La quantité de travail mécanique. Définition du travail mécanique

« Physique - 10e année"

La loi de conservation de l’énergie est une loi fondamentale de la nature qui permet de décrire la plupart des phénomènes qui se produisent.

La description du mouvement des corps est également possible en utilisant des concepts de dynamique tels que le travail et l'énergie.

Rappelez-vous ce que sont le travail et le pouvoir en physique.

Ces concepts coïncident-ils avec les idées quotidiennes à leur sujet ?

Toutes nos actions quotidiennes se résument au fait que nous, à l'aide de muscles, soit mettons les corps environnants en mouvement et entretenons ce mouvement, soit arrêtons les corps en mouvement.

Ces corps sont des outils (marteau, stylo, scie), dans les jeux - balles, palets, pièces d'échecs. Dans la production et l’agriculture, les hommes mettent également des outils en mouvement.

L'utilisation de machines augmente plusieurs fois la productivité du travail grâce à l'utilisation de moteurs.

Le but de tout moteur est de mettre les corps en mouvement et de maintenir ce mouvement, malgré le freinage par friction ordinaire et par résistance de « travail » (la fraise ne doit pas simplement glisser sur le métal, mais, en y coupant, enlever les copeaux ; la charrue doit ameublir le terrain, etc.). Dans ce cas, une force doit agir sur le mobile depuis le côté du moteur.

Un travail est effectué dans la nature chaque fois qu'une force (ou plusieurs forces) provenant d'un autre corps (d'autres corps) agit sur un corps dans le sens de son mouvement ou contre lui.

La force de gravité agit lorsque des gouttes de pluie ou des pierres tombent d’une falaise. En même temps, la force de résistance agissant sur les gouttes qui tombent ou sur la pierre depuis l'air travaille également. La force élastique effectue également un travail lorsqu'un arbre plié par le vent se redresse.

Définition du travail.

Deuxième loi de Newton sous forme d'impulsion Δ = Δt permet de déterminer comment la vitesse d'un corps change en ampleur et en direction si une force agit sur lui pendant un temps Δt.

L'influence des forces sur les corps, entraînant une modification du module de leur vitesse, est caractérisée par une valeur qui dépend à la fois des forces et des mouvements des corps. En mécanique, cette quantité s'appelle travail de force.

Un changement de vitesse en valeur absolue n'est possible que dans le cas où la projection de la force F r sur la direction de déplacement du corps est différente de zéro. C'est cette projection qui détermine l'action de la force qui modifie la vitesse du corps modulo. Elle fait le travail. Le travail peut donc être considéré comme le produit de la projection de la force F r par le module de déplacement |Δ| (Fig. 5.1) :

UNE = F r |Δ|. (5.1)

Si l’angle entre la force et le déplacement est noté α, alors Fr = Fcosα.

Le travail est donc égal à :

A = |Δ|cosα. (5.2)

Notre idée quotidienne du travail diffère de la définition du travail en physique. Vous tenez une lourde valise et il vous semble que vous travaillez. Or, d’un point de vue physique, votre travail est nul.

Le travail d'une force constante est égal au produit des modules de la force et du déplacement du point d'application de la force et du cosinus de l'angle qui les sépare.

Dans le cas général, lorsqu'un corps rigide se déplace, les déplacements de ses différents points sont différents, mais pour déterminer le travail d'une force, on est sous Δ on comprend le mouvement de son point d'application. Lors du mouvement de translation d'un corps rigide, le mouvement de tous ses points coïncide avec le mouvement du point d'application de la force.

Le travail, contrairement à la force et au déplacement, n’est pas une quantité vectorielle, mais une quantité scalaire. Il peut être positif, négatif ou nul.

Le signe du travail est déterminé par le signe du cosinus de l'angle entre force et déplacement. Si α< 90°, то А >0, puisque le cosinus des angles aigus est positif. Pour α > 90°, le travail est négatif, puisque le cosinus des angles obtus est négatif. A α = 90° (force perpendiculaire au déplacement) aucun travail n'est effectué.

Si plusieurs forces agissent sur un corps, alors la projection de la force résultante sur le déplacement est égale à la somme des projections des forces individuelles :

F r = F 1r + F 2r + ... .

Par conséquent, pour le travail de la force résultante, nous obtenons

UNE = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + ... = A 1 + A 2 + .... (5.3)

Si plusieurs forces agissent sur un corps, alors le travail total (la somme algébrique du travail de toutes les forces) est égal au travail de la force résultante.

Le travail effectué par une force peut être représenté graphiquement. Expliquons cela en décrivant sur la figure la dépendance de la projection de force sur les coordonnées du corps lorsqu'il se déplace en ligne droite.

Laissez le corps se déplacer le long de l'axe OX (Fig. 5.2), puis

Fcosα = F x , |Δ| = Δx.

Pour le travail de force on obtient

A = F|Δ|cosα = F x Δx.

Évidemment, l'aire du rectangle ombré sur la figure (5.3, a) est numériquement égale au travail effectué lors du déplacement d'un corps d'un point de coordonnée x1 à un point de coordonnée x2.

La formule (5.1) est valable dans le cas où la projection de la force sur le déplacement est constante. Dans le cas d'une trajectoire curviligne, à force constante ou variable, on divise la trajectoire en petits segments, qui peuvent être considérés comme rectilignes, et la projection de la force à un petit déplacement Δ - constante.

Ensuite, en calculant le travail sur chaque mouvement Δ puis en résumant ces travaux, nous déterminons le travail de la force sur le déplacement final (Fig. 5.3, b).

Unité de travail.

L'unité de travail peut être établie à l'aide de la formule de base (5.2). Si, lors du déplacement d'un corps d'une unité de longueur, une force agit sur lui dont le module est égal à un, et la direction de la force coïncide avec la direction de mouvement de son point d'application (α = 0), alors le travail sera égal à un. L'unité de travail du Système International (SI) est le joule (noté J) :

1 J = 1 N 1 m = 1 N m.

Joule- c'est le travail effectué par une force de 1 N sur le déplacement 1 si les directions de force et de déplacement coïncident.

Plusieurs unités de travail sont souvent utilisées : kilojoule et mégajoule :

1 kJ = 1 000 J,
1 MJ = 1 000 000 J.

Les travaux peuvent être réalisés soit sur une longue période, soit sur une période très courte. Mais dans la pratique, il est loin d’être indifférent que le travail puisse être effectué rapidement ou lentement. Le temps pendant lequel le travail est effectué détermine les performances de tout moteur. Un petit moteur électrique peut faire beaucoup de travail, mais cela prendra beaucoup de temps. Par conséquent, avec le travail, une quantité est introduite qui caractérise la vitesse à laquelle il est produit : la puissance.

La puissance est le rapport du travail A à l'intervalle de temps Δt pendant lequel ce travail est effectué, c'est-à-dire la puissance est la vitesse de travail :

En substituant dans la formule (5.4) au lieu du travail A son expression (5.2), on obtient

Ainsi, si la force et la vitesse d'un corps sont constantes, alors la puissance est égale au produit de la grandeur du vecteur force par la grandeur du vecteur vitesse et le cosinus de l'angle entre les directions de ces vecteurs. Si ces quantités sont variables, alors en utilisant la formule (5.4), on peut déterminer la puissance moyenne de la même manière que pour déterminer la vitesse moyenne d'un corps.

La notion de puissance est introduite pour évaluer le travail par unité de temps effectué par tout mécanisme (pompe, grue, moteur de machine, etc.). Par conséquent, dans les formules (5.4) et (5.5), on entend toujours la force de traction.

En SI, la puissance s’exprime en watts (W).

La puissance est égale à 1 W si un travail égal à 1 J est effectué en 1 s.

En plus du watt, des unités de puissance plus grandes (plusieurs) sont utilisées :

1 kW (kilowatt) = 1 000 W,
1 MW (mégawatt) = 1 000 000 W.

Tout le monde sait. Même les enfants travaillent, à la maternelle, dès leur plus jeune âge. Cependant, l’idée courante et généralement acceptée est loin d’être la même que le concept de travail mécanique en physique. Par exemple, un homme est debout et tient un sac dans ses mains. Dans le sens habituel, cela fonctionne en maintenant une charge. Mais du point de vue physique, il n’en est rien. Quel est le problème?

Puisque de telles questions se posent, il est temps de rappeler la définition. Lorsqu’une force est appliquée à un objet et que le corps bouge sous son action, un travail mécanique est effectué. Cette valeur est proportionnelle au chemin parcouru par le corps et à la force appliquée. Il existe également une dépendance supplémentaire à l'égard de la direction d'application de la force et de la direction du mouvement du corps.

Ainsi, nous avons introduit un concept tel que le travail mécanique. La physique le définit comme le produit de la grandeur de force et de déplacement, multiplié par la valeur du cosinus de l'angle, qui existe dans le cas le plus général entre eux. A titre d'exemple, nous pouvons considérer plusieurs cas qui nous permettront de mieux comprendre ce que l'on entend par là.

Quand les travaux mécaniques ne sont-ils pas effectués ? Le camion est là, on le pousse, mais il ne bouge pas. La force est appliquée, mais il n’y a aucun mouvement. Le travail effectué est nul. Voici un autre exemple : une mère porte un enfant dans une poussette, dans ce cas le travail est effectué, la force est appliquée, la poussette bouge. La différence entre les deux cas décrits est la présence de mouvement. Et en conséquence, le travail est effectué (exemple avec une poussette) ou non (exemple avec un camion).

Un autre cas est celui d'un garçon à vélo qui a accéléré et roule calmement sur le chemin, sans tourner les pédales. Les travaux sont en cours ? Non, bien qu’il y ait mouvement, il n’y a pas de force appliquée, le mouvement s’effectue par inertie.

Un autre exemple est celui d’un cheval tirant une charrette, avec un conducteur assis dessus. Est-ce que ça marche ? Il y a du mouvement, il y a une force appliquée (le poids du conducteur agit sur le chariot), mais le travail n'est pas effectué. L'angle entre la direction du mouvement et la direction de la force est de 90 degrés, et le cosinus d'un angle de 90° est nul.

Les exemples ci-dessus montrent clairement que le travail mécanique n’est pas simplement le produit de deux quantités. Il faut également tenir compte de la manière dont ces quantités sont orientées. Si le sens du mouvement et le sens d'action de la force coïncident, alors le résultat sera positif, si le sens du mouvement se produit à l'opposé du sens d'application de la force, alors le résultat sera négatif (par exemple, le travail effectué par la force de frottement lors du déplacement d'une charge).

De plus, il faut tenir compte du fait que la force agissant sur le corps peut être le résultat de plusieurs forces. Si tel est le cas, alors le travail effectué par toutes les forces appliquées au corps est égal au travail effectué par la force résultante. Le travail est mesuré en joules. Un joule est égal au travail effectué par une force d’un newton lors du déplacement d’un corps d’un mètre.

Des exemples considérés, on peut tirer une conclusion extrêmement intéressante. Lorsque nous avons regardé le chauffeur sur le chariot, nous avons déterminé qu'il ne travaillait pas. Le travail se fait dans le plan horizontal car c'est là que se produit le mouvement. Mais la situation change un peu lorsqu’on considère un piéton.

Lors de la marche, le centre de gravité d’une personne ne reste pas stationnaire, elle se déplace dans un plan vertical et travaille donc. Et comme le mouvement est dirigé contre, le travail se produira contre la direction d'action. Même si le mouvement est petit, mais lors d'une longue marche, le corps devra effectuer un travail supplémentaire. Une bonne démarche réduit donc ce travail supplémentaire et réduit la fatigue.

Après avoir analysé plusieurs situations de vie simples, choisies comme exemples, et utilisant la connaissance de ce qu'est le travail mécanique, nous avons examiné les principales situations de sa manifestation, ainsi que quand et quel type de travail est effectué. Nous avons déterminé que la notion de travail dans la vie quotidienne et en physique est de nature différente. Et ils ont établi, grâce à l'application de lois physiques, qu'une démarche incorrecte provoque une fatigue supplémentaire.

Travail mécanique. Unités de travail.

Dans la vie de tous les jours, nous entendons tout par la notion de « travail ».

En physique, le concept Emploi quelque peu différent. Il s’agit d’une grandeur physique définie, ce qui signifie qu’elle peut être mesurée. En physique, on l'étudie principalement travail mécanique .

Regardons des exemples de travaux mécaniques.

Le train se déplace sous la force de traction d'une locomotive électrique et des travaux mécaniques sont effectués. Lorsqu'une arme à feu est tirée, la force de pression des gaz en poudre fonctionne : elle déplace la balle le long du canon et la vitesse de la balle augmente.

Ces exemples montrent clairement que le travail mécanique est effectué lorsqu'un corps se déplace sous l'influence d'une force. Le travail mécanique est également effectué dans le cas où une force agissant sur un corps (par exemple, une force de frottement) réduit la vitesse de son mouvement.

Voulant déplacer le meuble, on appuie fort dessus, mais s'il ne bouge pas, alors on n'effectue pas de travaux mécaniques. On peut imaginer un cas où un corps se déplace sans la participation de forces (par inertie) ;

Donc, le travail mécanique n'est effectué que lorsqu'une force agit sur un corps et qu'il se déplace .

Il n'est pas difficile de comprendre que plus la force agit sur le corps et plus le chemin parcouru par le corps sous l'influence de cette force est long, plus le travail effectué est important.

Le travail mécanique est directement proportionnel à la force appliquée et directement proportionnel à la distance parcourue .

Par conséquent, nous avons convenu de mesurer le travail mécanique par le produit de la force et du chemin parcouru dans cette direction par cette force :

travail = force × chemin

Où UN- Emploi, F- force et s- distance parcourue.

Une unité de travail est considérée comme le travail effectué par une force de 1N sur un trajet de 1 m.

Unité de travail - joule (J. ) du nom du scientifique anglais Joule. Ainsi,

1 J = 1N·m.

Également utilisé kilojoules (kJ) .

1 kJ = 1 000 J.

Formule A = Fs applicable lorsque la force F constante et coïncide avec la direction du mouvement du corps.

Si la direction de la force coïncide avec la direction du mouvement du corps, alors cette force effectue un travail positif.

Si le corps se déplace dans la direction opposée à la direction de la force appliquée, par exemple la force de frottement de glissement, alors cette force effectue un travail négatif.

Si la direction de la force agissant sur le corps est perpendiculaire à la direction du mouvement, alors cette force ne fait aucun travail, le travail est nul :

À l'avenir, en parlant de travail mécanique, nous l'appellerons brièvement en un mot : travail.

Exemple. Calculez le travail effectué lors du levage d'une dalle de granit d'un volume de 0,5 m3 jusqu'à une hauteur de 20 m. La densité du granit est de 2500 kg/m3.

Donné:

ρ = 2 500 kg/m 3

Solution:

où F est la force qui doit être appliquée pour soulever uniformément la dalle. Cette force est égale en module à la force Fstrand agissant sur la dalle, soit F = Fstrand. Et la force de gravité peut être déterminée par la masse de la dalle : Fpoids = gm. Calculons la masse de la dalle, connaissant son volume et la densité du granit : m = ρV ; s = h, c'est-à-dire que la trajectoire est égale à la hauteur de levage.

Donc, m = 2 500 kg/m3 · 0,5 m3 = 1 250 kg.

F = 9,8 N/kg · 1 250 kg ≈ 12 250 N.

A = 12 250 N · 20 m = 245 000 J = 245 kJ.

Répondre: A = 245 kJ.

Leviers.Puissance.Énergie

Différents moteurs nécessitent des temps différents pour effectuer le même travail. Par exemple, une grue sur un chantier de construction soulève des centaines de briques jusqu'au dernier étage d'un immeuble en quelques minutes. Si ces briques étaient déplacées par un ouvrier, cela lui prendrait plusieurs heures. Un autre exemple. Un cheval peut labourer un hectare de terre en 10 à 12 heures, tandis qu'un tracteur équipé d'une charrue à socs multiples ( soc de charrue- une partie de la charrue qui coupe la couche de terre par le bas et la transfère vers la décharge ; multi-socs - plusieurs socs), ce travail sera réalisé en 40 à 50 minutes.

Il est clair qu'une grue fait le même travail plus vite qu'un ouvrier, et qu'un tracteur fait le même travail plus vite qu'un cheval. La vitesse de travail est caractérisée par une quantité spéciale appelée puissance.

La puissance est égale au rapport du travail au temps pendant lequel il a été effectué.

Pour calculer la puissance, vous devez diviser le travail par le temps pendant lequel ce travail a été effectué. puissance = travail/temps.

Où N- pouvoir, UN- Emploi, t- le temps de travail effectué.

La puissance est une quantité constante lorsque le même travail est effectué chaque seconde, dans d'autres cas le rapport ; À détermine la puissance moyenne :

N moyenne = À . L'unité de puissance est considérée comme la puissance à laquelle J de travail est effectué en 1 s.

Cette unité s'appelle le watt ( W) en l'honneur d'un autre scientifique anglais, Watt.

1 watt = 1 joule/1 seconde, ou 1 W = 1 J/s.

Watt (joule par seconde) - W (1 J/s).

Les unités de puissance plus grandes sont largement utilisées en technologie - kilowatt (kW), mégawatt (MW) .

1 MW = 1 000 000 W

1 kW = 1 000 W

1 mW = 0,001 W

1 W = 0,000001 MW

1 W = 0,001 kW

1 W = 1 000 mW

Exemple. Trouvez la puissance du débit d'eau qui traverse le barrage si la hauteur de la chute d'eau est de 25 m et son débit est de 120 m3 par minute.

Donné:

ρ = 1 000 kg/m3

Solution:

Masse d'eau qui tombe : m = ρV,

m = 1 000 kg/m3 120 m3 = 120 000 kg (12 104 kg).

La gravité agissant sur l'eau :

F = 9,8 m/s2 120 000 kg ≈ 1 200 000 N (12 105 N)

Travail effectué par débit par minute :

A - 1 200 000 N · 25 m = 30 000 000 J (3 · 107 J).

Puissance d'écoulement : N = A/t,

N = 30 000 000 J/60 s = 500 000 W = 0,5 MW.

Répondre: N = 0,5 MW.

Différents moteurs ont des puissances allant du centième et dixième de kilowatt (moteur d'un rasoir électrique, machine à coudre) à des centaines de milliers de kilowatts (turbines à eau et à vapeur).

Tableau 5.

Puissance de certains moteurs, kW.

Chaque moteur possède une plaque (passeport moteur), qui indique certaines informations sur le moteur, notamment sa puissance.

La puissance humaine dans des conditions normales de fonctionnement est en moyenne de 70 à 80 W. En sautant ou en montant les escaliers, une personne peut développer une puissance allant jusqu'à 730 W, et dans certains cas même plus.

De la formule N = A/t il résulte que

Pour calculer le travail, il faut multiplier la puissance par le temps pendant lequel ce travail a été effectué.

Exemple. Le moteur du ventilateur de la pièce a une puissance de 35 watts. Combien de travail fait-il en 10 minutes ?

Écrivons les conditions du problème et résolvons-le.

Donné:

Solution:

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

Répondre UN= 21 kJ.

Mécanismes simples.

Depuis des temps immémoriaux, l’homme a utilisé divers appareils pour effectuer des travaux mécaniques.

Tout le monde sait qu'un objet lourd (une pierre, une armoire, une machine-outil), qui ne peut pas être déplacé à la main, peut être déplacé à l'aide d'un bâton suffisamment long - un levier.

À l'heure actuelle, on pense qu'à l'aide de leviers, il y a trois mille ans, lors de la construction des pyramides de l'Égypte ancienne, de lourdes dalles de pierre ont été déplacées et élevées à de grandes hauteurs.

Dans de nombreux cas, au lieu de soulever une lourde charge jusqu'à une certaine hauteur, elle peut être roulée ou tirée à la même hauteur le long d'un plan incliné ou soulevée à l'aide de blocs.

Les appareils utilisés pour convertir la force sont appelés mécanismes .

Les mécanismes simples comprennent : les leviers et leurs variétés - bloc, portail; plan incliné et ses variétés - cale, vis. Dans la plupart des cas, des mécanismes simples sont utilisés pour gagner en force, c'est-à-dire pour augmenter plusieurs fois la force agissant sur le corps.

Des mécanismes simples se retrouvent aussi bien dans les ménages que dans toutes les machines industrielles et industrielles complexes qui coupent, tordent et estampent de grandes feuilles d'acier ou tirent les fils les plus fins à partir desquels les tissus sont ensuite fabriqués. Les mêmes mécanismes peuvent être trouvés dans les machines automatiques complexes modernes, les machines à imprimer et à compter.

