Превращения разных видов энергии в быту


В физике понятие превращения разных видов энергии в быту несколько иное. Это определенная физическая величина, а значит, ее можно измерить. В физике изучается прежде всего механическая работа. Рассмотрим примеры механической работы. Поезд движется под действием силы тяги электровоза, при этом совершается механическая работа. При выстреле из ружья сила давления пороховых газов совершает работу - перемещает пулю вдоль ствола, скорость пули при этом увеличивается. Из этих примеров видно, что механическая работа совершается, когда тело движется под действием силы. Механическая работа совершается и в том случае, когда сила, действуя на тело например, сила тренияуменьшает скорость его движения. Желая передвинуть шкаф, мы с силой на него надавливаем, но если он при этом в движение не приходит, то механической работы мы не совершаем. Можно представить себе случай, когда тело движется без участия сил по инерциив этом случае механическая работа также не совершается. Итак, механическая работа совершается, только когда на тело действует сила, и оно движется. Нетрудно понять, что чем большая сила действует на тело и чем длиннее путь, который проходит тело под действием этой силы, тем большая совершается работа. Механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и прямо пропорциональна пройденному пути. За единицу работы принимается работа, совершаемая силой в 1Н, на пути, равном 1 м. Единица работы - джоуль Дж названа в честь английского ученого Джоуля. Используется также килоджоули кДж. Если направление превращения разных видов энергии в быту совпадает с направлением движения тела, то данная сила совершает положительную работу. Если превращения разных видов энергии в быту движение тела происходит в направлении, противоположном направлению приложенной силы, например, силы трения скольжения, то данная сила совершает отрицательную работу. В дальнейшем, говоря о механической работе, мы будем кратко называть ее одним словом - работа. Вычислите работу, совершаемую при подъеме гранитной плиты объемом 0,5 м3 на высоту 20 м. Запишем условие задачи, и решим ее. Эта сила по модулю равна силе тяж Fтяж, действующей на плиту, т. Например, подъемный кран на стройке за несколько минут поднимает на верхний этаж здания сотни кирпичей. Если бы эти кирпичи перетаскивал рабочий, то превращения разных видов энергии в быту для этого потребовалось бы несколько часов. Гектар земли лошадь может вспахать за 10-12 ч, трактор же с многолемешным превращения разных видов энергии в быту лемех - часть плуга, подрезающая пласт земли снизу и передающая его на отвал; многолемешный - много лемеховэту работу выполнит на 40-50 мин. Ясно, что подъемный кран ту же работу совершает быстрее, чем рабочий, а трактор - быстрее превращения разных видов энергии в быту лошадь. Быстроту выполнения работы характеризуют особой величиной, называемой мощностью. Мощность равна отношению работы ко времени, за которое она была совершена. Чтобы вычислить мощность, надо работу разделить на время, в течение которого совершена эта работа. За единицу мощности приняли такую мощность, при которой в 1 с совершается работа в Дж. Эта единица называется ваттом Вт в честь еще одного английского ученного Уатта. В технике широко используется более крупные единицы мощности - киловатт кВтмегаватт МВт. Найти мощность потока воды, протекающей через плотину, если высота падения воды 25 м, а расход ее - 120 м3 в минуту. Запишем условие задачи и решим ее. Различные двигатели имеют мощности от сотых и десятых долей киловатта двигатель электрической бритвы, швейной машины до сотен тысяч киловатт водяные и паровые турбины. Мощность некоторых двигателей, кВт. Вид транспортного средства Мощность двигателя Вид транспортного средства Мощность двигателя Автомобиль "Волга - 3102" превращения разных видов энергии в быту Ракета-носитель космического корабля Самолет Ан-2 740 Дизель тепловоза ТЭ10Л 2200 "Восток" 15 000 000 Вертолет Ми - 8 2×1100 "Энергия" 125 000 000 На каждом двигателе имеется табличка паспорт двигателяна которой указаны некоторые данные о двигателе, в том числе и его мощность. Мощность человека при нормальный условиях работы в среднем равна 70-80 Вт. Совершая прыжки, взбегая по лестнице, человек может развивать мощность до 730 Превращения разных видов энергии в быту, а в отдельных случаях и еще бóльшую. Зная мощность двигателя, можно рассчитать работу, совершаемую этим двигателем в течение какого-нибудь промежутка времени. Чтобы вычислить работу, необходимо мощность умножить на время, в течение которого совершалась эта работа. Двигатель комнатного вентилятора имеет мощность 35 Вт. Какую работу он совершает за 10 мин? Запишем условие задачи и решим ее. Каждому известно, что тяжелый предмет камень, шкаф, станоккоторый