Работа Скачать
презентацию
<<  Механическая работа и мощность Задачи на работу и мощность  >>
Работа, мощность, энергия
Работа, мощность, энергия
Работа
Работа
Экспериментальный факт
Экспериментальный факт
Энергия
Энергия
Закон сохранения энергии
Закон сохранения энергии
Человек перемещает санки
Человек перемещает санки
Работа равна произведению
Работа равна произведению
Работа равна скалярному произведению
Работа равна скалярному произведению
Полная работа
Полная работа
Работа служит мерой передачи движения
Работа служит мерой передачи движения
Работа и энергия
Работа и энергия
Электроновольт
Электроновольт
Человек тянет веревку
Человек тянет веревку
Выражение
Выражение
Интеграл
Интеграл
Работа, которую совершает сила тяжести
Работа, которую совершает сила тяжести
Скорость совершения работы
Скорость совершения работы
Единица
Единица
Понятие мощности
Понятие мощности
Скалярное произведение
Скалярное произведение
Движущееся тело
Движущееся тело
Сила F
Сила F
Заменим
Заменим
Совершаемая работа
Совершаемая работа
Кинетическая энергия
Кинетическая энергия
Скорость снаряда
Скорость снаряда
Поток падающей воды
Поток падающей воды
Водопад
Водопад
Потенциальная энергия
Потенциальная энергия
Консервативная сила
Консервативная сила
Работа, совершаемая консервативной силой
Работа, совершаемая консервативной силой
Интеграл называют потенциальной энергией
Интеграл называют потенциальной энергией
Четыре типа фундаментальных сил
Четыре типа фундаментальных сил
Направление силы
Направление силы
Строгие ограничения на возможности извлечения энергии
Строгие ограничения на возможности извлечения энергии
Сумма кинетической и потенциальной энергий
Сумма кинетической и потенциальной энергий
Импульс замкнутой системы
Импульс замкнутой системы
Удар шаров
Удар шаров
Закон сохранения импульса
Закон сохранения импульса
Уравнение
Уравнение
Полученное уравнение
Полученное уравнение
Шар отскочит в противоположном направлении
Шар отскочит в противоположном направлении
Шары просто обмениваются скоростями
Шары просто обмениваются скоростями
Шары двигаются вдоль одной прямой
Шары двигаются вдоль одной прямой
Скорость движения после неупругого удара
Скорость движения после неупругого удара
Увеличение внутренней энергии
Увеличение внутренней энергии
Лобовое соударение грузовика
Лобовое соударение грузовика
Легковой автомобиль
Легковой автомобиль
Химическая энергия
Химическая энергия
«Топливо» сгорает
«Топливо» сгорает
Организм человека
Организм человека
Студент
Студент
Человек в хорошей физической форме
Человек в хорошей физической форме
Мощность
Мощность
Способ уменьшить избыточный вес
Способ уменьшить избыточный вес
Человеку ежедневно необходима энергия
Человеку ежедневно необходима энергия
Измеряется в ньютонах
Измеряется в ньютонах
Теорема о связи работы и энергии
Теорема о связи работы и энергии
Векторная сумма консервативных сил
Векторная сумма консервативных сил
Лекция окончена
Лекция окончена
Слайды из презентации «Физика «Мощность, энергия, работа»» к уроку физики на тему «Работа»

Автор: KNV. Чтобы увеличить слайд, нажмите на его эскиз. Чтобы использовать презентацию на уроке, скачайте файл «Физика «Мощность, энергия, работа».ppt» бесплатно в zip-архиве размером 507 КБ.

Скачать презентацию

Физика «Мощность, энергия, работа»

содержание презентации «Физика «Мощность, энергия, работа».ppt»
СлайдТекст
1 Работа, мощность, энергия

Работа, мощность, энергия

Законы сохранения.

Сегодня: пятница, 3 октября 2014 г.

2 Работа

Работа

Лекция.

