Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Работа силы упругости пружины.
РАЗДЕЛ 3. ДИНАМИКА. Работа и мощность сил Работа силы — скалярная мера действия силы. 1. Элементарная работа силы. Элементарная работа силы — это бесконечно малая скалярная величина, равная скалярному произведению вектора силы на вектор бесконечного малого перемещения точки приложения силы: (3.37) В (3.37) — приращение радиуса-вектора точки приложения силы, годографом которого является траектория этой точки. Элементарное перемещение точки по траектории совпадает с в силу их малости. Поэтому (3.38) Так как — проекция силы на направление перемещения точки (при криволинейной траектории — на касательную ось к траектории), то (3.39) т. е. работу совершает только касательная сила, а работа нормальной силы равна нулю. Из (3.38) следует: если ,то ; если ,то ; если ,то . 2. Аналитическое выражение элементарной работы. Представим векторы и через их проекции на оси декартовых координат: , и подставим в (3.37). Получим |. (3.40) 3. Работа силы на конечном перемещении равна интегральной сумме элементарных работ на этом перемещении (3.41) или |. (3.42) Если сила постоянная, а точка ее приложения перемещается прямолинейно, то (3.43) Например, дано: , , . . 4. Работа силы тяжести (рис. 17). Используем формулу (3.42): , ; , где — перемещение точки приложения силы по вертикали вниз (высота). При перемещении точки приложения силы тяжести вверх (точка — внизу, — вверху). Итак, (3.44) Работа силы тяжести не зависит от формы траектории. При движении по замкнутой траектории ( совпадает с )работа равна нулю. Работа силы упругости пружины. Пружина растягивается только вдоль оси (рис. 18). Используем (3.42): ; , где — величина деформации пружины. При перемещении точки приложения силы из нижнего положения в верхнее направление силы и направление перемещения совпадают, тогда работа силы упругости дается формулой (3.45) Примечание. При перемещении точки приложения силы упругости по криволинейной траектории из положения в положение (рис. 19) работа определяется по формуле (3.46): , (3.46) где , — деформации пружины в этих положениях. 6. Работа сил, приложенных к твердому телу. а) Работа внутренних сил Для двух точек: . (рис. 20). Элементарная работа всех внутренних сил в твердом теле равна нулю: . (3.47) Следовательно, на любом конечном перемещении тела (3.48) б) Работа внешних сил. Поступательное движение тела. Элементарная работа силы . Для всех сил . Так как при поступательном движении , то , (3.49) где — проекция главного вектора внешних сил на направление перемещения. Работа сил на конечном перемещении , (4.50) Вращение тела вокруг неподвижной оси (рис. 21). Элементарная работа силы , где — составляющие силы по естественным осям . Так как , то работа этих сил на перемещение точки приложения силы равна нулю. Тогда , но . Элементарная работа внешней силы равна произведению момента этой силы относительно оси вращения на элементарный угол поворота тела вокруг оси. Элементарная работа всех внешних сил , (3.51) где — главный момент внешних сил относительно оси. Работа сил на конечном перемещении (3.52) Если , то (3.53) где — конечный угол поворота; , где — число оборотов тела вокруг оси. 7. Мощность — это работа, выполненная силой в единицу времени. Если работа совершается равномерно, то мощность (3.54) где — работа, совершенная силой на конечном перемещении, за время . В более общем случае мощность силы можно определить как отношение элементарной работы силы к элементарному промежутку времени , за который совершена эта работа, что представляет собой производную от работы по времени. Поэтому (3.55) 8. Коэффициент полезного действия (КПД) — отношение выполненной полезной работы ко всей затраченной работе , т. е. (3.56) 9. Единицы измерения работы и мощности. В системе СИ единица измерения работы силы — джоуль (1 Дж= 1 Н м),а в системе МкГС — кГм. Единица измерения мощности — соответственно — ватт (1 Вт = 1 Дж/с) и кГм/с. 75 кГм/с = 1 л. с. (лошадиная сила). 