невозможно сдвинуть руками, можно сдвинуть с помощью достаточно длинной палки - рычага. На данный момент считается, что с помощью рычагов три тысячи лет назад при строительстве пирамид в Древнем Египте передвигали и поднимали на большую высоту тяжелые каменные плиты. Во многих случаях, вместо того, чтобы поднимать тяжелый груз на некоторую высоту, его можно вкатывать или втаскивать на ту же высоту по наклонной плоскости или поднимать с помощью блоков. Приспособления, служащие превращения разных видов энергии в быту преобразования силы, называются механизмами. К простым механизмам относятся: рычаги и его разновидности - блок, ворот; наклонная плоскость и ее разновидности - клин, винт. В большинстве случаев простые механизмы применяют для того, чтобы получить выигрыш в силе, т. Простые механизмы имеются и в бытовых, и во всех сложных заводских и фабричных машинах, которые режут, скручивают и штампуют большие листы стали или вытягивают тончайшие нити, из которых делаются потом ткани. Эти же механизмы можно обнаружить и в современных сложных автоматах, печатных и счетных машинах. Равновесие сил на рычаге. Рычаг представляет собой твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры. На рисунках показано, как рабочий для поднятия груза в качестве рычага, использует лом. В первом случае превращения разных видов энергии в быту с силой F нажимает на конец лома B, во втором - приподнимает конец Рабочему нужно преодолеть вес груза P - силу, направленную вертикально вниз. Он поворачивает для этого лом вокруг оси, проходящей через единственную неподвижную точку лома - точку его опоры Сила F, с которой рабочий действует на рычаг, меньше силы P, таким образом, рабочий получает выигрыш в силе. При помощи рычага можно поднять такой тяжелый груз, который без рычага поднять нельзя. На рисунке изображен рычаг, ось вращения которого О точка опоры расположена между точками приложения сил А и На другом превращения разных видов энергии в быту показана схема этого рычага. Обе силы F1 и F2, действующие на рычаг, направлены в одну сторону. Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы. Чтобы найти превращения разных видов энергии в быту силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы. Длина этого перпендикуляра и будет плечом данной силы. На рисунке показано, что ОА - плечо силы F1; ОВ - плечо силы F2. Силы, действующие на рычаг могут повернуть его вокруг оси в двух направлениях: по ходу или против хода часовой стрелки. Так, сила F1 вращает рычаг по ходу часовой стрелки, а сила F2 вращает его против часовой стрелки. Условие, при котором рычаг находится в равновесии под действием приложенных к нему сил, можно установить на опыте. При этом превращения разных видов энергии в быту помнить, что результат действия силы, превращения разных видов энергии в быту не только от ее числового значения модуляно и от того, в какой точке она приложена к телу, или как направлена. К рычагу см рис. Действующие на рычаг силы, равны весам этих грузов. Для каждого случая измеряются модули сил их плечи. Из опыта изображенного на рисунке 154, видно, что сила 2 Н уравновешивает силу 4 При этом, как видно из рисунка, плечо меньшей силы в 2 раза больше плеча большей силой. На основании таких опытов было установлено условие правило равновесия рычага. Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил. Правило равновесия рычага было установлено Превращения разных видов энергии в быту около 287 - 212 гг. Или тут важную роль играет слово "установлено"? Из этого правила следует, что меньшей силой можно уравновесить при помощи рычага бóльшую силу. Пусть одно плечо рычага в 3 раза больше другого см рис. Тогда, прикладывая в точке В силу, например, в 400 Н, можно поднять камень весом 1200 Что0бы поднять еще более тяжелый груз, превращения разных видов энергии в быту увеличить длину плеча рычага, на которое действует рабочий. С помощью рычага рабочий поднимает плиту массой 240 кг см рис. Какую силу прикладывает он к большему плечу рычага, равному 2,4 м, если меньшее плечо равно 0,6 м? Запишем условие задачи, и решим ее. В нашем примере рабочий преодолевает силу 2400 Н, прикладывая к рычагу силу 600 Применяя правило рычага, можно меньшей силой уравновесить бóльшую силу. При этом плечо меньшей силы должно быть длиннее плеча большей силы. В левой части равенства стоит произведение силы F1 на ее плечо l1, а в правой - произведение силы F2 на ее плечо l2. Произведение модуля силы, вращающей тело, на ее плечо называется моментом силы; он обозначается буквой Рычаг находится в равновесии под действием двух сил, если момент силы, вращающий его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей его против часовой стрелки. Момент силы, как и всякая физическая величина, может быть измерена. За единицу момента