Введение

1. Работа

2. Мощность

3. Кинетическая энергия тела

4. Потенциальная энергия

5. Консервативные силы

6. Закон сохранения полной механической энергии

7. Удар шаров

8. Энергия в биологии

Тема: РАБОТА, МОЩНОСТЬ, ЭНЕРГИЯ. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ

Содержание лекции:

Сегодня: пятница, 3 октября 2014 г.

3 Экспериментальный факт

Экспериментальный факт

Введение.

Существует экспериментальный факт: вечное движение механических устройств и машин невозможно.

Недопустимость вечного движения говорит о том, что есть некая физическая величина, сохраняющаяся со временем.

Эта величина в физике получила название энергии. Энергия ? общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи.

4 Энергия

Энергия

не возникает из ничего и не исчезает, она может переходить из одной формы в другую- закон сохранения энергии.

Этот закон налагает строгие ограничения на возможности преобразования и использования энергии.

5 Закон сохранения энергии

Закон сохранения энергии

связан с однородностью времени, т.е. с тем фактом, что все моменты времени эквивалентны и физические законы не меняются со временем.

Закон сохранения энергии для механических процессов установлен Лейбницем в 1686 г., для немеханических явлений Майером в 1845 г., Джоулем в 1843 и Гельмгольцем в 1847.

6 Человек перемещает санки

Человек перемещает санки

Например, на рис. 1 человек перемещает санки с детьми на расстояние r, прилагая к веревке постоянную силу F. Работа, которую производит человек над санками, равна A = Frr.

Сила, действующая на движущееся тело, совершает над ним работу.

Количественно совершаемая силой работа равна произведению составляющей силы в направлении движения на пройденное расстояние

5.2. Работа

7 Работа равна произведению

Работа равна произведению

Frr, а не F, где Fr – составляющая полной силы F в направлении r. Поскольку Fr= Fcos?, приведенное выше выражение можно записать в виде A = Frcos?.

F

a

r

Рис. 1

8 Работа равна скалярному произведению

Работа равна скалярному произведению

A = (F,r).

Если сила не постоянна, то работа на бесконечно малом отрезке пути dr запишется в виде dA = (F,dr).

9 Полная работа

Полная работа

производимая при перемещении тела из точки C в точку D, равна.

10 Работа служит мерой передачи движения

Работа служит мерой передачи движения

В механике работа служит мерой передачи движения от одного тела к другому, или мерой перехода энергии от одного тела к другому.

Когда сила действует на движущееся тело и направление силы и скорости движения совпадают, то работу силы считают положительной.

Если же направление силы и перемещение тела противоположны, то работа силы считается отрицательной.

11 Работа и энергия

Работа и энергия

измеряются в СИ в единицах произведения силы на расстояние, т.е. в ньютонах на метр (Н?м); размерность этой величины МL2T–2.

Эта единица нашла довольно широкое употребление и называется джоулем (Дж).

12 Электроновольт

Электроновольт

В атомной и ядерной физике в качестве единицы измерения энергии широко используется электроновольт (эВ): 1 эВ = 1,6?10?19 Дж.

13 Человек тянет веревку

Человек тянет веревку

Найдем силу F, с которой человек тянет веревку. Поскольку ежесекундно преодолевается путь r = 1,5 м, из определения работы получаем F?r?cos? = A;

Пример 1. Допустим, что на рис.1 угол ? = 30? и человек идет с постоянной скоростью 1,5 м/с и производит ежесекундно работу 100 Дж.

Работа совершается со скоростью, соответствующей ежесекундному поднятию тела массой 10 кг на высоту около 1 м. Это, безусловно, тяжелая работа.

14 Выражение

Выражение

Пример 2. Определим работу, необходимую для того, чтобы растянуть пружину на длину х.

Подставим в выражение A = ?(F,dr) вместо силы F величину kx (линейная зависимость силы от х называется законом Гука) и заменим dr на dx.

Таким образом,

При интегрировании мы использовали табличный интеграл

15 Интеграл

Интеграл

Fdr = mg(drcos?).

Пример 3. Определим работу, совершаемую силой тяжести при падении снаряда массой m с высоты h, летящего со скоростью v.