1 кВт= 1000 Вт = 1,36 л. с. Теорема Кенига Кинетическая энергия механической системы в общем случае ее движения равна сумме кинетической энергии движения системы вместе с центром масс и кинетической энергии системы при ее движении относительно центра масс: (3.59) где — скорость точки системы относительно центра масс. РАЗДЕЛ 3. ДИНАМИКА. Работа и мощность сил Работа силы — скалярная мера действия силы. 1. Элементарная работа силы. Элементарная работа силы — это бесконечно малая скалярная величина, равная скалярному произведению вектора силы на вектор бесконечного малого перемещения точки приложения силы: (3.37) В (3.37) — приращение радиуса-вектора точки приложения силы, годографом которого является траектория этой точки. Элементарное перемещение точки по траектории совпадает с в силу их малости. Поэтому (3.38) Так как — проекция силы на направление перемещения точки (при криволинейной траектории — на касательную ось к траектории), то (3.39) т. е. работу совершает только касательная сила, а работа нормальной силы равна нулю. Из (3.38) следует: если ,то ; если ,то ; если ,то . 2. Аналитическое выражение элементарной работы. Представим векторы и через их проекции на оси декартовых координат: , и подставим в (3.37). Получим |. (3.40) 3. Работа силы на конечном перемещении равна интегральной сумме элементарных работ на этом перемещении (3.41) или |. (3.42) Если сила постоянная, а точка ее приложения перемещается прямолинейно, то (3.43) Например, дано: , , . . 4. Работа силы тяжести (рис. 17). Используем формулу (3.42): , ; , где — перемещение точки приложения силы по вертикали вниз (высота). При перемещении точки приложения силы тяжести вверх (точка — внизу, — вверху). Итак, (3.44) Работа силы тяжести не зависит от формы траектории. При движении по замкнутой траектории ( совпадает с )работа равна нулю. Работа силы упругости пружины. Пружина растягивается только вдоль оси (рис. 18). Используем (3.42): ; , где — величина деформации пружины. При перемещении точки приложения силы из нижнего положения в верхнее направление силы и направление перемещения совпадают, тогда работа силы упругости дается формулой (3.45) Примечание. При перемещении точки приложения силы упругости по криволинейной траектории из положения в положение (рис. 19) работа определяется по формуле (3.46): , (3.46) где , — деформации пружины в этих положениях. 6. Работа сил, приложенных к твердому телу. а) Работа внутренних сил Для двух точек: . (рис. 20). Элементарная работа всех внутренних сил в твердом теле равна нулю: . (3.47) Следовательно, на любом конечном перемещении тела (3.48) б) Работа внешних сил. Поступательное движение тела. Элементарная работа силы . Для всех сил . Так как при поступательном движении , то , (3.49) где — проекция главного вектора внешних сил на направление перемещения. Работа сил на конечном перемещении , (4.50) Вращение тела вокруг неподвижной оси (рис. 21). Элементарная работа силы , где — составляющие силы по естественным осям . Так как , то работа этих сил на перемещение точки приложения силы равна нулю. Тогда , но . Элементарная работа внешней силы равна произведению момента этой силы относительно оси вращения на элементарный угол поворота тела вокруг оси. Элементарная работа всех внешних сил , (3.51) где — главный момент внешних сил относительно оси. Работа сил на конечном перемещении (3.52) Если , то (3.53) где — конечный угол поворота; , где — число оборотов тела вокруг оси. 7. Мощность — это работа, выполненная силой в единицу времени. Если работа совершается равномерно, то мощность (3.54) где — работа, совершенная силой на конечном перемещении, за время . В более общем случае мощность силы можно определить как отношение элементарной работы силы к элементарному промежутку времени , за который совершена эта работа, что представляет собой производную от работы по времени. Поэтому (3.55) 8. Коэффициент полезного действия (КПД) — отношение выполненной полезной работы ко всей затраченной работе , т. е. (3.56) 9. Единицы измерения работы и мощности. В системе СИ единица измерения работы силы — джоуль (1 Дж= 1 Н м),а в системе МкГС — кГм. Единица измерения мощности — соответственно — ватт (1 Вт = 1 Дж/с) и кГм/с. 75 кГм/с = 1 л. с. (лошадиная сила). 1 кВт= 1000 Вт = 1,36 л. с.
|
||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-09-20; просмотров: 374; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.216.209.235 (0.007 с.) |