Физика · 7 класс. Практикум: разберите пример, выполните самопроверку и переходите к играм.
Работа выбранной силы
При постоянной силе по направлению прямолинейного перемещения A = Fs. Если тяга 30 Н переместила санки на 2 м, её работа 60 Дж. Это работа именно тяги: работа трения может быть отрицательной. При подъёме работа тяжести отрицательна и равна −mgh, если отсчёт относится к подъёму на h при постоянном g.
Мощность и время
Средняя мощность N = A/t, работа и время относятся к одному промежутку. Работа 200 Дж за 4 с означает 50 Вт. Если время дано в минутах, его переводят в секунды. Дж и Вт не взаимозаменяемы; при той же работе меньшее время означает большую среднюю мощность.
Рычаг и блоки
Для невесомого рычага с двумя противоположными моментами F₁l₁ = F₂l₂, других моментов нет. Плечо — перпендикулярное расстояние от опоры до линии силы. При 60 Н, плечах 10 и 50 см вторая сила 12 Н. Обычный идеальный неподвижный блок меняет направление тяги без выигрыша в силе; один невесомый подвижный блок с двумя вертикальными ветвями даёт F = P/2 и путь свободного конца s = 2h. Трения нет, нить невесома и нерастяжима.
КПД и затраченная мощность
КПД η = Aпол/Aзатр. Для подъёма груза 8 кг на 3 м за 5 с при g = 10 и КПД 60% полезная работа 240 Дж. Затраченная работа 240/0,6 = 400 Дж, средняя затраченная мощность 400/5 = 80 Вт. Полезная мощность при этом 48 Вт. Сначала решите, какую мощность спрашивают. Проценты в обратной формуле переводят в долю.
Энергия при падении
Кинетическая энергия поступательного движения Eк = mv²/2, потенциальная взаимодействия с Землёй Eп = mgh относительно выбранного нулевого уровня. При свободном полёте без сопротивления Eк + Eп сохраняется в школьной модели. Мяч 2 кг на высоте 3 м имел Eк = 10 Дж. На высоте 1 м Eк = 10 + 2 × 10 × (3 − 1) = 50 Дж. Ненулевую начальную энергию нельзя забыть.
Проверьте баланс
Идеальный механизм не даёт выигрыша в работе. У реального устройства затраты могут превышать полезную работу, а при трении механическая энергия может перейти во внутреннюю. Общая энергия не исчезает. Не применяйте сохранение механической энергии к движению с двигателем или трением без отдельного учёта внешней работы и переходов энергии.
Проверьте себя
Постоянная тяга 30 Н по прямому перемещению 2 м. Её работа?
60 Дж.
Механическая работа 200 Дж за 4 с. Средняя мощность?
50 Вт.
Невесомый рычаг: сила 60 Н с плечом 10 см уравновешена противоположным моментом силы с плечом 50 см. Других моментов нет. Вторая сила?
12 Н.
Полезная работа 120 Дж, затраченная 200 Дж. КПД?
60%.
Равномерный подъём 8 кг на 3 м за 5 с, g = 10, КПД 60%. Средняя затраченная мощность?
80 Вт. Полезная мощность 48 Вт.
Мяч 2 кг на высоте 3 м имеет Eк = 10 Дж. Без сопротивления опустился до 1 м; g = 10. Новая Eк?
50 Дж.