Для этого вычислим интеграл в случае, когда угол ? между векторами непрерывно меняется. Заметим, что элементарная работа дается выражением

Из рис. 5.3 имеем (drcos?) = dy. Совершив эту подстановку и вычислив интеграл, получим

16 Работа, которую совершает сила тяжести

Работа, которую совершает сила тяжести

Следовательно, A = mgh – работа, которую совершает сила тяжести (h – начальная высота), не зависит от траектории падения тела.

uA

С

D

dr

dh

a

F

h

Земля

Рис. 2

17 Скорость совершения работы

Скорость совершения работы

Согласно определению можем записать W ? dA/dt.

Скорость совершения работы (передачи энергии) называется мощностью и обозначается W.

Величина W характеризует мгновенное значение скорости передачи энергии.

В СИ единицей измерения мощности является джоуль в секунду (Дж/с).

5.3. Мощность

18 Единица

Единица

Эта единица имеет размерность ML2T–3 и называется ваттом (Вт).

Электрическая лампочка мощностью100 Вт расходует 100 Дж/с.

Произведение мощности на время дает энергию. Широко используется единица энергии киловатт?час (к Вт?ч): 1 кВт?ч = 103 Вт ? 3600 с = 3,6?106 Дж.

В России ежедневно потребляется в среднем 1,3?1013 кВт?ч энергии.

19 Понятие мощности

Понятие мощности

является одной из важнейших характеристик различных машин и механизмов.

Мощность показывает, насколько быстро могут совершить одну и ту же работу различные механические устройства.

Так, экскаватор способен выкопать котлован под фундамент дома за сутки. Человек на ту же работу будет вынужден затратить год.

20 Скалярное произведение

Скалярное произведение

W = (f,v) - скалярное произведение.

Двигатели автомобиля, катера, самолета должны обладать большой мощностью, чтобы они могли преодолевать действующую силу сопротивления движению, когда движение происходит с большой скоростью

21 Движущееся тело

Движущееся тело

представляет собой самую простейшую форму движения материи.

Мерой величины этого движения является кинетическая энергия.

Величину кинетической энергии тела можно определить по величине работы, которую необходимо совершить, чтобы вызвать данное движение тела.

5.4. Кинетическая энергия тела

22 Сила F

Сила F

Пусть сила F действует на тело массой m и вызывает его движение из точки С в точку D.

В точке С тело покоилось, в точке D тело имеет скорость v.

Работа силы F на пути CD пошла на увеличение кинетической энергии тела.

Эта работа записывается в виде

23 Заменим

Заменим

теперь F на m(dv/dt), а dr – на vdt:

Заменим (dv/dt)?v на v?(dv/dt :

24 Совершаемая работа

Совершаемая работа

Таким образом,

Окончательно получаем:

Совершаемая работа силой при перемещении тела из точки С в точку D равна разности кинетических энергий в этих точках.

25 Кинетическая энергия

Кинетическая энергия

тела массой m, движущегося со скоростью v, равна K = mv2/2.

Размерность кинетической энергии K совпадает с размерностью работы (Дж).

Использование понятия энергии при решении многих задач механики является наиболее рациональным.

В этом случае отпадает необходимость прослеживать траектории движения частиц, детали взаимодействия тел, обмена энергией и импульсом.

26 Скорость снаряда

Скорость снаряда

Определим скорость снаряда на рис. 2 в момент, когда он падает на Землю в точке D.

Сила F = mg направлена к центру Земли. Поэтому интеграл равен mgh.

Подставляя в левую часть соотношения

Эту величину, получаем

27 Поток падающей воды

Поток падающей воды

Согласно соотношению ?K = mgh, поток падающей воды ежесекундно приобретает кинетическую энергию ?K = (10 кг)(9,8 м/с2)(30 м) = 2,9 кДж.

Пусть 30-метровый водопад расходует m = 10 кг воды в секунду. Найдем количество выделяющейся ежесекундно энергии.

Если эти 2,9 кДж/с преобразовать в электричество с КПД 100%, то мы могли бы получить 2,9 кВт электроэнергии.

