Физика - учебник 7 класс

лой рук человека и силой натяжения троса экскаватора разная. За единицу времени сила натяжения троса экскаватора выполняет ра-

боту большую, чем сила рук человека.

Для описания быстроты совершения работы

вводится мощ-

ность.

а

Физическая величина, численно равная работе, совершенной

за единицу времени,

называется мощностью. Обозн ч е ся мощ-

ность буквой Р.

е

Мощность =

работа

,

в

P =

A

.

или

промежуток времени

с

тt

За единицу мощности в СИ принимает я мощность, при

а

которой действующая на тело сила за время t = 1 с совершает

работу А = 1 Дж.

я

Эта единица мощности называется

в тт (Вт) в честь английского

изобретателя Дж. Уатта. Для измерения больших мощностей ис-

пользуются кратные единицы: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мега-
ватт (МВт). Обратите вним ние:
		н
		1 гВт = 100 Вт = 1 102 Вт;
		д
	1 кВт = 1000аВт = 1 103 Вт;
	1 МВт = 1 000 000 Вт = 1 106 Вт.
	р
Для малых м щн стей употребляются дольные единицы: милли-
ватт (мВт), мик ватт (мкВт):
	о1 мВт = 0,001 Вт = 1 10–3 Вт;
Н	1 мкВт = 0,000001 Вт = 1 10–6 Вт.

Автомобилистыапо традиции используют старинную единицу мощности — лошадиную силу (л. с.). По рисунку 102 сформулируйте определение единицы мощности 1 лошадиная сила. Запишем связь 1 л. с. и ватта:

1 л. с. = 736 Вт.

В этих внесистемных единицах мощность первого белорусского трактора «МТЗ-2» (1953 г.) была равна 37 л. с. Освоенный в 2010 г. трактор

71

Правообладатель Народная асвета

а

т

е

в

Рис. 102

я

а

«Беларус-3023» имеет двигатель мощностью 300сл. с. Переведите эти значения

мощности в единицы СИ.

Опытный водитель всегда р зумно использует мощность своей

н

машины, управляя скоростью вр щения колес. Почему? Запишем

формулу мощности:

аP =

д

A

,

t

но A = F s, тог а

P =

Fs

,

а

t

s

но

= v,

следовательноо

:

t

р

Н

P = Fv.

Мощность определяется силой, совершающей работу, и скоростью. Тогда при постоянной мощности, чем меньше скорость, тем больше сила. Вот почему водитель, трогаясь с места или поднимаясь в гору, когда требуется большая сила, едет на малой скорости, чтобы увеличить силу тяги двигателя автомобиля.

72

Правообладатель Народная асвета

								а
							т
						е
					в				Рис. 103
				с
				а
Именно для этого в автомобилях и тракторах е ть пециальное устройство
для переключения скорости вращения колес — коробка передач, ручка которой
(рис. 103) расположена близко к правой руке водителя.
Главные выводы			я
		а
1. Мощность — физическая величина, характеризующая бы-
строту совершения работы.
	дн
2. Единицей мощности в СИ является 1 ватт.

3. Одинаковую мощ ость можно получить либо при большой скорости и небольшой силе, либо, наоборот, при малой скорости и большой силе.

3.К к понимарть вы ажение: «Мощность одной установки в 2 раза большеНмощности другой»?

4.Как правильно прочитать формулу мощности: «Значение мощности прямо пропорционально работе и обратно пропорционально промежутку времени» или «Значение мощности численно равно работе, совершенной за единицу времени»?

5.Что означает выражение: «Мощность двигателя равна 600 Вт»?

6.Для чего в автомобилях и тракторах ставится устройство для изменения скорости вращения колес? Как оно называется?о

73

Правообладатель Народная асвета

Пример решения задачи

На уроке физкультуры мальчик массой m = 40 кг поднялся по

канату на высоту h = 5,0 м за промежуток времени t = 10 с. Опре-

делите среднюю мощность, развиваемую мальчиком при подъеме.

Коэффициент g = 10

Н .

кг

Дано:

Решение

m = 40 кг

Мощность Р =

А.

Работа А = gmh. Тогда мощность:

h = 5,0 м

t

а

10

Н 40

кг

5,0 м

т

t = 10 с

Р =

gmh

;

P =

=

t

кг

с

200 Вт = 0,20 кВт.

Р — ?

10

е

Ответ: Р = 0,20 кВт.

в

Упражнение 10

с

1. Можно ли, используя механизм малой мощности, совершить

большую работу?

а

2. Найдите мощность мех низма, с помощью которого соверше-

на работа А = 1,8 МДж за промежутокя

времени t = 1,0 мин.

3. Какую работу производит за промежуток времени t = 1,0 ч

а

трактор «Беларус МТЗ-80» с двигателем мощностью Р = 59 кВт?

4. За какой промежуток времени может забраться по канату на

н

высоту h = 4,0 м сп ртсмен массой m = 80 кг, если максимальная

развиваемая им м щн сть равна Р = 0,80 кВт?

д

5. Какую массу кирпичей можно поднять равномерно за проме-

о

жуток в емени t

=

20 с на высоту h = 16 м, используя подъемник

мощностью Р = 2,0 кВт?

р

6. Чему р вна сила сопротивления при движении автомоби-

ля с постояннойа

скоростью

v = 72

км

и

мощностью двигателя

Р = 60 кВт?

ч

7. Почему не удается пахать, используя легковой автомобиль,

Н

ведь его двигатель гораздо мощнее двигателя мини-трактора,

легко выполняющего эту работу?

74

Правообладатель Народная асвета

Правообладатель Народная асвета

75

Рис. 105

Рис. 104

«Энергия» представляет собой одно из наиболее важных и сложных понятий, причем не только в физике, но и в других науках. А есть ли более важная техническая проблемаа, чем производство, передача и использование энергии?

Так что же такое энергия? т

Познакомимся сначала с одним из ее видове— кинетической энергией. Мы уже знаем, что сила, действующаяв на тело, может совершать работу. Но разгоняемое тело, увеличивая скорость, с само приобретает какое-то новое свой- а ство. Обладая скоростью, тело может произвести значительное действие.

Летящая шайба прогнет сетку яворот (рис. 104). Молот для забиванияа свай продвинет в глубь земли св ю (рис. 105). И шайба, и молотнсовершат работу.

Так что же приобретаетдтело, приходя в движение? Вы скажете: ко ечно, скорость! Но действиео тела зависит не только от скрр сти. Так, если сравнить имеющие авные ск рости шайбу и молот дляазабивания свай, то совершенные ими боты будут разными.

ИменноН поэтому каждому движущемуся телу приписывают особую характеристику — кинетическую энергию (от греч. kin tiko´s — приводящий в движение), т. е. энергию движения. Будем обозначать ее буквой K

(или Ек).

§ 18. Кинетическая энергия

		За кинетическую энергию те-
		ла принимают величину, равную
		работе, совершенной при раз-
		гоне тела из состояния покоя до
		данной скорости, или (что то же
		самое) величину, р вную работе
		силы, необходимой для ост новки
		данного тела.
		Из опр д л ния видноа, что ки-
		нетическая эн ргия измеряется в
			т
	Рис. 106	СИ в тех же диницах, что и рабо-
		та, т. е. джоуляхе.
	Большая кинетическая энергия движущего я тела (камня, авто-
		в
	мобиля, железнодорожного сост ва (рис. 106), метеорита) означа-
	ет, во-первых, что при разгоне его до дснной скорости разгоняющей

силой была совершена большая работааи, во-вторых, что при остановке тела тормозящей силой будет совершена такая же большая

работа. Поэтому говорят, что кинетическая энергия характеризует
способность движущегося тела совершать работу.
						я
Кинетическая э ергия тела зависит от его скорости и массы.
					а
В 9-м классе мы выве ем формулу для кинетической энергии
тела:				н
						K =	mv2	.
			д				2
Об атите внимание, что увеличение скорости в 2 или 3 раза при-
		о
	р
	а

водит к воз станию энергии в 4 или 9 раз, о чем должны постоянно помнитьНпешеходы и автомобилисты!

Вспомните, что всякое движение относительно, а так как кинетическая энергия зависит от скорости, то значение кинетической энергии относительно. Так, когда мы едем в автобусе, то относительно самого автобуса мы неподвижны, а значит, не обладаем кинетической энергией, но мы имеем и скорость, и кинетическую энергию относительно деревьев, домов, мимо которых проезжаем.

76

Правообладатель Народная асвета

Главные выводы

1. Кинетическая энергия выражает способность движущегося

тела совершать работу.

а

2. Кинетическая энергия измеряется в тех же единицах, что и

работа, — в джоулях.

т

3. Кинетическая энергия тела зависит от его массы и скорости.

4. Изменить (увеличить или уменьшить)

кине ическую энер-

е

гию тела можно только путем совершения работы (положи ель-

ной или отрицательной).

3. Что происходит с кинетической энергиейстелавпри действии силы ,

я

а

направленной противоположно движению?

4. Почему опасна езда с большой скоростью? К чему приводит увели-

а

чение скорости тела в 4 раза?

5. Обладает ли кинетической энергией здание вашей школы?

Пример решения задачи

д

Скорость груженого автомобиля массой m = 4,0 т увеличилась

от v = 36

км

до v

2

= 54

км. Определите работу, которую совершила

1

ч

ч

при этом сила тяги, развиваемаян

двигателем автомобиля. Трением

пренебречь.

Дано:

Решение

3

Чтобы увеличить кинетическую энергию

m = 4,0 т = 4,0 10 окг

v1 = 36 км

= 10

м

mv12

mv22

ч

рc

от K1 =

до

K2 =

, сила тяги должна

2

2

v2 = 54 кмч

а= 15

м

была совершить работу:

c

А = K − K

; A = m (v2

− v2);

А — ?

2

1

2

2

1

НA =

4,0 10

3 кг

225

м2

−100

м2

= 2,5 105 Дж.

2

с2

с2

Ответ: А = 2,5 105

Дж.

77

Правообладатель Народная асвета

Упражнение 11

1.Какой кинетической энергией обладает птица массой m = 80 г, летящая со скоростью v = 18 кмч ?

2.Чему равна кинетическая энергия автомобиля массойаm = 1,0 т, проезжающего каждую минуту путь s = 1,2 км?

3.Во сколько раз отличаются кинетическиетэнергии пулимассойv c е

4. Какую кинетическую энергию приобретают санки, разгоняе-

мые из состояния покоя силой F = 30 Н на пути s = 5,0 м? Нужно ли
для решения знать массу санок? Почему?			в
5. Определите массу пули, обл д ющей кинетической энергией
		с
K = 800 Дж при скорости движения v = 400				м	.
		а		c
6. При разгоне автомобиля массой m = 2,0 т из состояния покоя
до скорости v = 36 км	сила т ги совершила работу А = 120 кДж. Ка-
ч
кую работу совершила за это явремя сила трения?
	а

7.Почему кинетическая э ергия разгоняемого тела не может достичь бесконеч о большого значения?

8.Карт нныйоящик массой m = 0,40 кг, падая с высоты h = 10 м,достиг рсопротивления дн

§ 19. аПотенциальная энергия

НПри р згоне любого тела (шайбы, ракеты, транспортного средства) у него возникает способность совершить механическую работу — у тела появляется кинетическая энергия. Обладают ли такой способностью неподвижные тела?

Проведем два несложных опыта. Поднимем и укрепим на нити над ящиком с песком гирю (рис. 107, а). Между упором и шариком

78

Правообладатель Народная асвета

поместим предварительно сжатую и связан-

ную ниткой пружину (рис. 107, б). Оба тела

(гиря и пружина) неподвижны (v = 0) и не

обладают кинетической энергией. Но и у

а

гири, и у пружины есть возможность совер-

шить работу, для этого достаточно в обоих

случаях пережечь нить! В физике говорят,

что оба тела (поднятая гиря, сжатая пружи-

на) обладают определенной

потенциаль-

т

ной энергией (от лат. potentia — скрытая

способность), т. е. они способны совершить

е

работу. Эту энергию, как и кинетическую,

в

измеряют в тех же единицах, что и работу

(джоулях в СИ).

с

Важно понимать, что

потенци льн я

энергия не появляется сама по себе. В этих

а

опытах гиря была поднята над столом,

пружина была сжата какой-то силой. Зна-

Рис. 107

чит, чтобы изменить расположение вз имо-

я

гири и Земли) или час-

действующих тел (гири и стола, точнее,

тей тела (витков пружи ы),

еобходимоа

совершить работу. Тела,

представленные

на рисунке 108, уже обладают потенциальной энер-

н

д

о

р

а

Н

Рис. 108

79

Правообладатель Народная асвета

	гией. У трамплина она вызвана про-
	гибом (деформацией) доски, у мыше-
	ловки — закручиванием пружины, у
	лука — изменением расположения
					а
	древка и тетивы. Из этих и других
	примеров следует, что потенци льная
	энергия — это энергия, обусловлен-
			е
	ная взаимным расположением взаи-
		в
	модействующих			л или частей тела.
Рис. 109	Обознача тсяпоттнциальнаяэнер-
	с
	гия буквой	П (или Еп).
	а		жатой (закрученной)
Именно благодаря потенциальной энергии

пружины движутся механические игрушки. Потенциальная энергия

поднятой с помощью плотины воды з ст вляет работать гидроэлек-
тростанции (рис. 109).	я

Главные выводы

1. Неподвижные вз имодействующие тела (система тел) могут

обладать способностью соверш ть механическую работу, а значит,
				д
потенциальной энергией. а
			о
2. Значение поте циаль ой энергии зависит от взаимного рас-
положения взаим ействующихн					тел (частей тела).
		р
3. Потенциальная энергия изменяется только при совершении
работы.
	а
Контрольные вопросы
Н
1.	Что х р ктеризует потенциальная энергия?
2.	В каких единицах в СИ измеряется потенциальная энергия? Почему?
3.	Как изменить потенциальную энергию тела (системы тел)?
4.	Какпониматьфразу: «ПотенциальнаяэнергиясжатойпружиныП = 2 Дж»?
5.	Какими видами энергии обладает мяч, который: а) катится по гори-

зонтальной поверхности Земли; б) застрял в ветвях дерева; в) пролетает над волейбольной сеткой?

80

Правообладатель Народная асвета