Bras de levier. Equilibre des forces sur le levier.

Considérons le mécanisme le plus simple et le plus courant : le levier.

Un levier est un corps rigide pouvant tourner autour d'un support fixe.

Les images montrent comment un ouvrier utilise un pied-de-biche comme levier pour soulever une charge. Dans le premier cas, le travailleur avec force F appuie sur l'extrémité du pied de biche B, dans le second - lève la fin B.

Le travailleur doit surmonter le poids de la charge P.- force dirigée verticalement vers le bas. Pour ce faire, il fait tourner le pied-de-biche autour d'un axe passant par le seul immobile le point de rupture est le point de son appui À PROPOS. Forcer F avec laquelle le travailleur agit sur le levier est moins de force P., ainsi le travailleur reçoit gagner en force. À l'aide d'un levier, vous pouvez soulever une charge si lourde que vous ne pouvez pas la soulever vous-même.

La figure montre un levier dont l'axe de rotation est À PROPOS(point d'appui) est situé entre les points d'application des forces UN Et DANS. Une autre image montre un schéma de ce levier. Les deux forces F 1 et F 2 agissant sur le levier sont dirigés dans une seule direction.

La distance la plus courte entre le point d'appui et la ligne droite le long de laquelle la force agit sur le levier est appelée le bras de force.

Pour trouver le bras de la force, vous devez abaisser la perpendiculaire du point d’appui à la ligne d’action de la force.

La longueur de cette perpendiculaire sera le bras de cette force. La figure montre que OA- la force des épaules F 1; OB- la force des épaules F 2. Les forces agissant sur le levier peuvent le faire tourner autour de son axe dans deux sens : dans le sens horaire ou antihoraire. Oui, la force F 1 fait tourner le levier dans le sens des aiguilles d'une montre et la force F 2 le fait tourner dans le sens antihoraire.

La condition dans laquelle le levier est en équilibre sous l'influence des forces qui lui sont appliquées peut être établie expérimentalement. Il faut se rappeler que le résultat de la force dépend non seulement de sa valeur numérique (module), mais aussi du point où elle est appliquée au corps, ou de la manière dont elle est dirigée.

Différents poids sont suspendus au levier (voir figure) des deux côtés du point d'appui afin que le levier reste à chaque fois en équilibre. Les forces agissant sur le levier sont égales aux poids de ces charges. Pour chaque cas, les modules de force et leurs épaules sont mesurés. D'après l'expérience illustrée à la figure 154, il est clair que la force 2 Néquilibre la force 4 N. Dans ce cas, comme le montre la figure, l'épaule de moindre force est 2 fois plus grande que l'épaule de plus grande force.

Sur la base de telles expériences, la condition (règle) de l'équilibre du levier a été établie.

Un levier est en équilibre lorsque les forces agissant sur lui sont inversement proportionnelles aux bras de ces forces.

Cette règle peut s'écrire sous la forme d'une formule :

F 1/F 2 = je 2/ je 1 ,

Où F 1Et F 2 - les forces agissant sur le levier, je 1Et je 2 , - les épaules de ces forces (voir figure).

La règle de l'équilibre du levier a été établie par Archimède vers 287 - 212. avant JC e. (mais dans le dernier paragraphe il a été dit que les leviers étaient utilisés par les Égyptiens ? Ou le mot « établi » joue-t-il ici un rôle important ?)

De cette règle, il s'ensuit qu'une force plus petite peut être utilisée pour équilibrer une force plus importante à l'aide d'un levier. Laissez un bras du levier être 3 fois plus grand que l'autre (voir figure). Ensuite, en appliquant une force de par exemple 400 N au point B, vous pouvez soulever une pierre pesant 1 200 N. Pour soulever une charge encore plus lourde, il faut augmenter la longueur du bras de levier sur lequel agit l'ouvrier.

Exemple. A l'aide d'un levier, un ouvrier soulève une dalle pesant 240 kg (voir fig. 149). Quelle force applique-t-il au plus grand bras de levier de 2,4 m si le plus petit bras mesure 0,6 m ?

Écrivons les conditions du problème et résolvons-le.

Donné:

Solution:

D’après la règle d’équilibre du levier, F1/F2 = l2/l1, d’où F1 = F2 l2/l1, où F2 = P est le poids de la pierre. Poids de la pierre asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Alors, F1 = 2 400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Répondre: F1 = 600 N.

Dans notre exemple, l'ouvrier surmonte une force de 2400 N, en appliquant une force de 600 N sur le levier. Mais dans ce cas, le bras sur lequel agit l'ouvrier est 4 fois plus long que celui sur lequel agit le poids de la pierre. ( je 1 : je 2 = 2,4 m : 0,6 m = 4).

En appliquant la règle de l’effet de levier, une force plus petite peut équilibrer une force plus grande. Dans ce cas, l’épaule de moindre force doit être plus longue que l’épaule de plus grande force.

Moment de pouvoir.

Vous connaissez déjà la règle de l’équilibre du levier :

F 1 / F 2 = je 2 / je 1 ,

En utilisant la propriété de proportion (le produit de ses membres extrêmes est égal au produit de ses membres intermédiaires), on l'écrit sous cette forme :

F 1je 1 = F 2 je 2 .

Du côté gauche de l’équation se trouve le produit de la force F 1 sur son épaule je 1, et à droite - le produit de la force F 2 sur son épaule je 2 .

Le produit du module de la force faisant tourner le corps et son épaule s'appelle moment de force; il est désigné par la lettre M. Cela signifie

Un levier est en équilibre sous l’action de deux forces si le moment de la force qui le fait tourner dans le sens des aiguilles d’une montre est égal au moment de la force qui le fait tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

Cette règle s'appelle règle des moments , peut s'écrire sous la forme d'une formule :

M1 = M2

En effet, dans l'expérience que nous avons considérée (§ 56), les forces agissant étaient égales à 2 N et 4 N, leurs épaulements s'élevaient respectivement à 4 et 2 pressions du levier, c'est-à-dire que les moments de ces forces sont les mêmes lorsque le levier est en équilibre .

Le moment de force, comme toute grandeur physique, peut être mesuré. L'unité de moment de force est considérée comme un moment de force de 1 N, dont le bras mesure exactement 1 m.

Cette unité est appelée newton-mètre (SUBST m).

Le moment de force caractérise l'action d'une force, et montre qu'il dépend à la fois du module de la force et de son levier. En effet, on sait déjà, par exemple, que l'action d'une force sur une porte dépend à la fois de l'ampleur de la force et de l'endroit où la force est appliquée. Plus il est facile de tourner la porte, plus la force agissant sur elle est appliquée loin de l'axe de rotation. Il est préférable de dévisser l'écrou avec une clé longue plutôt qu'avec une clé courte. Plus il est facile de soulever un seau du puits, plus la poignée du portail est longue, etc.

Des leviers dans la technologie, le quotidien et la nature.

La règle de l'effet de levier (ou règle des moments) sous-tend l'action de divers types d'outils et d'appareils utilisés dans la technologie et dans la vie quotidienne où un gain de force ou de déplacement est requis.

On a un gain de force en travaillant avec des ciseaux. Ciseaux - c'est un levier(fig), dont l'axe de rotation passe par une vis reliant les deux moitiés des ciseaux. Force agissante F 1 est la force musculaire de la main de la personne qui saisit les ciseaux. Contre-force F 2 est la force de résistance du matériau coupé avec des ciseaux. Selon le but des ciseaux, leur conception varie. Les ciseaux de bureau, conçus pour couper du papier, ont de longues lames et des poignées presque de la même longueur. Couper du papier ne nécessite pas beaucoup de force et une longue lame facilite la coupe en ligne droite. Les cisailles pour couper la tôle (Fig.) ont des manches beaucoup plus longs que les lames, car la force de résistance du métal est importante et pour l'équilibrer, le bras de la force agissant doit être considérablement augmenté. La différence entre la longueur des poignées et la distance entre la partie coupante et l'axe de rotation est encore plus grande pinces coupantes(Fig.), conçu pour couper du fil.

De nombreuses machines ont différents types de leviers. La poignée d'une machine à coudre, les pédales ou le frein à main d'un vélo, les pédales d'une voiture et d'un tracteur et les touches d'un piano sont autant d'exemples de leviers utilisés dans ces machines et outils.

Des exemples d'utilisation de leviers sont les poignées d'étaux et d'établis, le levier d'une perceuse, etc.

L'action des balances à levier est basée sur le principe du levier (Fig.). Les échelles de formation illustrées à la figure 48 (p. 42) font office de levier à bras égaux . DANS échelles décimales L'épaule à laquelle est suspendue la tasse avec les poids est 10 fois plus longue que l'épaule portant la charge. Cela facilite grandement le pesage de grosses charges. Lorsque vous pesez une charge sur une échelle décimale, vous devez multiplier la masse des poids par 10.

Le dispositif des balances pour peser les wagons de marchandises repose également sur la règle du levier.

Des leviers se retrouvent également dans différentes parties du corps des animaux et des humains. Ce sont par exemple les bras, les jambes, les mâchoires. De nombreux leviers peuvent être trouvés dans le corps des insectes (en lisant un livre sur les insectes et la structure de leur corps), des oiseaux et dans la structure des plantes.

Application de la loi d'équilibre d'un levier à un bloc.

Bloc C'est une roue avec une rainure, montée dans un support. Une corde, un câble ou une chaîne passe à travers la rainure du bloc.

Bloc fixe C'est ce qu'on appelle un bloc dont l'axe est fixe et ne monte ni ne descend lors du levage de charges (Fig.).

Un bloc fixe peut être considéré comme un levier à bras égaux, dans lequel les bras de forces sont égaux au rayon de la roue (Fig) : OA = OB = r. Un tel bloc n'apporte pas de gain de solidité. ( F 1 = F 2), mais permet de changer la direction de la force. Bloc mobile - c'est un bloc. dont l'axe monte et descend avec la charge (Fig.). La figure montre le levier correspondant : À PROPOS- point d'appui du levier, OA- la force des épaules R. Et OB- la force des épaules F. Depuis l'épaule OB 2 fois l'épaule OA, alors la force F 2 fois moins de force R.:

F = P/2 .

Ainsi, le bloc mobile donne un gain de résistance 2 fois supérieur .

