Работа и мощность энергия 7 класс физика кратко

Обновлено: 05.07.2024

Если на тело действует сила и оно движется, то совершается механическая работа. Мы знаем, что эта физическая величина зависит от приложенной силы и пройденного пути ($A = Fs$) и измеряется в джоулях.

Очевидно, что на совершение одной и той же работы в разных случаях уходит разное количество времени. Например, на девятый этаж дома нужно поднять шкаф. Если его загрузят в лифт, то работа будет выполнена за несколько секунд. А если грузчик будет поднимать шкаф пешком по лестнице? На выполнение такой работы уйдет гораздо больше времени.

Таким же образом грузовой автомобиль способен переместить груз определенной массы за один раз, тогда как легковому автомобилю придется съездить несколько раз до пункта назначения и обратно, чтобы доставить весь груз.

Так появляется новая физическая величина, позволяющая описать насколько быстро может быть выполнена та или иная работа.

Определение мощности

Быстроту выполнения работы характеризуют физической величиной, называемой мощность.

Мощность — это физическая величина, равная отношению работы ко времени, за которое она была совершена.

Чтобы вычислить мощность, нужно работу разделить на время, в течение которого совершена эта работа:

где $N$ — мощность, $A$ — работа, $t$ — время выполнения работы.

Мощность может быть:

Постоянной, если за каждую секунду совершается одинаковая работа
Непостоянной, если за каждую секунду совершается разная работа. В таком случае говорят о средней мощности: $N_ = \frac$

Единица измерения мощности

За единицу мощности принимают такую мощность, при которой за 1 с совершается работа в 1 Дж.

Эта единица называется ваттом (Вт) в честь ученого Уатта (рисунок 1).

Рисунок 1. Джеймс Уатт (1736-1819) — шотландский инженер и изобретатель.

Из формулы мощности $N = \frac$:

Часто используются другие единицы мощности — киловатт (кВт), мегаватт (МВт) и милливатт (мВт):

$1 \space МВт = 1 000 000 \space Вт$

$1 \space Вт = 0.000001 МВт$

$1 \space кВт = 1000 \space Вт$

$1 \space Вт = 0.001 кВт$

$1 \space мВт = 0.001 \space Вт$

$1 \space Вт = 1000 \space мВт$

Также мощность иногда измеряют в лошадиных силах (л. с.):

$1 \space л. с. = 735.5 \space Вт$

$1 \space Вт = 0.00013596 \space л.с.$

Эта единица измерения не так популярна как ватт, но до сих пор используется, например, в автомобильной индустрии.

Определение механической работы при известной мощности

Обычно мощность указывают в паспорте технического устройства. В таблице 1 приведены значения мощностей двигателей некоторой техники и др.

Значения мощностей некоторых приборов и двигателей техники, кВт

Телевизор	0,3	Дизель тепловоза ТЭ10Л	2200
Холодильник	0,6	Вертолет Ми-8	$2 \cdot 1100$
Стиральная машина	2,5	Автомобиль “Волга-3102”	70
Фен для волос	1,2	Кондиционер	2.6
Ракета-носитель космического корабля “Восток”	15 000 000	Ракета-носитель космического корабля “Энергия”	125 000 000

Таблица 1

Мощность человека при нормальных условиях работы в среднем составляет $70-80 \space Вт$. При больших физических нагрузках человек способен развить мощность до $730 \space Вт$ и более.

Если нам известна мощность, то мы можем рассчитать работу, совершенную в течение определенного промежутка времени. Для этого из формулы $N = \frac$ выразим работу:

Чтобы вычислить работу, нужно мощность умножить на время, в течение которого совершалась эта работа.

Примеры задач

С плотины высотой $30 \space м$ каждую минуту падает $150 \space м^3$ воды. Найдите мощность потока воды.

Дано:
$h = 30 \space м$
$V = 150 м^3$
$\rho = 1000 \frac$
$t = 60 \space с$
$g = 9.8 \frac$

Показать решение и ответ

Решение:

Мощность определяется по формуле $N = \frac$, работа — $A = Fs$.

В нашем случае пройденный водой путь $s$ — это и есть высота плотины $h$, с которой падает вода. Вода падает под силой действия силы тяжести:

Рассчитаем массу падающей воды по формуле $m = \rho V$:

$m = 1000 \frac \cdot 150 м^3 = 150\space 000 \space кг$.

Теперь можем рассчитать силу тяжести:

$F = gm = 9,8 \frac \cdot 150 \space 000 \space кг = 1 \space 470 \space 000 \space Н$.

Работа, совершаемая потоком воды в минуту:

$A = Fh = 1 \space 470 \space 000 \space Н \cdot 30 \space м = 44 \space 100 \space 000 \space Дж$.

Вычислим мощность потока:

Ответ: $N = 735 \space кВт$.