28 Водопад

Водопад

Из последнего примера следует, что приличный водопад мог бы обеспечить 2 или 3 кВт мощности для домашних нужд. Однако в типичном доме потребляется не 2–3, а 10–20 кВт.

Потребности общества в энергии растут столь сильно, что обычные источники на Земле уже не могут их обеспечить.

Большая часть ГЭС работает с полной отдачей; между тем они удовлетворяют потребности в энергии лишь на 4%.

29 Потенциальная энергия

Потенциальная энергия

Для многих видов сил, называемых консервативными, интеграл.

Не зависит от пути интегрирования между точками C и D, а определяется только начальным и конечным положением точек C и D.

5.5. Потенциальная энергия

30 Консервативная сила

Консервативная сила

По определению если F – консервативная сила, то (рис. 3) Путь 1 Путь 2 Путь 3.

Рис. 3

31 Работа, совершаемая консервативной силой

Работа, совершаемая консервативной силой

не зависит от пути, по которому тело перемещается из произвольной точки А в точку В.

Математически эквивалентно следующее утверждение: в поле консервативных сил интеграл ?(F,dr), вычисленный по любому замкнутому пути, равен нулю.

Следовательно, в случае консервативных сил нельзя непрерывно приобретать (или терять) энергию, повторяя один и тот же замкнутый путь.

32 Интеграл называют потенциальной энергией

Интеграл называют потенциальной энергией

Для обладающих таким свойством сил, интеграл называют потенциальной энергией и обозначают буквой U:

Потенциальную энергию можно представить себе как энергию, запасенную для дальнейшего использования.

Во многих случаях при желании ее можно преобразовать в другие полезные формы энергии.

33 Четыре типа фундаментальных сил

Четыре типа фундаментальных сил

Все четыре типа фундаментальных сил, действующих между элементарными частицами, консервативные.

Примером неконсервативной силы является трение.

В этом случае F и dr всегда направлены в противоположные стороны и интеграл ?(F,dr) по замкнутому пути всегда отрицателен (тело непрерывно теряет энергию).

34 Направление силы

Направление силы

Согласно закону всемирного тяготения Ньютона F = – mg.

(Знак минус указывает направление силы.) По определению U= – ?(F, dr) = mgh

Определим потенциальную энергию массы m на расстоянии h над поверхностью Земли.

35 Строгие ограничения на возможности извлечения энергии

Строгие ограничения на возможности извлечения энергии

Закон сохранения энергии – один из центральных Закон физики и техники.

Этот закон налагает строгие ограничения на возможности извлечения энергии и ее преобразования из одной формы в другую.

Закон сохранения энергии запрещает существование вечных двигателей.

5.6. Закон сохранения полной механической энергии

36 Сумма кинетической и потенциальной энергий

Сумма кинетической и потенциальной энергий

Согласно этому закону, сумма кинетической и потенциальной энергий всех тел в любой замкнутой консервативной системе остается постоянной.

Под замкнутой мы понимаем систему, в которой отсутствуют любые внешние силы.

Консервативность означает, что все силы взаимодействия в системе консервативны.

37 Импульс замкнутой системы

Импульс замкнутой системы

не изменяется с течением времени dP/dt=0; P= const.

Закон сохранения энергии для системы n материальных точек в поле консервативных сил

Из закона изменения импульса F=dP/dt (закон Ньютона) вытекает следующий важный закон, называемый законом сохранения импульса:

38 Удар шаров

Удар шаров

рассматривается в двух приближениях – абсолютно упругий удар и абсолютно неупругий.

При абсолютно упругом ударе не происходит потерь кинетической энергии, связанной с движением шаров

Здесь m1, m2 – массы сталкивающихся шаров, v1, v2 – их скорости до удара, v?1, v?2 – скорости шаров после удара.

5.7. Удар шаров

39 Закон сохранения импульса

Закон сохранения импульса

В этом случае легко записать и закон сохранения импульса для сталкивающихся шаров: m1v1 + m2v2 = m1v?1 + m2v?2.

