Фізика. 7 клас. Головко

Найголовніше у розділі 4. Механічна робота та енергія

• Механічна робота є кількісною мірою дії сили на тіло, що переміщується.
• Робота сипи дорівнює добутку модулів сили та переміщення: А = Fs.
• За одиницю роботи беруть джоуль: Дж = Н • м.
• Робота сипи земного тяжіння та сили пружності по замкненій траєкторії дорівнює нулю.

• Механічною енергією називається фізична величина, що характеризує стан тіла або системи тіл, а її зміна під час переходу системи з одного стану в інший дорівнює виконаній роботі.
• Величину, що характеризує енергію взаємодії тіла або системи тіл, називають потенціальною енергією.
• Потенціальна енергія взаємодії тіла та Землі: W_п = mgh.

• Енергію вимірюють у тих самих одиницях, що й роботу, тобто у джоулях.
• Повною механічною енергією системи називають суму потенціальної та кінетичної енергії: W = W_п + W_к.
• Якщо в замкнутій системі діють тільки сили тяжіння й пружності, то повна механічна енергія системи залишається сталою. Можливе лише взаємне перетворення потенціальної та кінетичної енергії системи.
• Робота сипи тертя є від’ємною, оскільки сила тертя напрямлена протилежно переміщенню тіла.
• За наявності сил тертя механічна енергія системи зменшуватиметься. Це означає, що енергія поступово переходить із механічної форми в інші форми.
• Прості механізми - пристрої, призначені для перетворення прикладеної сили або для зміни напряму дії сили на зручніший для людини під час виконання механічної роботи.
• До простих механізмів належать блок, важіль, коловорот, колесо, похила площина, різновидами якої є клин, гвинт.
• Машина - це система, створена людиною, призначена для перетворення енергії з метою полегшення праці людини. Машина складається з трьох основних складових: робочого органа, двигуна і механізму, що їх пов’язує.
• Важіль, який перебуває під дією кількох сил, може залишатися у спокої за умов, коли всі прикладені до важеля сили компенсують дію одна одної, тобто взаємно урівноважуються. У таких випадках про важіль кажуть, що він перебуває у стані рівноваги.
• Важіль перебуває у рівновазі, якщо діючі на нього сили обернено пропорційні плечам цих сил:

• Добуток сили на плече називається моментом сили відносно осі обертання. Момент сипи - величина, яка характеризує обертальну дію сили, - позначається буквою Μ: М = Fl
• Одиницею вимірювання моменту сили є Н • м.
• Умову рівноваги важеля можна сформулювати з використанням поняття момент сили: важіль перебуває в рівновазі, якщо сума моментів сил, які обертають важіль за годинниковою стрілкою, дорівнює сумі моментів сил, що обертають його проти годинникової стрілки.
• Нерухомий блок являє собою колесо з жолобом по колу, яке обертається навколо своєї осі.
• Нерухомий блок не дає виграшу в силі й може використовуватися для підйому невеликих вантажів або для зміни напрямку сили.
• Рухомим називають блок, що піднімається й опускається разом з вантажем, оскільки вантаж кріпиться до обойми, в якій міститься вісь блоку. Рухомий блок дає виграш у силі у два рази.
• Під час використання похилої площини виграють у силі в стільки разів, у скільки разів довжина похилої площини більша її висоти.
• Жоден з механізмів не дає виграшу в роботі.
• Золоте правило механіки: «У скільки разів виграємо в силі, у стільки ж разів програємо у відстані».
• Коефіцієнт корисної дії (ККД) - це фізична величина, що показує ефективність роботи механізму. ККД чисельно дорівнює відношенню корисної роботи до витраченої (повної) роботи

• А_к - корисна робота, тобто робота, для виконання якої застосовують пристрій.
• А_в - виконана, або повна робота, тобто робота, яку необхідно виконати під час використання простого механізму.
• Витрачена робота завжди більша за корисну, тому що частина роботи (енергії) витрачається на подолання сил тертя і на переміщення окремих частин механізму (важеля, блока тощо).

Завдання для самоперевірки з розділу

«Механічна робота та енергія»

Початковий рівень.

1. В якому з випадків виконується механічна робота?