силы принимается момент силы в 1 Н, плечо которой ровно 1 м. Эта единица называется ньютон-метр Н · м. Момент силы характеризует действие силы, и показывает, что оно зависит одновременно и от модуля силы, и от ее плеча. Действительно, мы уже знаем, например, что действие силы на дверь зависит и от модуля силы, и от того, где приложена сила. Дверь тем легче повернуть, чем дальше от оси вращения приложена действующая на нее сила. Гайку, лучше отвернуть длинным гаечным ключом, чем коротким. Ведро тем легче поднять из колодца, чем длиннее ручка превращения разных видов энергии в быту, и превращения разных видов энергии в быту. Рычаги в технике, быту и природе. Выигрыш в силе мы имеем при работе с ножницами. Ножницы - это рычаг рисось вращения которого, происходит через винт, соединяющий обе половины ножниц. Действующей силой F1 является мускульная сила руки человека, сжимающего ножницы. Противодействующей силой F2 - сила сопротивления такого материала, который режут ножницами. В зависимости от назначения ножниц их устройство бывает различным. Конторские ножницы, предназначенные для резки бумаги, имеют длинные лезвия и почти такой же длины ручки. Для резки бумаги не требуется большой силы, а длинным лезвием удобнее резать по прямой линии. Ножницы для резки листового металла рис. Еще больше разница между длиной ручек и расстоянии режущей части и оси вращения в кусачках рис. Рычаги различного вида имеются у многих машин. Ручка швейной машины, педали или ручной тормоз велосипеда, педали автомобиля и трактора, превращения разных видов энергии в быту пианино - все это примеры рычагов, используемых в данных машинах инструментах. Примеры применения рычагов - это рукоятки тисков и верстаков, рычаг сверлильного станка и т. На принципе рычага основано действие и рычажных весов рис. Учебные весы, изображенные на рисунке 48 с. В десятичных весах плечо, к которому подвешена чашка с гирями, в 10 раз длиннее плеча, несущего груз. Это значительно упрощает взвешивание больших грузов. Взвешивая груз на десятичных весах, следует умножить массу гирь на 10. Устройство весов для взвешивания грузовых вагонов автомобилей также основано на правиле рычага. Рычаги встречаются также в разных частях тела животных и человека. Это, например, руки, превращения разных видов энергии в быту, челюсти. Много рычагов можно найти в теле насекомых прочитав книгу про насекомых и строение их телаптиц, в строении растений. Применение закона равновесия рычага к блоку. По желобу блока пропускается веревка, трос или цепь. Неподвижным блоком называется такой блок, ось которого закреплена, и при подъеме грузов не поднимается и не опускается рис. Такой блок не дает выигрыша в силе. Подвижный блок - это блок. На рисунке показан соответствующий ему рычаг: О - точка опоры рычага, ОА - плечо силы Р и ОВ - плечо силы Таким образом, подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза. Это можно доказать и пользуясь понятием момента силы. При равновесии блока моменты сил F и Р равны друг другу. Но плечо силы F в 2 раза больше плеча силы Р, а, значит, сама сила F в 2 раза меньше силы Обычно на практике применяют комбинацию неподвижного блока с подвижным рис. Неподвижный блок применяется только для удобства. Он не дает выигрыша в силе, но изменяет направление действия силы. Например, позволяет поднимать груз, стоя на земле. Это пригождается многим людям или рабочим. Тем не менее, он даёт выигрыш в силе в 2 раза больше обычного! Равенство работ при использовании простых механизмов. Естественно, возникает вопрос: давая выигрыш в силе или пути, не дают ли простые механизмы выигрыша в работе? Ответ на поставленный вопрос можно получить из опыта. Уравновесив на рычаге две какие-нибудь разные по модулю силы F1 и F2 рис. При этом оказывается, что за одно и то же время точка приложения превращения разных видов энергии в быту силы F2 проходит больший путь s2а точка приложения большей силы F1 - меньший путь s1. Таким образом, действуя на длинное плечо рычага, мы выигрываем в силе, но при этом во столько же раз проигрываем в пути. Произведение силы F на путь s есть работа. Итак, при использовании рычага выигрыша в работе на получится. Пользуясь рычагом, мы можем выиграть или в силе, или в расстоянии. Действуя же силой на короткое плечо превращения разных видов энергии в быту, мы выигрываем в расстоянии, но во столько же раз проигрываем в силе. Существует легенда, что Архимед, восхищенный открытием правила рычага, воскликнул: "Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю! Конечно, Архимед не мог бы справиться с такой задачей, если бы даже ему и дали бы точку опоры которая должна была бы быть вне Земли и рычаг нужной длины. Для подъема земли всего на 1 см длинное плечо рычага должно было бы описать дугу огромной длины. Не дает выигрыша