Будем считать, что удар не только упругий, но и центральный, т.е. скорости шаров v1 и v2 до удара направлены вдоль одной прямой (рис. 4).

Рис. 4

40 Уравнение

Уравнение

m1[v12 ? (v?1)2] = m2[(v?2)2 ? v22], m1[v1 ? v?1] = m2[v?2 ? v2].

Разделив первое уравнение на второе при условии, что скорости шаров изменяются при ударе, находим v1 + v?1 = v2 + v?2

Полученные два уравнения позволяют найти две неизвестные скорости шаров v?1 и v?2 после удара. Для этого перепишем первое и второе уравнения в виде

41 Полученное уравнение

Полученное уравнение

наряду с законом сохранения импульса, составляют систему двух линейных уравнений: m1v1 + m2v2 = m1v?1 + m2v?2. v1 + v?1 = v2 + v?2. Решив систему, получаем.

42 Шар отскочит в противоположном направлении

Шар отскочит в противоположном направлении

Если второй шар был до удара неподвижен (v2 = 0), то получаем.

При m1 > m2 первый шар будет двигаться в первоначальном направлении, при m1 < m2 шар отскочит в противоположном направлении, при m1 = m2 первый шар остановится, а второй будет двигаться вперед со скоростью v?2 = v1 – первого шара до удара.

43 Шары просто обмениваются скоростями

Шары просто обмениваются скоростями

И, в общем случае, при столкновении двух одинаковых шаров (m1 = m2) v?1 = v2, v?2 = v1 шары просто обмениваются скоростями.

44 Шары двигаются вдоль одной прямой

Шары двигаются вдоль одной прямой

Если шары двигаются вдоль одной прямой – центральный удар, то при неупругом столкновении сохраняется импульс m1v1 + m2v2 = (m1 + m2 )v.

При абсолютно неупругом ударе двух шаров массами m1 и m2 после столкновения они начинают двигаться как единое целое с массой (m1 + m2), (рис. 5.)

Рис. 5

45 Скорость движения после неупругого удара

Скорость движения после неупругого удара

равна.

Потеря кинетической энергии в системе при неупругом ударе равна разности кинетических энергий до и после удара:

46 Увеличение внутренней энергии

Увеличение внутренней энергии

За счет потери кинетической энергии происходит увеличение внутренней энергии системы сталкивающихся шаров, сопровождающееся разрушением тел при столкновении и их нагревом.

47 Лобовое соударение грузовика

Лобовое соударение грузовика

Рассмотрим лобовое соударение грузовика массой m1 и легкового автомобиля массой m2, двигавшихся навстречу друг другу со скоростью 100 км/ч.

При v1 = – v2 = 100 км/ч, m1 = 15 т, m2 = 1,5 т, то

Рис. 6

48 Легковой автомобиль

Легковой автомобиль

Грузовик теряет лишь около 20% своей скорости, тогда как легковой автомобиль меняет направление движения и сминается вдоль оси.

Это одна из причин, по которой столкновение обычно оказывается относительно безопасным для более тяжелой машины.

Рис. 6

49 Химическая энергия

Химическая энергия

– одна из форм потенциальной энергии. В процессе образования молекул межатомные силы притяжения совершают работу и высвобождается энергия в виде тепла.

В живых организмах источниками химической энергии служат углеводы (соединений углерода с водородом). Соединяясь с кислородом, углеводы образуют Н2О и СО2 с высвобождением энергии.

Количество высвобождающейся энергии составляет 20000 Дж на 1 г углеводов. Почти вдвое больше химической энергии на 1 г запасено в жире животных.

5.8. Энергия в биологии

50 «Топливо» сгорает

«Топливо» сгорает

При сжигании углеводного «топлива» в клетках мышц около 25% энергии переходит в механическую работу.

У лошади «топливо» сгорает со скоростью 2000 Вт. Это позволяет ей совершать механическую работу с мощностью 500 Вт.

В течение более коротких промежутков времени лошадь способна вырабатывать 700 ? 800 Вт мощности. Эти данные и привели к «лошадиной силе», равной мощности 746 Вт.

