemo snagu tokom perioda jedne oscilacije T i možemo primetiti da se energetski prirast ∆W tokom ovog perioda povećava. Kako vrijeme prolazi, aktivni otpor nastavlja da troši nove porcije električne energije, kao što je prikazano na grafikonu.

Na reaktivnim opterećenjima karakteristike potrošnje energije su različite, imaju drugačiji oblik.

Rasipanje snage na kapacitivnom opterećenju

U strujnom krugu generatora zamjenjujemo otpornički element kondenzatorom s kapacitetom C.

Odnos između struje i pada napona na kapacitivnosti izražava se odnosom: I=C∙dU/dt=ω∙C ∙Um∙cosωt.

Množimo vrijednosti trenutnih izraza struje sa naponom i dobijemo vrijednost snage koju troši kapacitivno opterećenje.

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙Um∙cosωt=ω∙C ∙Um 2 ∙sinωt∙cosωt=Um 2 /(2X c)∙sin2ωt=U 2 /(2X c)∙t.

Ovdje možete vidjeti da snaga oscilira oko nule sa dvostruko većom frekvencijom od primijenjenog napona. Njegova ukupna vrijednost za harmonijski period, kao i prirast energije, jednaka je nuli.

To znači da se energija kreće duž zatvorenog kruga u oba smjera, ali ne radi nikakav rad. Ova činjenica se objašnjava činjenicom da kada se napon izvora poveća u apsolutnoj vrijednosti, snaga je pozitivna, a protok energije kroz strujni krug usmjerava se u spremnik, gdje se energija akumulira.

Nakon što napon pređe na opadajuću dionicu harmonika, energija se počinje vraćati iz kapacitivnosti u krug do izvora. U oba ova procesa nema nikakvog korisnog posla.

Rasipanje snage na induktivnom opterećenju

Sada, u strujnom kolu, zamjenjujemo kondenzator induktivnošću L.

Ovdje se struja kroz induktivnost izražava relacijom:

I=1/L∫udt=-Um/ωL∙cos ωt.

Onda dobijamo

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙(-Um/ωL∙cosωt)=-Um 2 /ωL∙sinωt∙cosωt=-Um 2 /(2X L)∙sin2ωt=-U 2 /(2X L) sin2ωt.

Rezultirajući izrazi nam omogućavaju da vidimo prirodu promjene smjera snage i prirasta energije na induktivitetu, koji vrše iste oscilacije koje su beskorisne za rad, kao i na kapacitetu.

Snaga koja se oslobađa pri reaktivnim opterećenjima naziva se reaktivna komponenta. U idealnim uvjetima, kada spojne žice nemaju aktivni otpor, djeluje bezopasno i ne stvara nikakvu štetu. Ali u stvarnim uvjetima napajanja, periodični prolazi i fluktuacije reaktivne snage uzrokuju zagrijavanje svih aktivnih elemenata, uključujući spojne žice, za koje se troši određena energija i smanjuje se veličina primijenjene ukupne snage izvora.

Glavna razlika između reaktivne komponente snage je u tome što ona uopće ne obavlja koristan rad, već dovodi do gubitaka električne energije i prekomjernog opterećenja opreme, posebno opasnih u kritičnim situacijama.

Iz tih razloga se koriste posebni za otklanjanje utjecaja reaktivne snage.

Dodjela snage na mješovito opterećenje

Kao primjer koristimo opterećenje na generatoru s aktivno kapacitivnom karakteristikom.

Na gornjem grafikonu, radi pojednostavljenja slike, sinusoidi struja i napona nisu prikazani, ali treba napomenuti da kod aktivno-kapacitivne prirode opterećenja vektor struje predvodi napon.

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙Im∙sin(ωt+φ).

Nakon transformacija dobijamo: p=P∙(1- cos 2ωt)+Q ∙sin2ωt.

Ova dva člana u posljednjem izrazu su aktivna i reaktivna komponenta trenutne prividne snage. Samo prvi od njih obavlja koristan posao.

Instrumenti za mjerenje snage

Za analizu potrošnje električne energije i plaćanje za nju koriste se mjerni uređaji, koji se odavno zovu. Njihov rad se zasniva na merenju efektivnih vrednosti struje i napona i njihovom automatskom množenju sa izlazom informacija.

Mjerila prikazuju potrošnju energije, uzimajući u obzir vrijeme rada električnih uređaja u inkrementalnoj osnovi od trenutka uključivanja mjerača pod opterećenjem.

Za mjerenje aktivne komponente snage u krugovima naizmjenične struje koriste se varmetri, a koristi se reaktivna komponenta. Imaju različite oznake jedinica:

vat (W, W);

var (Var, var, var).

Za određivanje ukupne potrošnje energije potrebno je izračunati njenu vrijednost koristeći formulu trokuta snage na osnovu očitavanja vatmetra i varmetra. Izražava se u jedinicama - volt-amperima.

Prihvaćene oznake jedinica svake pomažu električarima da procijene ne samo njegovu veličinu, već i prirodu komponente snage.

Snaga je fizička veličina, jednaka, po pravilu, brzini promjene energije cijelog sistema. Govoreći konkretnije o tome čemu je snaga jednaka, možemo reći da ona direktno zavisi od omjera obavljenog posla u određenom vremenskom periodu i veličine samog tog vremenskog perioda. Postoji koncept prosječne i trenutne snage. Odnosno, ako govorimo o snazi ​​sistema u određenom vremenskom periodu, onda je to prosječna snaga. Ako se trenutno uzme u obzir snaga, onda je ovo trenutna snaga. Odavde dobijamo sledeću formulu:

N (snaga) = E (energija) / t (vrijeme)

Dakle, integral dobijen iz indikatora trenutne snage za poseban vremenski period jednak je ukupnoj količini energije koja se koristi tokom ovog vremenskog perioda.

Jedinica mjere za ovu količinu je vat. S obzirom na prethodnu formulu, možemo reći da je 1 vat = 1 J / 1 s. Još jedna popularna jedinica za mjerenje snage je konjska snaga.

Šta je snaga u mehanici?

Sila koja djeluje na tijelo u pokretu radi. U ovom slučaju, snaga je određena skalarnim proizvodom vektora sile i vektora brzine kojim se sistem kreće u prostoru. tj.:

N = F*v = F*v*cos a

U ovoj formuli, F je sila, v je brzina, a je ugao koji povezuje vektor brzine i vektor sile.

Ako govorimo o rotacijskom kretanju tijela, onda je prikladna sljedeća formula:

N \u003d M * w \u003d (2P * M * n) / 60

U ovoj formuli, M je moment sile, w je ugaona brzina, P je Pi, a n je broj obrtaja po određenoj jedinici vremena (po minuti).

Šta određuje snagu električne energije?

Pojam električne energije karakterizira brzinu promjene ili prijenos električne energije. Prilikom proučavanja mreže naizmjenične struje, pored koncepta "trenutne snage", koji odgovara tradicionalnoj fizičkoj definiciji, uobičajeno je koristiti aktivnu snagu. Aktivna snaga jednaka je prosječnoj trenutnoj snazi ​​u određenom vremenskom periodu, indikator koji određuje jalu snagu koja odgovara energiji koja se kreće između izvora i potrošača bez disipacije i ukupne vrijednosti snage, koja je određena umnoškom aktivnog vrijednost struje i napona, ne uzimajući u obzir fazni pomak.