в работе и неподвижный блок, в чем легко убедиться на опыте см. Пути, проходимые точками приложения сил F и F, одинаковы, одинаковы и силы, а значит, одинаковы и работы. Можно измерить и сравнить между собой работы, совершаемые с помощью подвижного блока. Чтобы при помощи подвижного блока поднять груз на высоту h, необходимо конец веревки, к которому прикреплен динамометр, как показывает опыт рис. Таким образом, получая выигрыш в силе в 2 раза, проигрывают в 2 раза в пути, следовательно, и подвижный блок, на дает выигрыша в работе. Многовековая практика показала, что ни один из механизмов не дает выигрыш в работе. Применяют же различные механизмы для того, чтобы в зависимости от условий работы выиграть в силе или в превращения разных видов энергии в быту. Уже древним ученым было известно правило, применимое ко всем механизмом: во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии. Это правило назвали "золотым правилом" механики. Коэффициент полезного действия механизма. На практике совершенная с помощью механизма полная работа всегда несколько больше полезной работы. Часть работы совершается против силы трения в механизме и по перемещению его отдельных частей. Так, применяя подвижный блок, приходится дополнительно совершать работу по подъему самого блока, веревки и по определению силы трения в оси блока. Какой мы механизм мы не взяли, полезная работа, совершенная с его помощью, всегда составляет лишь превращения разных видов энергии в быту полной работы. Отношение полезной работы к полной работе называется коэффициентом полезного действия механизма. Сокращенно коэффициент полезного действия обозначается КПД. Пример: На коротком плече рычага подвешен груз массой 100 кг. Для его подъема к длинному плечу приложена сила 250 Запишем превращения разных видов энергии в быту задачи и решим ее. Но "золотое правило" выполняется и в этом случае. Часть полезной работы - 20% ее-расходуется на преодоление трения в оси рычага и сопротивления воздуха, а также на движение самого рычага. КПД любого механизма всегда меньше 100%. Конструируя механизмы, люди стремятся увеличить их КПД. Для этого уменьшаются трение в осях механизмов их вес. Автомобили и самолеты тепловозы и теплоходы, работают, расходуя энергию сгорающего топлива, гидротурбины - энергию падающей с высоты воды. Да и сами мы, чтобы жить, учиться и работать, возобновляем свой запас энергии при помощи пищи, которую мы едим. Слово "энергия" употребляется нередко и в быту. Так, например, людей, которые могут быстро выполнять большую работу, мы называем энергичными, обладающими большой энергией. Что же такое энергия? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим примеры. Сжатая пружина рисраспрямляясь, совершить работу, поднять на высоту груз, или заставить двигаться тележку. Поднятый над землей неподвижный груз не совершает работы, но если этот груз упадет, он может совершить работу например, может забить в землю сваю. Способностью совершить работу обладает и всякое движущееся тело. Так, скатившийся с наклонной плоскости стальной шарик А рисударившись о деревянный брусок В, передвигает его на некоторое расстояние. Превращения разных видов энергии в быту этом совершается работа. Если тело или несколько взаимодействующих между собой тел система тел могут совершить работу, говорится, что они обладают энергией. Энергия - физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело или несколько тел. Энергия выражается в системе СИ в тех же единицах, что и работу, т. Чем большую работу может совершить тело, тем большей энергией оно обладает. При совершении работы энергия тел изменяется. Совершенная работа равна изменению энергии. Потенциальная и кинетическая энергия. Потенциальной энергией, например, обладает тело, поднятое относительно поверхности Земли, потому что энергия зависит от взаимного положения его и Земли. Если считать потенциальную энергию тела, лежащего на Земле, равной нулю, то потенциальная энергия тела, поднятого на некоторую высоту, определится работой, которую совершит сила тяжести при падении тела на Землю. Огромной потенциальной энергией обладает вода в реках, удерживаемая плотинами. Падая вниз, вода совершает работу, приводя в движение мощные турбины электростанций. Потенциальную энергию молота копра рис. Открывая дверь с пружиной, совершается работа по растяжению или сжатию пружины. За счет приобретенной энергии пружина, сокращаясь или распрямляясьсовершает работу, закрывая дверь. Энергию сжатых и раскрученных пружин используют, например, в ручных часах, разнообразных заводных игрушках и пр. Потенциальной энергией обладает всякое упругое деформированное тело. Потенциальную энергию сжатого газа используют в работе тепловых двигателей, в отбойных молотках, которые широко применяют в горной промышленности, при строительстве дорог, выемке твердого превращения разных видов энергии в быту и т. Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической от греч. Кинетическая энергия тела обозначается буквой Ек. Движущаяся вода, приводя во вращение турбины гидроэлектростанций, расходует свою кинетическую энергию и совершает работу. Кинетической энергией обладает и движущийся воздух - ветер. От чего зависит кинетическая энергия? Обратимся к опыту см. Если скатывать шарик А с разных высот, то можно заметить, что чем с большей высоты скатывается шарик, тем больше его скорость и тем дальше он продвигает брусок, т. Значит, кинетическая энергия тела зависит от превращения разных видов энергии в быту скорости. За счет скорости большой кинетической энергией обладает летящая пуля. Кинетическая энергия тела зависит и от его массы. Еще раз проделаем наш опыт, но будем скатывать с наклонной плоскости другой шарик - большей массы. Брусок В передвинется дальше, т. Значит, и кинетическая энергия второго шарика, больше, чем первого. Чем больше масса тела и скорость, с которой он движется, тем больше его кинетическая энергия. Кинетическую энергию тел используют в технике. Удерживаемая плотиной вода обладает, как было уже сказано, большой потенциальной энергией. При падении с плотины вода движется имеет такую же большую кинетическую энергию. Она приводит в движение турбину, соединенную с генератором электрического тока. За счет кинетической энергии воды вырабатывается электрическая энергия. Энергия движущейся воды имеет большое значение в народном хозяйстве. Эту энергию используют с помощью мощных гидроэлектростанций. Энергия падающей воды является экологически чистым источником энергии в отличие от энергии топлива. Все тела в природе относительно условного нулевого значения обладают либо потенциальной, превращения разных видов энергии в быту кинетической энергией, а иногда той и другой вместе. Например, летящий самолет обладает относительно Земли и кинетической и потенциальной энергией. Мы познакомились с двумя видами механической энергии. Иные виды энергии электрическая, внутренняя и др. Превращение одного вида механической энергии в другой. Например, при падении воды с плотины ее потенциальная энергия превращается в кинетическую. В качающемся маятнике периодически эти виды энергии переходят друг в друга. Явление превращения одного вида механической энергии в другой очень удобно наблюдать на приборе, изображенном на рисунке. Накручивая на ось нить, поднимают диск прибора. Диск, поднятый вверх, обладает некоторой потенциальной энергией. Если его отпустить, то он, вращаясь, начнет падать. По мере падения потенциальная энергия диска уменьшается, но вместе с тем возрастает его кинетическая энергия. В конце падения диск обладает таким запасом кинетической энергии, что может опять подняться почти до прежней высоты. Часть энергии расходуется на работу против силы трения, поэтому диск не достигает первоначальной высоты. Поднявшись вверх, диск снова падает, а затем снова поднимается. В этом опыте при движении диска вниз его потенциальная энергия превращается превращения разных видов энергии в быту кинетическую, а при движении вверх кинетическая превращается в потенциальную. Превращение энергии из одного вида в другой происходит также при ударе двух каких-нибудь упругих тел, например резинового мяча о пол или стального шарика о стальную плиту. Если поднять над стальной плитой стальной шарик рис и выпустить его из рук, он будет падать. По мере падения шарика его потенциальная энергия убывает, а кинетическая растет, так как увеличивается скорость движения шарика. При ударе шарика о плиту произойдет сжатие как шарика, так и плиты. Кинетическая энергия, которой шарик обладал, превратится в потенциальную энергию сжатой плиты и сжатого шарика. Затем благодаря действию упругих превращения разных видов энергии в быту плита и шарик, примут свою первоначальную форму. Шарик отскочит от плиты, а их потенциальная энергия вновь превратится в кинетическую энергию шарика: шарик отскочит вверх со скоростью, почти равной скорости, которой обладал в момент удара о плиту. При превращения разных видов энергии в быту вверх скорость шарика, а значит, и его кинетическая энергия уменьшаются, потенциальная энергия увеличивается. В верхней точке подъема вся его кинетическая энергия вновь превратится в потенциальную. Явления природы обычно сопровождается превращением одного вида энергии в другой. Энергия может и передаваться от одного тела к другому. Так, например, при стрельбе из лука потенциальная энергия натянутой тетивы переходит в кинетическую энергию летящей стрелы. Текст доступен пов отдельных случаях могут действовать дополнительные условия.

комментарий:

комментарий
 

Существуют различные классификации видов и форм энергии.