51 Организм человека

Организм человека

слабее и в лучшем случае может совершать в единицу времени механическую работу около 100 Вт.

Даже во время сна лишь для поддержания нормальных функций организма у взрослого человека «топливо» сгорает со скоростью 80 Вт.

Эта величина называется основной скоростью обмена веществ. Такую же мощность потребляет электрическая лампочка средней величины.

52 Студент

Студент

В бодрствующем состоянии, например на лекции по физике, студент расходует около 150 Вт, в том числе: 80 Вт плюс около 40 Вт затрачиваются на работу мозга и 15 Вт на работу сердца.

При умеренных физических нагрузках, например, во время езды на велосипеде или во время плавания человек затрачивает около 500 Вт.

Более тяжелые нагрузки, например игра в баскетбол, футбол требуют затраты до 700 Вт.

53 Человек в хорошей физической форме

Человек в хорошей физической форме

При еще большем возрастании нагрузок ( во время скоростной велосипедной гонки) человек в хорошей физической форме расходует свыше 1000 Вт, однако лишь около 100 Вт из них приходится на внешнюю механическую работу.

Подсчитаем, насколько хватит 450 г жира для поддержания умеренных нагрузок (500 Вт).

Иными словами, сколько времени должен выполнять физические упражнения человек с избытком веса, чтобы избавиться от 450 г жира?

54 Мощность

Мощность

В одном грамме жира как «топливе» запасено около 40000 Дж энергии. Таким образом, 450 г жира имеют энергию Е = 18?106 Дж.

Мощность Р связана с энергией соотношением Р = E/t, отсюда находим:

Проделывая в течение 10 ч физические упражнения, можно сбросить 450 г жира, но при этом появляется сильный аппетит.

55 Способ уменьшить избыточный вес

Способ уменьшить избыточный вес

Другой способ уменьшить избыточный вес состоит в полном отказе от пищи. Тогда для поддержания жизни человеку придется ежедневно расходовать около 300 г своего жирового запаса.

Определим, сколько пищевых калорий следует потреблять ежедневно для поддержания жизни. Одна пищевая калория (1 ккал) соответствует 4180 Дж химической энергии.

Расходуемая человеком ежедневно минимальная мощность составляет около 80 Вт в состоянии сна и 150 Вт в состоянии бодрствования: будем считать ее равной 110 Вт.

56 Человеку ежедневно необходима энергия

Человеку ежедневно необходима энергия

Тогда человеку ежедневно необходима энергия = (110 Вт)(8,6?104 с) = 9,5?106 Дж; она содержится в пище калорийностью 2260 ккал. Такое количество калорий содержится примерно в 400 г жира.

57 Измеряется в ньютонах

Измеряется в ньютонах

Основные выводы 1. Работа А, совершаемая силой F при перемещении тела из точки А в точку В, дается выражением.

Она измеряется в ньютонах на метр или джоулях;

58 Теорема о связи работы и энергии

Теорема о связи работы и энергии

2. Мощность = (F,v).

3. Кинетическая энергия

4.Теорема о связи работы и энергии:

59 Векторная сумма консервативных сил

Векторная сумма консервативных сил

6.Для замкнутой системы, содержащей N тел (K + U) = const.

7. Для замкнутой системы, содержащей N тел Р = const.

5.Если F – консервативная сила (или векторная сумма консервативных сил), то приращение потенциальной энергии

60 Лекция окончена

Лекция окончена

Нажмите клавишу <ESC> для выхода

«Физика «Мощность, энергия, работа»»
http://900igr.net/prezentatsii/fizika/Fizika-Moschnost-energija-rabota/Fizika-Moschnost-energija-rabota.html
cсылка на страницу
Урок

Физика

133 темы
Слайды
Презентация: Физика «Мощность, энергия, работа».ppt | Тема: Работа | Урок: Физика | Вид: Слайды
900igr.net > Презентации по физике > Работа > Физика «Мощность, энергия, работа».ppt