• A) сталева кулька котиться по інерції по горизонтальному столу.
• Б) камінь лежить на землі.
• B) кран піднімає вантаж.
• Г) вантаж висить на нитці.

2. Фізичну величину, що визначає здатність тіл виконувати роботу називають...

• А) масою
• Б) енергією
• В) силою
• Г) вагою

3. « Вічний двигун» - це пристрій...

• A) який, виконуючи роботу, не витрачає енергії.
• Б) який, виконуючи роботу, витрачає енергію.
• B) який, не виконуючи роботу, витрачає енергію.
• Г) який, не виконуючи роботу, не витрачає енергію.

4. Енергію, яка визначається розташуванням взаємодіючих тіл або частин деформованого тіла, називають...

• А) потенціальною
• Б) кінетичною
• В) внутрішньою
• Г) механічною

5. Укажіть правильне продовження речення: «Коефіцієнт корисної дії η визначає...»

• A) швидкість виконання роботи
• Б) ефективність виконання роботи
• B) здатність тіла виконувати роботу
• Г) зміну роботи

Середній рівень.

6. За допомогою рухомого блока вантаж підняли на висоту 2 м. На яку довжину при цьому опустився вільний кінець мотузки?

• А) 2 м
• Б) 3 м
• В) 4 м
• Г) 1 м

7. Встановіть відповідність між фізичними величинами та формулами за якими їх можна обчислити:

А
Б
В
Г

8. Визначити потужність електродвигуна, якщо за 10 хвилин він виконує роботу 240000 Дж.

• А) 450 Вт
• Б) 400 Вт
• В) 500 Вт
• Г) 24000 Вт

9. Визначити роботу, яку виконує людина під час переміщення вантажу на висоту 5м, прикладаючи зусилля 300 Н.

• А) 60 Дж
• Б) 305 Дж
• В) 1500 Дж
• Г) 150 Дж

10. Встановіть, в якій точці польоту футбольного м’яча його потенціальна енергія максимальна (рис. 4.37).

Рис. 4.37. До задачі 10

• А) 0
• Б) 1
• В) 2
• Г) 3

Достатній рівень.

11. Трактор під час оранки долає силу опору 8 кН, розвиваючи потужність 40 кВт. Визначити швидкість, з якою рухається трактор?

12. Визначити потужність, яку розвиває штангіст під час піднімання штанги масою 125 кг на висоту 70 см за 0,3 с?

13. Обчисліть механічну роботу, яку виконує насос під час піднімання 40 м³ води на висоту 50 м.

14. Визначити кінетичну енергію тіла масою 2 кг, яке рухається зі швидкістю 4 м/с?

15. Визначити силу, яку необхідно прикласти до важеля в точці В, щоб зрівноважити важіль?

16. Під час рівномірного переміщення вантажу масою 15 кг по похилій площині, прикладають силу 40 Н. Обчислити ККД похилої площини, якщо її довжина 1,8 м, а висота 30 см.

17. Для піднімання вантажу по похилій площині на висоту 4,5 м необхідно виконати роботу 15 кДж. Визначити вагу вантажу, якщо ККД похилої площини 60%.

Високий рівень.

18. Перше тіло, масою m₁ = 3 кг, падає з висоти h₁ = 2 м. З якої висоти h₂ повинно впасти друге тіло, масою m₂ = 6 кг, щоб робота сили тяжіння в обох випадках була однаковою?

19. Визначити час, за який насос потужністю 50 кВт може відкачати із шахти глибиною 200 м воду об’ємом 150 м³ ?

20. З дна озера підіймають кам’яну брилу розмірами 40 см х 50 см х 75 см. Яку мінімальну роботу потрібно при цьому виконати, якщо глибина озера дорівнює 12 м? Вважайте, що брилу піднімають повільно і опором води можна знехтувати. Густину каменя прийняти рівною 2500 кг/м³.

21. Камінь кинули вертикально вгору. В точці кидання камінь мав кінетичну енергію 30 Дж. Визначити повну механічну енергію каменя в верхній точці траєкторії польоту. Обчислити максимальну висоту, на яку підніметься тіло, якщо його маса 1 кг. Визначити кінетичну і потенціальну енергію цього тіла на висоті 2 м над поверхнею нульового рівня.