Cela peut être prouvé en utilisant le concept de moment de force. Lorsque le bloc est en équilibre, les moments de forces F Et R.égaux les uns aux autres. Mais l'épaule de force F 2 fois l'effet de levier R., et donc le pouvoir lui-même F 2 fois moins de force R..

Habituellement, dans la pratique, une combinaison d'un bloc fixe et d'un bloc mobile est utilisée (Fig.). Le bloc fixe est utilisé uniquement pour des raisons de commodité. Cela ne donne pas de gain de force, mais cela change la direction de la force. Il permet par exemple de soulever une charge en position debout au sol. Cela s’avère utile pour de nombreuses personnes ou travailleurs. Cela donne cependant un gain de force 2 fois supérieur à d’habitude !

Égalité de travail lors de l'utilisation de mécanismes simples. "Règle d'or" de la mécanique.

Les mécanismes simples que nous avons envisagés sont utilisés lors de l'exécution de travaux dans les cas où il est nécessaire d'équilibrer une autre force par l'action d'une force.

Naturellement, la question se pose : tout en donnant un gain de puissance ou de trajectoire, des mécanismes simples ne donnent-ils pas un gain de travail ? La réponse à cette question peut être obtenue par expérience.

En équilibrant deux forces de magnitude différente sur un levier F 1 et F 2 (fig.), mettre le levier en mouvement. Il s'avère qu'en même temps le point d'application de la plus petite force F 2 va plus loin s 2, et le point d'application de la plus grande force F 1 - chemin plus court s 1. Après avoir mesuré ces chemins et modules de forces, on constate que les chemins parcourus par les points d'application des forces sur le levier sont inversement proportionnels aux forces :

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

Ainsi, en agissant sur le bras long du levier, on gagne en force, mais en même temps on en perd d'autant en cours de route.

Produit de force F en chemin s il y a du travail. Nos expériences montrent que le travail effectué par les forces appliquées au levier est égal entre eux :

F 1 s 1 = F 2 s 2, c'est-à-dire UN 1 = UN 2.

Donc, En utilisant l’effet de levier, vous ne pourrez pas gagner au travail.

En utilisant l’effet de levier, on peut gagner soit en force, soit en distance. En appliquant une force sur le bras court du levier, on gagne en distance, mais on perd d'autant en force.

Il existe une légende selon laquelle Archimède, ravi de la découverte de la règle du levier, s'est exclamé : « Donnez-moi un point d'appui et je retournerai la Terre !

Bien sûr, Archimède ne pourrait pas faire face à une telle tâche même s'il avait reçu un point d'appui (qui aurait dû être à l'extérieur de la Terre) et un levier de la longueur requise.

Pour soulever la terre de seulement 1 cm, il faudrait que le long bras du levier décrit un arc d'une longueur énorme. Déplacer l’extrémité longue du levier le long de cette trajectoire, par exemple, à une vitesse de 1 m/s, prendrait des millions d’années !

Un bloc stationnaire ne donne aucun gain de travail, ce qui est facile à vérifier expérimentalement (voir figure). Chemins parcourus par les points d'application des forces F Et F, sont les mêmes, les forces sont les mêmes, et donc le travail est le même.

Vous pouvez mesurer et comparer le travail effectué à l'aide d'un bloc mobile. Pour soulever une charge à une hauteur h à l'aide d'un bloc mobile, il est nécessaire de déplacer l'extrémité de la corde à laquelle est attaché le dynamomètre, comme le montre l'expérience (Fig.), à une hauteur de 2h.

Ainsi, obtenant un gain de force de 2 fois, ils perdent 2 fois en chemin, par conséquent, le bloc mobile ne donne pas de gain de travail.

Une pratique vieille de plusieurs siècles a montré que Aucun des mécanismes ne permet de gagner en performances. Ils utilisent divers mécanismes afin de gagner en force ou en déplacement, selon les conditions de travail.

Déjà les scientifiques anciens connaissaient une règle applicable à tous les mécanismes : peu importe combien de fois nous gagnons en force, nous perdons autant de fois en distance. Cette règle a été appelée la « règle d’or » de la mécanique.

Efficacité du mécanisme.

Lors de l'examen de la conception et de l'action du levier, nous n'avons pas pris en compte la friction, ni le poids du levier. dans ces conditions idéales, le travail effectué par la force appliquée (nous appellerons ce travail complet), est égal à utile travailler à soulever des charges ou à surmonter toute résistance.

En pratique, le travail total effectué par un mécanisme est toujours légèrement supérieur au travail utile.

Une partie du travail est effectuée contre la force de friction dans le mécanisme et en déplaçant ses différentes pièces. Ainsi, lors de l'utilisation d'un bloc mobile, vous devez en outre effectuer des travaux pour soulever le bloc lui-même, la corde et déterminer la force de frottement dans l'axe du bloc.

Quel que soit le mécanisme choisi, le travail utile accompli avec son aide ne constitue toujours qu'une partie du travail total. Cela signifie, désignant le travail utile par la lettre Ap, le travail total (dépensé) par la lettre Az, on peut écrire :

En haut< Аз или Ап / Аз < 1.

Le rapport entre le travail utile et le travail total est appelé efficacité du mécanisme.

Le facteur d'efficacité est abrégé en efficacité.

Efficacité = Ap / Az.

L'efficacité est généralement exprimée en pourcentage et est désignée par la lettre grecque η, lue comme « eta » :

η = Ap/Az · 100 %.

Exemple: Une charge pesant 100 kg est suspendue au bras court d'un levier. Pour la soulever, une force de 250 N est appliquée au bras long. La charge est élevée à une hauteur de h1 = 0,08 m, tandis que le point d'application de la force motrice descend à une hauteur de h2 = 0,4 m. efficacité du levier.

Écrivons les conditions du problème et résolvons-le.

Donné :

Solution :

η = Ap/Az · 100 %.

Travail total (dépensé) Az = Fh2.

Travail utile Ap = Рh1

P = 9,8 100 kg ≈ 1000 N.

Ap = 1 000 N · 0,08 = 80 J.

Az = 250 N · 0,4 m = 100 J.

η = 80 J/100 J 100 % = 80 %.

Répondre : η = 80%.

Mais la « règle d’or » s’applique également dans ce cas. Une partie du travail utile - 20 % de celui-ci - est consacrée à surmonter les frottements dans l'axe du levier et la résistance de l'air, ainsi qu'au mouvement du levier lui-même.

L'efficacité de tout mécanisme est toujours inférieure à 100 %. Lors de la conception de mécanismes, les gens s’efforcent d’augmenter leur efficacité. Pour y parvenir, les frottements dans les axes des mécanismes et leur poids sont réduits.

Énergie.

Dans les usines et les usines, les machines et les machines sont entraînées par des moteurs électriques, qui consomment de l'énergie électrique (d'où le nom).

Un ressort comprimé (Fig.), une fois redressé, fonctionne, élève une charge à une hauteur ou fait déplacer un chariot. Une charge stationnaire élevée au-dessus du sol ne fait pas de travail, mais si cette charge tombe, elle peut faire du travail (par exemple, elle peut enfoncer un pieu dans le sol). Tout corps en mouvement a la capacité d’effectuer un travail. Ainsi, une bille d'acier A (fig) descendant d'un plan incliné, heurtant un bloc de bois B, le déplace d'une certaine distance. En même temps, le travail est fait. Si un corps ou plusieurs corps en interaction (un système de corps) peuvent effectuer un travail, on dit qu’ils ont de l’énergie. Énergie - une grandeur physique montrant la quantité de travail qu'un corps (ou plusieurs corps) peut effectuer. L'énergie est exprimée dans le système SI dans les mêmes unités que le travail, c'est-à-dire en joules. Plus un corps peut faire de travail, plus il a d’énergie. Lorsque le travail est terminé, l’énergie des corps change. Le travail effectué est égal au changement d’énergie. Énergie potentielle et cinétique. Potentiel (de lat. puissance - possibilité) l'énergie est l'énergie qui est déterminée par la position relative des corps en interaction et des parties d'un même corps. L'énergie potentielle, par exemple, est possédée par un corps élevé par rapport à la surface de la Terre, car l'énergie dépend de la position relative de celui-ci et de la Terre. et leur attirance mutuelle. Si l'on considère que l'énergie potentielle d'un corps allongé sur la Terre est nulle, alors l'énergie potentielle d'un corps élevé à une certaine hauteur sera déterminée par le travail effectué par la gravité lorsque le corps tombe sur la Terre. Désignons l'énergie potentielle du corps E n, parce que E = UNE, et le travail, comme nous le savons, est égal au produit de la force et du chemin, alors A = Fh, Où F- la gravité. Cela signifie que l’énergie potentielle En est égale à : E = Fh, ou E = gmh, Où g- Accélération de la gravité, m- masse corporelle, h- la hauteur à laquelle le corps est élevé. L’eau des rivières retenues par les barrages possède une énergie potentielle énorme. En tombant, l'eau fonctionne, entraînant les puissantes turbines des centrales électriques. L'énergie potentielle d'un marteau à coprah (Fig.) est utilisée dans la construction pour effectuer les travaux de battage de pieux. Lors de l’ouverture d’une porte avec un ressort, un travail est effectué pour étirer (ou comprimer) le ressort. Grâce à l'énergie acquise, le ressort, en se contractant (ou en se redressant), travaille en fermant la porte. L'énergie des ressorts comprimés et non torsadés est utilisée, par exemple, dans les montres, divers jouets à remonter, etc. Tout corps élastique déformé possède une énergie potentielle. L'énergie potentielle du gaz comprimé est utilisée dans le fonctionnement des moteurs thermiques, des marteaux-piqueurs, largement utilisés dans l'industrie minière, dans la construction de routes, dans l'excavation de sols durs, etc. L'énergie qu'un corps possède suite à son mouvement est appelée cinétique (du grec. cinéma - mouvement) énergie. L'énergie cinétique d'un corps est désignée par la lettre EÀ. L'eau en mouvement, qui entraîne les turbines des centrales hydroélectriques, dépense son énergie cinétique et fonctionne. L'air en mouvement, le vent, possède également de l'énergie cinétique. De quoi dépend l’énergie cinétique ? Passons à l'expérience (voir figure). Si vous faites rouler la balle A à différentes hauteurs, vous remarquerez que plus la balle roule en hauteur, plus sa vitesse est grande et plus elle déplace le bloc, c'est-à-dire qu'elle fait plus de travail. Cela signifie que l’énergie cinétique d’un corps dépend de sa vitesse. En raison de sa vitesse, une balle volante possède une énergie cinétique élevée. L'énergie cinétique d'un corps dépend également de sa masse. Refaisons notre expérience, mais nous ferons rouler une autre boule de plus grande masse depuis le plan incliné. La barre B avancera plus loin, c'est-à-dire que davantage de travail sera effectué. Cela signifie que l’énergie cinétique de la deuxième balle est supérieure à celle de la première. Plus la masse d'un corps et la vitesse à laquelle il se déplace sont grandes, plus son énergie cinétique est grande. Afin de déterminer l'énergie cinétique d'un corps, la formule est utilisée : Ek = mv^2 /2, Où m- masse corporelle, v- la vitesse des mouvements du corps. L'énergie cinétique des corps est utilisée en technologie. L’eau retenue par le barrage possède, comme déjà mentionné, un grand potentiel énergétique. Lorsque l’eau tombe d’un barrage, elle se déplace et possède la même énergie cinétique élevée. Il entraîne une turbine reliée à un générateur de courant électrique. Grâce à l’énergie cinétique de l’eau, de l’énergie électrique est générée. L'énergie de l'eau en mouvement est d'une grande importance dans l'économie nationale. Cette énergie est utilisée grâce à de puissantes centrales hydroélectriques. L’énergie des chutes d’eau est une source d’énergie respectueuse de l’environnement, contrairement à l’énergie combustible. Tous les corps dans la nature, par rapport à la valeur zéro conventionnelle, possèdent soit de l'énergie potentielle, soit de l'énergie cinétique, et parfois les deux à la fois. Par exemple, un avion en vol possède à la fois une énergie cinétique et potentielle par rapport à la Terre. Nous avons fait connaissance avec deux types d'énergie mécanique. D'autres types d'énergie (électrique, interne, etc.) seront abordés dans d'autres sections du cours de physique. Conversion d'un type d'énergie mécanique en un autre. Le phénomène de transformation d'un type d'énergie mécanique en un autre est très pratique à observer sur l'appareil représenté sur la figure. En enroulant le fil sur l'axe, le disque de l'appareil est soulevé. Un disque élevé vers le haut possède une certaine énergie potentielle. Si vous le lâchez, il tournera et commencera à tomber. En tombant, l’énergie potentielle du disque diminue, mais en même temps son énergie cinétique augmente. A la fin de la chute, le disque dispose d'une telle réserve d'énergie cinétique qu'il peut remonter presque jusqu'à sa hauteur précédente. (Une partie de l'énergie est dépensée contre la force de frottement, de sorte que le disque n'atteint pas sa hauteur d'origine.) Après s'être levé, le disque retombe puis remonte. Dans cette expérience, lorsque le disque descend, son énergie potentielle se transforme en énergie cinétique, et lorsqu’il monte, l’énergie cinétique se transforme en énergie potentielle. La transformation de l'énergie d'un type à un autre se produit également lorsque deux corps élastiques entrent en collision, par exemple une balle en caoutchouc sur le sol ou une balle en acier sur une plaque d'acier. Si vous soulevez une bille d'acier (riz) au-dessus d'une plaque d'acier et la relâchez de vos mains, elle tombera. À mesure que la balle tombe, son énergie potentielle diminue et son énergie cinétique augmente à mesure que la vitesse de la balle augmente. Lorsque la balle touche la plaque, la balle et la plaque seront comprimées. L'énergie cinétique de la balle se transformera en énergie potentielle de la plaque comprimée et de la balle comprimée. Puis, grâce à l’action des forces élastiques, la plaque et la boule reprendront leur forme initiale. La balle rebondira sur la dalle, et leur énergie potentielle se transformera à nouveau en énergie cinétique de la balle : la balle rebondira à une vitesse presque égale à celle qu'elle avait au moment où elle a heurté la dalle. À mesure que la balle monte, sa vitesse, et donc son énergie cinétique, diminue, tandis que l'énergie potentielle augmente. Après avoir rebondi sur la plaque, le ballon s'élève presque à la même hauteur à partir de laquelle il a commencé à tomber. Au sommet de la montée, toute son énergie cinétique se transformera à nouveau en potentiel. Les phénomènes naturels s'accompagnent généralement de la transformation d'un type d'énergie en un autre. L'énergie peut être transférée d'un corps à un autre. Par exemple, lors du tir à l’arc, l’énergie potentielle d’une corde d’arc tirée est convertie en énergie cinétique d’une flèche volante.

Travail mécanique. Unités de travail.

Dans la vie de tous les jours, nous entendons tout par la notion de « travail ».

En physique, le concept Emploi quelque peu différent. Il s’agit d’une grandeur physique définie, ce qui signifie qu’elle peut être mesurée. En physique, on l'étudie principalement travail mécanique .

Regardons des exemples de travaux mécaniques.

Le train se déplace sous la force de traction d'une locomotive électrique et des travaux mécaniques sont effectués. Lorsqu'une arme à feu est tirée, la force de pression des gaz en poudre fonctionne : elle déplace la balle le long du canon et la vitesse de la balle augmente.

Ces exemples montrent clairement que le travail mécanique est effectué lorsqu'un corps se déplace sous l'influence d'une force. Le travail mécanique est également effectué dans le cas où une force agissant sur un corps (par exemple, une force de frottement) réduit la vitesse de son mouvement.

Voulant déplacer le meuble, on appuie fort dessus, mais s'il ne bouge pas, alors on n'effectue pas de travaux mécaniques. On peut imaginer un cas où un corps se déplace sans la participation de forces (par inertie) ;

Donc, le travail mécanique n'est effectué que lorsqu'une force agit sur un corps et qu'il se déplace .

Il n'est pas difficile de comprendre que plus la force agit sur le corps et plus le chemin parcouru par le corps sous l'influence de cette force est long, plus le travail effectué est important.

Le travail mécanique est directement proportionnel à la force appliquée et directement proportionnel à la distance parcourue .

Par conséquent, nous avons convenu de mesurer le travail mécanique par le produit de la force et du chemin parcouru dans cette direction par cette force :

travail = force × chemin

Où UN- Emploi, F- force et s- distance parcourue.

Une unité de travail est considérée comme le travail effectué par une force de 1N sur un trajet de 1 m.

Unité de travail - joule (J. ) du nom du scientifique anglais Joule. Ainsi,

1 J = 1N·m.

Également utilisé kilojoules (kJ) .

1 kJ = 1 000 J.

Formule A = Fs applicable lorsque la force F constante et coïncide avec la direction du mouvement du corps.

Si la direction de la force coïncide avec la direction du mouvement du corps, alors cette force effectue un travail positif.

Si le corps se déplace dans la direction opposée à la direction de la force appliquée, par exemple la force de frottement de glissement, alors cette force effectue un travail négatif.

Si la direction de la force agissant sur le corps est perpendiculaire à la direction du mouvement, alors cette force ne fait aucun travail, le travail est nul :

À l'avenir, en parlant de travail mécanique, nous l'appellerons brièvement en un mot : travail.

Exemple. Calculez le travail effectué lors du levage d'une dalle de granit d'un volume de 0,5 m3 jusqu'à une hauteur de 20 m. La densité du granit est de 2500 kg/m3.

Donné:

ρ = 2 500 kg/m 3

Solution:

où F est la force qui doit être appliquée pour soulever uniformément la dalle. Cette force est égale en module à la force Fstrand agissant sur la dalle, soit F = Fstrand. Et la force de gravité peut être déterminée par la masse de la dalle : Fpoids = gm. Calculons la masse de la dalle, connaissant son volume et la densité du granit : m = ρV ; s = h, c'est-à-dire que la trajectoire est égale à la hauteur de levage.

Donc, m = 2 500 kg/m3 · 0,5 m3 = 1 250 kg.

F = 9,8 N/kg · 1 250 kg ≈ 12 250 N.

A = 12 250 N · 20 m = 245 000 J = 245 kJ.

Répondre: A = 245 kJ.

Leviers.Puissance.Énergie

Différents moteurs nécessitent des temps différents pour effectuer le même travail. Par exemple, une grue sur un chantier de construction soulève des centaines de briques jusqu'au dernier étage d'un immeuble en quelques minutes. Si ces briques étaient déplacées par un ouvrier, cela lui prendrait plusieurs heures. Un autre exemple. Un cheval peut labourer un hectare de terre en 10 à 12 heures, tandis qu'un tracteur équipé d'une charrue à socs multiples ( soc de charrue- une partie de la charrue qui coupe la couche de terre par le bas et la transfère vers la décharge ; multi-socs - plusieurs socs), ce travail sera réalisé en 40 à 50 minutes.

Il est clair qu'une grue fait le même travail plus vite qu'un ouvrier, et qu'un tracteur fait le même travail plus vite qu'un cheval. La vitesse de travail est caractérisée par une quantité spéciale appelée puissance.

La puissance est égale au rapport du travail au temps pendant lequel il a été effectué.

Pour calculer la puissance, vous devez diviser le travail par le temps pendant lequel ce travail a été effectué. puissance = travail/temps.

Où N- pouvoir, UN- Emploi, t- le temps de travail effectué.

La puissance est une quantité constante lorsque le même travail est effectué chaque seconde, dans d'autres cas le rapport ; À détermine la puissance moyenne :

N moyenne = À . L'unité de puissance est considérée comme la puissance à laquelle J de travail est effectué en 1 s.

Cette unité s'appelle le watt ( W) en l'honneur d'un autre scientifique anglais, Watt.

1 watt = 1 joule/1 seconde, ou 1 W = 1 J/s.

Watt (joule par seconde) - W (1 J/s).

Les unités de puissance plus grandes sont largement utilisées en technologie - kilowatt (kW), mégawatt (MW) .

1 MW = 1 000 000 W

1 kW = 1 000 W

1 mW = 0,001 W

1 W = 0,000001 MW

1 W = 0,001 kW

1 W = 1 000 mW

Exemple. Trouvez la puissance du débit d'eau qui traverse le barrage si la hauteur de la chute d'eau est de 25 m et son débit est de 120 m3 par minute.

Donné:

ρ = 1 000 kg/m3

Solution:

Masse d'eau qui tombe : m = ρV,

m = 1 000 kg/m3 120 m3 = 120 000 kg (12 104 kg).

La gravité agissant sur l'eau :

F = 9,8 m/s2 120 000 kg ≈ 1 200 000 N (12 105 N)

Travail effectué par débit par minute :

A - 1 200 000 N · 25 m = 30 000 000 J (3 · 107 J).

Puissance d'écoulement : N = A/t,

N = 30 000 000 J/60 s = 500 000 W = 0,5 MW.

Répondre: N = 0,5 MW.

Différents moteurs ont des puissances allant du centième et dixième de kilowatt (moteur d'un rasoir électrique, machine à coudre) à des centaines de milliers de kilowatts (turbines à eau et à vapeur).

Tableau 5.

Puissance de certains moteurs, kW.

Chaque moteur possède une plaque (passeport moteur), qui indique certaines informations sur le moteur, notamment sa puissance.

La puissance humaine dans des conditions normales de fonctionnement est en moyenne de 70 à 80 W. En sautant ou en montant les escaliers, une personne peut développer une puissance allant jusqu'à 730 W, et dans certains cas même plus.

De la formule N = A/t il résulte que

Pour calculer le travail, il faut multiplier la puissance par le temps pendant lequel ce travail a été effectué.

Exemple. Le moteur du ventilateur de la pièce a une puissance de 35 watts. Combien de travail fait-il en 10 minutes ?

Écrivons les conditions du problème et résolvons-le.

Donné:

Solution:

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

Répondre UN= 21 kJ.

Mécanismes simples.

Depuis des temps immémoriaux, l’homme a utilisé divers appareils pour effectuer des travaux mécaniques.

Tout le monde sait qu'un objet lourd (une pierre, une armoire, une machine-outil), qui ne peut pas être déplacé à la main, peut être déplacé à l'aide d'un bâton suffisamment long - un levier.

À l'heure actuelle, on pense qu'à l'aide de leviers, il y a trois mille ans, lors de la construction des pyramides de l'Égypte ancienne, de lourdes dalles de pierre ont été déplacées et élevées à de grandes hauteurs.

Dans de nombreux cas, au lieu de soulever une lourde charge jusqu'à une certaine hauteur, elle peut être roulée ou tirée à la même hauteur le long d'un plan incliné ou soulevée à l'aide de blocs.

Les appareils utilisés pour convertir la force sont appelés mécanismes .

Les mécanismes simples comprennent : les leviers et leurs variétés - bloc, portail; plan incliné et ses variétés - cale, vis. Dans la plupart des cas, des mécanismes simples sont utilisés pour gagner en force, c'est-à-dire pour augmenter plusieurs fois la force agissant sur le corps.

Des mécanismes simples se retrouvent aussi bien dans les ménages que dans toutes les machines industrielles et industrielles complexes qui coupent, tordent et estampent de grandes feuilles d'acier ou tirent les fils les plus fins à partir desquels les tissus sont ensuite fabriqués. Les mêmes mécanismes peuvent être trouvés dans les machines automatiques complexes modernes, les machines à imprimer et à compter.

Bras de levier. Equilibre des forces sur le levier.

Considérons le mécanisme le plus simple et le plus courant : le levier.

Un levier est un corps rigide pouvant tourner autour d'un support fixe.

Les images montrent comment un ouvrier utilise un pied-de-biche comme levier pour soulever une charge. Dans le premier cas, le travailleur avec force F appuie sur l'extrémité du pied de biche B, dans le second - lève la fin B.

Le travailleur doit surmonter le poids de la charge P.- force dirigée verticalement vers le bas. Pour ce faire, il fait tourner le pied-de-biche autour d'un axe passant par le seul immobile le point de rupture est le point de son appui À PROPOS. Forcer F avec laquelle le travailleur agit sur le levier est moins de force P., ainsi le travailleur reçoit gagner en force. À l'aide d'un levier, vous pouvez soulever une charge si lourde que vous ne pouvez pas la soulever vous-même.

La figure montre un levier dont l'axe de rotation est À PROPOS(point d'appui) est situé entre les points d'application des forces UN Et DANS. Une autre image montre un schéma de ce levier. Les deux forces F 1 et F 2 agissant sur le levier sont dirigés dans une seule direction.

La distance la plus courte entre le point d'appui et la ligne droite le long de laquelle la force agit sur le levier est appelée le bras de force.

Pour trouver le bras de la force, vous devez abaisser la perpendiculaire du point d’appui à la ligne d’action de la force.

La longueur de cette perpendiculaire sera le bras de cette force. La figure montre que OA- la force des épaules F 1; OB- la force des épaules F 2. Les forces agissant sur le levier peuvent le faire tourner autour de son axe dans deux sens : dans le sens horaire ou antihoraire. Oui, la force F 1 fait tourner le levier dans le sens des aiguilles d'une montre et la force F 2 le fait tourner dans le sens antihoraire.

La condition dans laquelle le levier est en équilibre sous l'influence des forces qui lui sont appliquées peut être établie expérimentalement. Il faut se rappeler que le résultat de la force dépend non seulement de sa valeur numérique (module), mais aussi du point où elle est appliquée au corps, ou de la manière dont elle est dirigée.

Différents poids sont suspendus au levier (voir figure) des deux côtés du point d'appui afin que le levier reste à chaque fois en équilibre. Les forces agissant sur le levier sont égales aux poids de ces charges. Pour chaque cas, les modules de force et leurs épaules sont mesurés. D'après l'expérience illustrée à la figure 154, il est clair que la force 2 Néquilibre la force 4 N. Dans ce cas, comme le montre la figure, l'épaule de moindre force est 2 fois plus grande que l'épaule de plus grande force.

Sur la base de telles expériences, la condition (règle) de l'équilibre du levier a été établie.

Un levier est en équilibre lorsque les forces agissant sur lui sont inversement proportionnelles aux bras de ces forces.

Cette règle peut s'écrire sous la forme d'une formule :

F 1/F 2 = je 2/ je 1 ,

Où F 1Et F 2 - les forces agissant sur le levier, je 1Et je 2 , - les épaules de ces forces (voir figure).

La règle de l'équilibre du levier a été établie par Archimède vers 287 - 212. avant JC e. (mais dans le dernier paragraphe il a été dit que les leviers étaient utilisés par les Égyptiens ? Ou le mot « établi » joue-t-il ici un rôle important ?)

De cette règle, il s'ensuit qu'une force plus petite peut être utilisée pour équilibrer une force plus importante à l'aide d'un levier. Laissez un bras du levier être 3 fois plus grand que l'autre (voir figure). Ensuite, en appliquant une force de par exemple 400 N au point B, vous pouvez soulever une pierre pesant 1 200 N. Pour soulever une charge encore plus lourde, il faut augmenter la longueur du bras de levier sur lequel agit l'ouvrier.

Exemple. A l'aide d'un levier, un ouvrier soulève une dalle pesant 240 kg (voir fig. 149). Quelle force applique-t-il au plus grand bras de levier de 2,4 m si le plus petit bras mesure 0,6 m ?

Écrivons les conditions du problème et résolvons-le.

Donné:

Solution:

D’après la règle d’équilibre du levier, F1/F2 = l2/l1, d’où F1 = F2 l2/l1, où F2 = P est le poids de la pierre. Poids de la pierre asd = gm, F = 9,8 N 240 kg ≈ 2400 N

Alors, F1 = 2 400 N · 0,6/2,4 = 600 N.

Répondre: F1 = 600 N.

Dans notre exemple, l'ouvrier surmonte une force de 2400 N, en appliquant une force de 600 N sur le levier. Mais dans ce cas, le bras sur lequel agit l'ouvrier est 4 fois plus long que celui sur lequel agit le poids de la pierre. ( je 1 : je 2 = 2,4 m : 0,6 m = 4).

En appliquant la règle de l’effet de levier, une force plus petite peut équilibrer une force plus grande. Dans ce cas, l’épaule de moindre force doit être plus longue que l’épaule de plus grande force.

Moment de pouvoir.

Vous connaissez déjà la règle de l’équilibre du levier :

F 1 / F 2 = je 2 / je 1 ,

En utilisant la propriété de proportion (le produit de ses membres extrêmes est égal au produit de ses membres intermédiaires), on l'écrit sous cette forme :

F 1je 1 = F 2 je 2 .

Du côté gauche de l’équation se trouve le produit de la force F 1 sur son épaule je 1, et à droite - le produit de la force F 2 sur son épaule je 2 .

Le produit du module de la force faisant tourner le corps et son épaule s'appelle moment de force; il est désigné par la lettre M. Cela signifie

Un levier est en équilibre sous l’action de deux forces si le moment de la force qui le fait tourner dans le sens des aiguilles d’une montre est égal au moment de la force qui le fait tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

Cette règle s'appelle règle des moments , peut s'écrire sous la forme d'une formule :

M1 = M2

En effet, dans l'expérience que nous avons considérée (§ 56), les forces agissant étaient égales à 2 N et 4 N, leurs épaulements s'élevaient respectivement à 4 et 2 pressions du levier, c'est-à-dire que les moments de ces forces sont les mêmes lorsque le levier est en équilibre .

Le moment de force, comme toute grandeur physique, peut être mesuré. L'unité de moment de force est considérée comme un moment de force de 1 N, dont le bras mesure exactement 1 m.

Cette unité est appelée newton-mètre (SUBST m).

Le moment de force caractérise l'action d'une force, et montre qu'il dépend à la fois du module de la force et de son levier. En effet, on sait déjà, par exemple, que l'action d'une force sur une porte dépend à la fois de l'ampleur de la force et de l'endroit où la force est appliquée. Plus il est facile de tourner la porte, plus la force agissant sur elle est appliquée loin de l'axe de rotation. Il est préférable de dévisser l'écrou avec une clé longue plutôt qu'avec une clé courte. Plus il est facile de soulever un seau du puits, plus la poignée du portail est longue, etc.

Des leviers dans la technologie, le quotidien et la nature.

La règle de l'effet de levier (ou règle des moments) sous-tend l'action de divers types d'outils et d'appareils utilisés dans la technologie et dans la vie quotidienne où un gain de force ou de déplacement est requis.

On a un gain de force en travaillant avec des ciseaux. Ciseaux - c'est un levier(fig), dont l'axe de rotation passe par une vis reliant les deux moitiés des ciseaux. Force agissante F 1 est la force musculaire de la main de la personne qui saisit les ciseaux. Contre-force F 2 est la force de résistance du matériau coupé avec des ciseaux. Selon le but des ciseaux, leur conception varie. Les ciseaux de bureau, conçus pour couper du papier, ont de longues lames et des poignées presque de la même longueur. Couper du papier ne nécessite pas beaucoup de force et une longue lame facilite la coupe en ligne droite. Les cisailles pour couper la tôle (Fig.) ont des manches beaucoup plus longs que les lames, car la force de résistance du métal est importante et pour l'équilibrer, le bras de la force agissant doit être considérablement augmenté. La différence entre la longueur des poignées et la distance entre la partie coupante et l'axe de rotation est encore plus grande pinces coupantes(Fig.), conçu pour couper du fil.

De nombreuses machines ont différents types de leviers. La poignée d'une machine à coudre, les pédales ou le frein à main d'un vélo, les pédales d'une voiture et d'un tracteur et les touches d'un piano sont autant d'exemples de leviers utilisés dans ces machines et outils.

Des exemples d'utilisation de leviers sont les poignées d'étaux et d'établis, le levier d'une perceuse, etc.

L'action des balances à levier est basée sur le principe du levier (Fig.). Les échelles de formation illustrées à la figure 48 (p. 42) font office de levier à bras égaux . DANS échelles décimales L'épaule à laquelle est suspendue la tasse avec les poids est 10 fois plus longue que l'épaule portant la charge. Cela facilite grandement le pesage de grosses charges. Lorsque vous pesez une charge sur une échelle décimale, vous devez multiplier la masse des poids par 10.

Le dispositif des balances pour peser les wagons de marchandises repose également sur la règle du levier.

Des leviers se retrouvent également dans différentes parties du corps des animaux et des humains. Ce sont par exemple les bras, les jambes, les mâchoires. De nombreux leviers peuvent être trouvés dans le corps des insectes (en lisant un livre sur les insectes et la structure de leur corps), des oiseaux et dans la structure des plantes.

Application de la loi d'équilibre d'un levier à un bloc.

Bloc C'est une roue avec une rainure, montée dans un support. Une corde, un câble ou une chaîne passe à travers la rainure du bloc.

Bloc fixe C'est ce qu'on appelle un bloc dont l'axe est fixe et ne monte ni ne descend lors du levage de charges (Fig.).

Un bloc fixe peut être considéré comme un levier à bras égaux, dans lequel les bras de forces sont égaux au rayon de la roue (Fig) : OA = OB = r. Un tel bloc n'apporte pas de gain de solidité. ( F 1 = F 2), mais permet de changer la direction de la force. Bloc mobile - c'est un bloc. dont l'axe monte et descend avec la charge (Fig.). La figure montre le levier correspondant : À PROPOS- point d'appui du levier, OA- la force des épaules R. Et OB- la force des épaules F. Depuis l'épaule OB 2 fois l'épaule OA, alors la force F 2 fois moins de force R.:

F = P/2 .

Ainsi, le bloc mobile donne un gain de résistance 2 fois supérieur .

Cela peut être prouvé en utilisant le concept de moment de force. Lorsque le bloc est en équilibre, les moments de forces F Et R.égaux les uns aux autres. Mais l'épaule de force F 2 fois l'effet de levier R., et donc le pouvoir lui-même F 2 fois moins de force R..

Habituellement, dans la pratique, une combinaison d'un bloc fixe et d'un bloc mobile est utilisée (Fig.). Le bloc fixe est utilisé uniquement pour des raisons de commodité. Cela ne donne pas de gain de force, mais cela change la direction de la force. Il permet par exemple de soulever une charge en position debout au sol. Cela s’avère utile pour de nombreuses personnes ou travailleurs. Cela donne cependant un gain de force 2 fois supérieur à d’habitude !

Égalité de travail lors de l'utilisation de mécanismes simples. "Règle d'or" de la mécanique.

Les mécanismes simples que nous avons envisagés sont utilisés lors de l'exécution de travaux dans les cas où il est nécessaire d'équilibrer une autre force par l'action d'une force.

Naturellement, la question se pose : tout en donnant un gain de puissance ou de trajectoire, des mécanismes simples ne donnent-ils pas un gain de travail ? La réponse à cette question peut être obtenue par expérience.

En équilibrant deux forces de magnitude différente sur un levier F 1 et F 2 (fig.), mettre le levier en mouvement. Il s'avère qu'en même temps le point d'application de la plus petite force F 2 va plus loin s 2, et le point d'application de la plus grande force F 1 - chemin plus court s 1. Après avoir mesuré ces chemins et modules de forces, on constate que les chemins parcourus par les points d'application des forces sur le levier sont inversement proportionnels aux forces :

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

Ainsi, en agissant sur le bras long du levier, on gagne en force, mais en même temps on en perd d'autant en cours de route.

Produit de force F en chemin s il y a du travail. Nos expériences montrent que le travail effectué par les forces appliquées au levier est égal entre eux :

F 1 s 1 = F 2 s 2, c'est-à-dire UN 1 = UN 2.

Donc, En utilisant l’effet de levier, vous ne pourrez pas gagner au travail.

En utilisant l’effet de levier, on peut gagner soit en force, soit en distance. En appliquant une force sur le bras court du levier, on gagne en distance, mais on perd d'autant en force.

Il existe une légende selon laquelle Archimède, ravi de la découverte de la règle du levier, s'est exclamé : « Donnez-moi un point d'appui et je retournerai la Terre !

Bien sûr, Archimède ne pourrait pas faire face à une telle tâche même s'il avait reçu un point d'appui (qui aurait dû être à l'extérieur de la Terre) et un levier de la longueur requise.

Pour soulever la terre de seulement 1 cm, il faudrait que le long bras du levier décrit un arc d'une longueur énorme. Déplacer l’extrémité longue du levier le long de cette trajectoire, par exemple, à une vitesse de 1 m/s, prendrait des millions d’années !

Un bloc stationnaire ne donne aucun gain de travail, ce qui est facile à vérifier expérimentalement (voir figure). Chemins parcourus par les points d'application des forces F Et F, sont les mêmes, les forces sont les mêmes, et donc le travail est le même.

Vous pouvez mesurer et comparer le travail effectué à l'aide d'un bloc mobile. Pour soulever une charge à une hauteur h à l'aide d'un bloc mobile, il est nécessaire de déplacer l'extrémité de la corde à laquelle est attaché le dynamomètre, comme le montre l'expérience (Fig.), à une hauteur de 2h.

Ainsi, obtenant un gain de force de 2 fois, ils perdent 2 fois en chemin, par conséquent, le bloc mobile ne donne pas de gain de travail.

Une pratique vieille de plusieurs siècles a montré que Aucun des mécanismes ne permet de gagner en performances. Ils utilisent divers mécanismes afin de gagner en force ou en déplacement, selon les conditions de travail.

Déjà les scientifiques anciens connaissaient une règle applicable à tous les mécanismes : peu importe combien de fois nous gagnons en force, nous perdons autant de fois en distance. Cette règle a été appelée la « règle d’or » de la mécanique.

Efficacité du mécanisme.

Lors de l'examen de la conception et de l'action du levier, nous n'avons pas pris en compte la friction, ni le poids du levier. dans ces conditions idéales, le travail effectué par la force appliquée (nous appellerons ce travail complet), est égal à utile travailler à soulever des charges ou à surmonter toute résistance.

En pratique, le travail total effectué par un mécanisme est toujours légèrement supérieur au travail utile.

Une partie du travail est effectuée contre la force de friction dans le mécanisme et en déplaçant ses différentes pièces. Ainsi, lors de l'utilisation d'un bloc mobile, vous devez en outre effectuer des travaux pour soulever le bloc lui-même, la corde et déterminer la force de frottement dans l'axe du bloc.

Quel que soit le mécanisme choisi, le travail utile accompli avec son aide ne constitue toujours qu'une partie du travail total. Cela signifie, désignant le travail utile par la lettre Ap, le travail total (dépensé) par la lettre Az, on peut écrire :

En haut< Аз или Ап / Аз < 1.

Le rapport entre le travail utile et le travail total est appelé efficacité du mécanisme.

Le facteur d'efficacité est abrégé en efficacité.

Efficacité = Ap / Az.

L'efficacité est généralement exprimée en pourcentage et est désignée par la lettre grecque η, lue comme « eta » :

η = Ap/Az · 100 %.

Exemple: Une charge pesant 100 kg est suspendue au bras court d'un levier. Pour la soulever, une force de 250 N est appliquée au bras long. La charge est élevée à une hauteur de h1 = 0,08 m, tandis que le point d'application de la force motrice descend à une hauteur de h2 = 0,4 m. efficacité du levier.

Écrivons les conditions du problème et résolvons-le.

Donné :

Solution :

η = Ap/Az · 100 %.

Travail total (dépensé) Az = Fh2.

Travail utile Ap = Рh1

P = 9,8 100 kg ≈ 1000 N.

Ap = 1 000 N · 0,08 = 80 J.

Az = 250 N · 0,4 m = 100 J.

η = 80 J/100 J 100 % = 80 %.

Répondre : η = 80%.

Mais la « règle d’or » s’applique également dans ce cas. Une partie du travail utile - 20 % de celui-ci - est consacrée à surmonter les frottements dans l'axe du levier et la résistance de l'air, ainsi qu'au mouvement du levier lui-même.

L'efficacité de tout mécanisme est toujours inférieure à 100 %. Lors de la conception de mécanismes, les gens s’efforcent d’augmenter leur efficacité. Pour y parvenir, les frottements dans les axes des mécanismes et leur poids sont réduits.

Énergie.

Dans les usines et les usines, les machines et les machines sont entraînées par des moteurs électriques, qui consomment de l'énergie électrique (d'où le nom).