Мощность кондиционера составляет $2.6 \space кВт$. Какую работу он совершает за $20 \space мин$?

Дано:
$N = 2,6 \space кВт$
$t = 20 \space мин$
$A — ?$

СИ:
$2600 \space Вт$
$1200 \space с$

Показать решение и ответ

Решение:
$A = Nt = 2600 \space Вт \cdot 1200 \space с = 3 \space 120 \space 000 \space Вт \cdot с = 3 \space 120 \space 000 \space Дж = 3120 \space кДж \approx 3 \space МДж$.

Ответ: $A \approx 3 \space МДж$.

Подъемный кран мощностью $12 \space кВт$ может равномерно поднять груз массой $2,5 \space т$ за $30 \space c$. Какую работу произведет кран? Рассчитайте высоту, на которую он поднимет груз.

Дано:
$N = 12 \space кВт$
$m = 2.5 \space т$
$t = 30 \space с$
$g = 9.8 \frac$

СИ:
$12 \space 000 \space Вт$
$2500 \space кг$

Показать решение и ответ

Решение:

Рассчитаем работу, которую произведет подъемный кран по формуле $A = Nt$:

$A = 12 \space 000 \space Вт \cdot 30 \space с = 360 \space 000 \space Дж = 360 \space кДж$.

Из определения работы мы знаем, что $A = Fs$. В нашем случае пройденный путь $s$ будет высотой $h$, на которую кран поднимает груз. На груз действует сила тяжести: $F = F_ = gm$.

$h = \frac \cdot 2500 \space кг> \approx 14.7 \cdot \frac = 14.7 \space м$.

Механическая работа, мощность и КПД механизма

1. Механическая работа (или работа силы над телом) – физическая величина, равная по модулю произведению силы на путь, пройденный телом вдоль направления этой силы. Если вектор силы перпендикулярен направлению движения тела, то совершаемая этой силой работа равна нулю; если вектор силы сонаправлен с направлением движения тела, то работу силы считают положительной; если вектор силы противоположен направлению движения тела, то работу силы считают отрицательной.

Коэффициентом полезного действия (КПД) механизма называют отношение полезной работы А_полк совершенной А_сов, выраженное в процентах: η = А_пол/А_сов · 100% .
КПД любого реального механизма меньше 100 % (из-за трения и из-за того, что сами механизмы и их части имеют некоторую массу).

3. Мощность действия – физическая величина, равная отношению механической работы ко времени, за которое она была совершена. Мощность характеризует быстроту (скорость) совершения работы. Мощность принято вычислять только для тех действий, в которых механическая работа положительна.

Мощностью N называют отношение совершенной работы А к промежутку времени t, за который эта работа совершена: N = A/t
Единица мощности в СИ 1 ватт (Вт) = 1 Дж/с.
Мощность можно выразить через силу и скорость с помощью формулы N = Fv .

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Механическая работа – физическая скалярная величина, равна произведению приложенной силы и перемещения.

Условия выполнения механической работы:

1. На тело действует сила

2. Тело под действием этой силы проходит расстояние

Механическая работа равна 1 Дж, если под действием силы в 1 Н тело перемещается на 1 м в направлении действия этой силы.

1 кДж = 1 000 Дж

1 МДж = 1 000 000 Дж

Работа может быть:

1. Положительной, если направление силы совпадает с направлением движения тела

2. Отрицательной , если направление силы не совпадает с направлением движения тела

3. А = 0,

Если направление силы, действующей на тело, перпендикулярно направлению движения;

Если на тело не действуют силы, но тело движется (движение по инерции)

Работа величина относительная

Механическая мощность – физическая скалярная величина, равная отношению работы ко времени, в течение которого она была выполнена.

За единицу мощности 1 Вт принимают такую мощность, при которой в 1с совершается работа в 1 Дж.

1 кВт = 1 000 Вт

1 МВт = 1 000 000 Вт

За единицу мощности 1 Вт принимают такую мощность, при которой в 1с совершается работа в 1 Дж.

1 кВт = 1 000 Вт

1 МВт = 1 000 000 Вт

Энергия – скалярная физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело (или несколько тел); способность тела совершать работу.

Единица измерения – 1 Дж.

Виды энергии – потенциальная и кинетическая. Потенциальная – энергия, которая определяется положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. Е_п = m · g · h ; 1 Дж

Закон: Энергия ниоткуда не появляется и никуда не исчезает, а переходит от одного тела к другому, превращается из одного вида в другой.

Выполняется в замкнутой системе.

Приспособления, служащие для преобразования силы, называют механизмами. К простым механизмам относятся: Рычаг (блок, ворот) и наклонная плоскость (клин, винт)

Рычаг – представляет собой твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры

Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы . Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы.

Момент силы – скалярная физическая величина, равная произведению модуля силы, вращающей тело, на её плечо.