Un ressort comprimé (Fig.), une fois redressé, fonctionne, élève une charge à une hauteur ou fait déplacer un chariot. Une charge stationnaire élevée au-dessus du sol ne fait pas de travail, mais si cette charge tombe, elle peut faire du travail (par exemple, elle peut enfoncer un pieu dans le sol). Tout corps en mouvement a la capacité d’effectuer un travail. Ainsi, une bille d'acier A (fig) descendant d'un plan incliné, heurtant un bloc de bois B, le déplace d'une certaine distance. En même temps, le travail est fait. Si un corps ou plusieurs corps en interaction (un système de corps) peuvent effectuer un travail, on dit qu’ils ont de l’énergie. Énergie - une grandeur physique montrant la quantité de travail qu'un corps (ou plusieurs corps) peut effectuer. L'énergie est exprimée dans le système SI dans les mêmes unités que le travail, c'est-à-dire en joules. Plus un corps peut faire de travail, plus il a d’énergie. Lorsque le travail est terminé, l’énergie des corps change. Le travail effectué est égal au changement d’énergie. Énergie potentielle et cinétique. Potentiel (de lat. puissance - possibilité) l'énergie est l'énergie qui est déterminée par la position relative des corps en interaction et des parties d'un même corps. L'énergie potentielle, par exemple, est possédée par un corps élevé par rapport à la surface de la Terre, car l'énergie dépend de la position relative de celui-ci et de la Terre. et leur attirance mutuelle. Si l'on considère que l'énergie potentielle d'un corps allongé sur la Terre est nulle, alors l'énergie potentielle d'un corps élevé à une certaine hauteur sera déterminée par le travail effectué par la gravité lorsque le corps tombe sur la Terre. Désignons l'énergie potentielle du corps E n, parce que E = UNE, et le travail, comme nous le savons, est égal au produit de la force et du chemin, alors A = Fh, Où F- la gravité. Cela signifie que l’énergie potentielle En est égale à : E = Fh, ou E = gmh, Où g- Accélération de la gravité, m- masse corporelle, h- la hauteur à laquelle le corps est élevé. L’eau des rivières retenues par les barrages possède une énergie potentielle énorme. En tombant, l'eau fonctionne, entraînant les puissantes turbines des centrales électriques. L'énergie potentielle d'un marteau à coprah (Fig.) est utilisée dans la construction pour effectuer les travaux de battage de pieux. Lors de l’ouverture d’une porte avec un ressort, un travail est effectué pour étirer (ou comprimer) le ressort. Grâce à l'énergie acquise, le ressort, en se contractant (ou en se redressant), travaille en fermant la porte. L'énergie des ressorts comprimés et non torsadés est utilisée, par exemple, dans les montres, divers jouets à remonter, etc. Tout corps élastique déformé possède une énergie potentielle. L'énergie potentielle du gaz comprimé est utilisée dans le fonctionnement des moteurs thermiques, des marteaux-piqueurs, largement utilisés dans l'industrie minière, dans la construction de routes, dans l'excavation de sols durs, etc. L'énergie qu'un corps possède suite à son mouvement est appelée cinétique (du grec. cinéma - mouvement) énergie. L'énergie cinétique d'un corps est désignée par la lettre EÀ. L'eau en mouvement, qui entraîne les turbines des centrales hydroélectriques, dépense son énergie cinétique et fonctionne. L'air en mouvement, le vent, possède également de l'énergie cinétique. De quoi dépend l’énergie cinétique ? Passons à l'expérience (voir figure). Si vous faites rouler la balle A à différentes hauteurs, vous remarquerez que plus la balle roule en hauteur, plus sa vitesse est grande et plus elle déplace le bloc, c'est-à-dire qu'elle fait plus de travail. Cela signifie que l’énergie cinétique d’un corps dépend de sa vitesse. En raison de sa vitesse, une balle volante possède une énergie cinétique élevée. L'énergie cinétique d'un corps dépend également de sa masse. Refaisons notre expérience, mais nous ferons rouler une autre boule de plus grande masse depuis le plan incliné. La barre B avancera plus loin, c'est-à-dire que davantage de travail sera effectué. Cela signifie que l’énergie cinétique de la deuxième balle est supérieure à celle de la première. Plus la masse d'un corps et la vitesse à laquelle il se déplace sont grandes, plus son énergie cinétique est grande. Afin de déterminer l'énergie cinétique d'un corps, la formule est utilisée : Ek = mv^2 /2, Où m- masse corporelle, v- la vitesse des mouvements du corps. L'énergie cinétique des corps est utilisée en technologie. L’eau retenue par le barrage possède, comme déjà mentionné, un grand potentiel énergétique. Lorsque l’eau tombe d’un barrage, elle se déplace et possède la même énergie cinétique élevée. Il entraîne une turbine reliée à un générateur de courant électrique. Grâce à l’énergie cinétique de l’eau, de l’énergie électrique est générée. L'énergie de l'eau en mouvement est d'une grande importance dans l'économie nationale. Cette énergie est utilisée grâce à de puissantes centrales hydroélectriques. L’énergie des chutes d’eau est une source d’énergie respectueuse de l’environnement, contrairement à l’énergie combustible. Tous les corps dans la nature, par rapport à la valeur zéro conventionnelle, possèdent soit de l'énergie potentielle, soit de l'énergie cinétique, et parfois les deux à la fois. Par exemple, un avion en vol possède à la fois une énergie cinétique et potentielle par rapport à la Terre. Nous avons fait connaissance avec deux types d'énergie mécanique. D'autres types d'énergie (électrique, interne, etc.) seront abordés dans d'autres sections du cours de physique. Conversion d'un type d'énergie mécanique en un autre. Le phénomène de transformation d'un type d'énergie mécanique en un autre est très pratique à observer sur l'appareil représenté sur la figure. En enroulant le fil sur l'axe, le disque de l'appareil est soulevé. Un disque élevé vers le haut possède une certaine énergie potentielle. Si vous le lâchez, il tournera et commencera à tomber. En tombant, l’énergie potentielle du disque diminue, mais en même temps son énergie cinétique augmente. A la fin de la chute, le disque dispose d'une telle réserve d'énergie cinétique qu'il peut remonter presque jusqu'à sa hauteur précédente. (Une partie de l'énergie est dépensée contre la force de frottement, de sorte que le disque n'atteint pas sa hauteur d'origine.) Après s'être levé, le disque retombe puis remonte. Dans cette expérience, lorsque le disque descend, son énergie potentielle se transforme en énergie cinétique, et lorsqu’il monte, l’énergie cinétique se transforme en énergie potentielle. La transformation de l'énergie d'un type à un autre se produit également lorsque deux corps élastiques entrent en collision, par exemple une balle en caoutchouc sur le sol ou une balle en acier sur une plaque d'acier. Si vous soulevez une bille d'acier (riz) au-dessus d'une plaque d'acier et la relâchez de vos mains, elle tombera. À mesure que la balle tombe, son énergie potentielle diminue et son énergie cinétique augmente à mesure que la vitesse de la balle augmente. Lorsque la balle touche la plaque, la balle et la plaque seront comprimées. L'énergie cinétique de la balle se transformera en énergie potentielle de la plaque comprimée et de la balle comprimée. Puis, grâce à l’action des forces élastiques, la plaque et la boule reprendront leur forme initiale. La balle rebondira sur la dalle, et leur énergie potentielle se transformera à nouveau en énergie cinétique de la balle : la balle rebondira à une vitesse presque égale à celle qu'elle avait au moment où elle a heurté la dalle. À mesure que la balle monte, sa vitesse, et donc son énergie cinétique, diminue, tandis que l'énergie potentielle augmente. Après avoir rebondi sur la plaque, le ballon s'élève presque à la même hauteur à partir de laquelle il a commencé à tomber. Au sommet de la montée, toute son énergie cinétique se transformera à nouveau en potentiel. Les phénomènes naturels s'accompagnent généralement de la transformation d'un type d'énergie en un autre. L'énergie peut être transférée d'un corps à un autre. Par exemple, lors du tir à l’arc, l’énergie potentielle d’une corde d’arc tirée est convertie en énergie cinétique d’une flèche volante.

Tout corps qui fait un mouvement peut être caractérisé par le travail. En d’autres termes, il caractérise l’action des forces.

Le travail est défini comme :
Le produit du module de force et du chemin parcouru par le corps, multiplié par le cosinus de l'angle entre la direction de la force et celle du mouvement.

Le travail se mesure en Joules :
1 [J] = = [kg*m2/s2]

Par exemple, le corps A, sous l'influence d'une force de 5 N, a parcouru 10 m. Déterminez le travail effectué par le corps.

Puisque la direction du mouvement et l’action de la force coïncident, l’angle entre le vecteur force et le vecteur déplacement sera égal à 0°. La formule sera simplifiée car le cosinus d'un angle de 0° est égal à 1.

En substituant les paramètres initiaux dans la formule, on trouve :
A = 15 J.

Prenons un autre exemple : un corps pesant 2 kg, se déplaçant avec une accélération de 6 m/s2, a parcouru 10 m. Déterminez le travail effectué par le corps s'il se déplaçait vers le haut le long d'un plan incliné selon un angle de 60°.

Pour commencer, calculons la force nécessaire à appliquer pour transmettre une accélération de 6 m/s2 au corps.

F = 2 kg * 6 m/s2 = 12 H.
Sous l'influence d'une force de 12N, le corps s'est déplacé de 10 m. Le travail peut être calculé à l'aide de la formule déjà connue :

Où a est égal à 30°. En remplaçant les données initiales dans la formule, nous obtenons :
A = 103,2 J.

Pouvoir

De nombreuses machines et mécanismes effectuent le même travail à des moments différents. Pour les comparer, la notion de pouvoir est introduite.
La puissance est une quantité qui montre la quantité de travail effectué par unité de temps.

La puissance est mesurée en watts, en l'honneur de l'ingénieur écossais James Watt.
1 [Watt] = 1 [J/s].

Par exemple, une grande grue a soulevé une charge pesant 10 tonnes à une hauteur de 30 m en 1 minute. Une petite grue a soulevé 2 tonnes de briques à la même hauteur en 1 minute. Comparez les capacités des grues.
Définissons le travail effectué par les grues. La charge s'élève de 30 m, tout en surmontant la force de gravité, donc la force dépensée pour soulever la charge sera égale à la force d'interaction entre la Terre et la charge (F = m * g). Et le travail est le produit des forces par la distance parcourue par les charges, c'est-à-dire par la hauteur.

Pour une grande grue A1 = 10 000 kg * 30 m * 10 m/s2 = 3 000 000 J, et pour une petite grue A2 = 2 000 kg * 30 m * 10 m/s2 = 600 000 J.
La puissance peut être calculée en divisant le travail par le temps. Les deux grues ont soulevé la charge en 1 minute (60 secondes).

D'ici:
N1 = 3 000 000 J/60 s = 50 000 W = 50 kW.
N2 = 600 000 J/60 s = 10 000 W = 10 kW.
D'après les données ci-dessus, il ressort clairement que la première grue est 5 fois plus puissante que la seconde.