М = F L, 1 Н м

Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы. Работой, совершаемой постоянной силой F, называется физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла между векторами силы F и перемещения S:

Как успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике?

Для того чтобы успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике, среди прочего, необходимо выполнить три важнейших условия:

Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов, а также ответственная проработка итоговых тренировочных тестов, позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того, на что Вы способны.

Нашли ошибку?

Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на электронную почту (адрес электронной почты здесь). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка. Также опишите в чем заключается предположительная ошибка. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибка либо будет исправлена, либо Вам разъяснят почему это не ошибка.

ЗАПРЕЩЕНО использование представленных на сайте материалов или их частей в любых коммерческих целях, а также их копирование, перепечатка, повторная публикация или воспроизведение в любой форме. Нарушение прав правообладателей преследуется по закону. Подробнее.

Есть только два способа прожить жизнь. Первый — будто чудес не существует. Второй — будто кругом одни чудеса.

А.Эйнштейн

Вопросы к экзамену

Для всех групп технического профиля

Учу детей тому, как надо учиться

Часто сталкиваюсь с тем, что дети не верят в то, что могут учиться и научиться, считают, что учиться очень трудно.

Урок 11. Лекция 11. Работа. Мощность. Энергия. Закон сохранения энергии

Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы.

Если на тело действует сила и тело под действием этой силы перемещается, то говорят, что сила совершает работу.

Механическая работа – это скалярная величина, равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения и на косинус угла между вектором силы и вектором перемещения (или скорости).

Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительна (0° ≤ α N=A/t

В Международной системе (СИ) единица мощности называется ватт (Вт). Ватт равен мощности силы, совершающей работу в 1 Дж за время 1 с.

Внесистемная единица мощности 1 л.с.=735 Вт

Связь между мощностью и скоростью при равномерном движении:

N=A/t так как A=FScosα тогда N=(FScosα)/t, но S/t = v следовательно

N=Fvcos α

В технике используются единицы работы и мощности:

1 Вт·с = 1 Дж; 1Вт·ч = 3,6·10 3 Дж; 1кВт·ч = 3,6·10 6 Дж

Если тело способно совершить работу, то говорят, что оно обладает энергией.

Механическая энергия тела – это скалярная величина, равная максимальной работе, которая может быть совершена в данных условиях.

Обозначается Е Единица энергии в СИ [1Дж = 1Н*м]

Механическая работа есть мера изменения энергии в различных процессах А = ΔЕ.

Различают два вида механической энергии – кинетическая Ек и потенциальная Еp энергия.

Полная механическая энергия тела равна сумме его кинетической и потенциальной энергий

Е = Ек + Еp

Кинетическая энергия – это энергия тела, обусловленная его движением.

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела:

Кинетическая энергия – это энергия движения. Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость:

Если тело движется со скоростью , то для его полной остановки необходимо совершить работу

Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятиепотенциальной энергии или энергии взаимодействия тел.

Потенциальная энергия – энергия тела, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих между собой тел или частей одного тела.

Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения тела и определяется только начальным и конечным положениями. Такие силы называются консервативными. Работа консервативных сил на замкнутой траектории равна нулю.

Свойством консервативности обладают сила тяжести и сила упругости. Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести (потенциальная энергия тела, поднятого над землёй):

Ep = mgh

Она равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень.

Понятие потенциальной энергии можно ввести и для упругой силы. Эта сила также обладает свойством консервативности. Растягивая (или сжимая) пружину, мы можем делать это различными способами.

Можно просто удлинить пружину на величину x, или сначала удлинить ее на 2x, а затем уменьшить удлинение до значения x и т. д. Во всех этих случаях упругая сила совершает одну и ту же работу, которая зависит только от удлинения пружины x в конечном состоянии, если первоначально пружина была недеформирована. Эта работа равна работе внешней силы A, взятой с противоположным знаком :

где k – жесткость пружины.

Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Потенциальной энергией пружины (или любого упруго деформированного тела) называют величину

Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией.

Если в начальном состоянии пружина уже была деформирована, а ее удлинение было равно x1, тогда при переходе в новое состояние с удлинением x2 сила упругости совершит работу, равную изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:

Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Если тела, составляющие замкнутую механическую систему, взаимодействуют между собой только силами тяготения и упругости, то работа этих сил равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

По теореме о кинетической энергии эта работа равна изменению кинетической энергии тел:

Следовательно Ek2 – Ek1 = –(Ep2 – Ep1) или Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной.

Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона.

Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой только консервативными силами, при любых движениях этих тел не изменяется. Происходят лишь взаимные превращения потенциальной энергии тел в их кинетическую энергию, и наоборот, или переход энергии от одного тела к другому.

Е = Ек + Еp = const

Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды.

Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

Читайте также: