Portofoliu la Fizică

Bălășoiu Ovidiu
1/17/2014
Cuprins
1. Lucrul mecanic……………………………………………………………………..2
2. Forța de frecare. Legile frecării la alunecare…………………………3
3. For...
1. Lucrul mecanic
Imaginați-vă o cutie neagră, conținând un motor pe benzină, care este
conceput să se strângă un cablu de...
x. Aruncătorul mingii conferă energie cinetică mingii, deci el execută lucru
mecanic asupra ei. Pentru a executa cel mai i...
viteze diferite unele față de altele şi care se numeşte frecare umeda sau
viscozitate.

Modulul forței de frecare este: Ff...
Unghiul α se numeşte unghi de frecare.

3.Forţa de tensiune
La principiul acțiunii şi reacțiunii am menționat că în cazul ...
m1  m2 a  m2 g  m1g , rezultă

a

m2  m1
g (1)
m2  m1

Pentru a determina tensiunea T se face o secțiune (mentală)...
4.Echilibrul mecanic
Conform principiului fundamental al dinamicii, pentru ca un sistem de
forțe care acționează asupra un...
Alegerea polului de rotație se face convenabil în vederea scrierii comode
a tuturor momentelor. Uneori se pot alege chiar ...
Pentru o circumferință completă arcul de cerc AB este egal cu lungimea
cercului AB=2pR, iar timpul necesar este egal cu o ...
Orientarea vectorului accelerație centripetă este dată de orientarea
forței centripete: spre centrul cercului parcurs de c...
6.Momentul
O forță ce acționează asupra unui corp poate avea următoarele efecte:
- efect static (de deformare)
- efect din...
Teorema lui Varignon
Suma vectorială a momentelor forțelor concurente față de un punct este egală
cu momentul rezultantei ...
deci:
Teorema variaţiei momentului cinetic: momentul forței față de un
punct este egal cu variația momentului cinetic pe u...
Graficul distanţă-timp
Deoarece viteza este constantă, panta graficului distanţă-timp este
egală cu viteza. În simularea d...
Orice corp îşi menține starea de repaus sau de mişcare rectilinie
uniformă atât timp cât asupra sa nu acționează alte forț...
Lăsăm să cadă o bilă de la o anumită distanță. Cu ajutorul graficului vitezătimp, calculăm g = delta(viteza) / delta(timp)...
Deci, pentru a construi vehicule care să se deplaseze cu viteze mari,
trebuie ca puterea motorului să fie mare.

10.Energi...
Se constată că lucrul mecanic efectuat de o forță, pe direcția de mişcare,
este egal cu diferența dintre valoarea finală ş...
Considerând sistemul corp-Pământ, forțele sunt conservative şi lucrul
mecanic pus în joc pentru schimbarea poziției corpul...
După deformarea resortului cu x1 în el va lua naştere o forță elastică,
care este o forță conservativă. Lăsând resortul li...
Conservarea energiei mecanice
Considerând sistemul Pământ-corp în care corpul este la înălțimea h
lăsat liber, corpul cade...
unde Lc reprezintă lucrul primit de către mecanism (consumat), Lu este lucrul
mecanic util efectuat de către mecanism iar ...
Bibliografie
http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3:Mecanica:Energia
http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3:Mecanica
http://msabau.xho...
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Portofoliu la fizică

6,250

Published on

0 Comments
2 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
6,250
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
90
Comments
0
Likes
2
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Portofoliu la fizică

  1. 1. Portofoliu la Fizică Bălășoiu Ovidiu 1/17/2014
  2. 2. Cuprins 1. Lucrul mecanic……………………………………………………………………..2 2. Forța de frecare. Legile frecării la alunecare…………………………3 3. Forța de tensiune………………………………………………………………….5 Tensiunea în cazul unui scripete fix…………………………………………………….5 Tensiunea în cazul scripeților mobili…………………………………………………..6 4. Echilibrul mecanic…………………………………………………………………6 5. Mișcarea circulară…………………………………………………………………8 Elementele mișcării…………………………………………………………………………….8 6. Momentul…………………………………………………………………………….9 Momentul forței……………………………………………………………………………….11 Teorema lui Varignon……………………………………………………………………….12 Momentul cinetic……………………………………………………………………………..12 Teorema variației momentului cinetic………………………………………………12 Legea conservării momentului cinetic……………………………………………….12 7. Mișcarea rectilinie uniformă……………………………………………….13 8. Forța…………………………………………………………………………………..15 Legile lui Newton………………………………………………………………………………15 Prima lege a lui Newton – Principiul I al mecanicii…………………………….16 A doua lege a lui Newton – Principiul al II-lea al mecanicii………………..16 A treia lege a lui Newton – Principiul al III-lea al mecanicii………………..16 Principiul suprapunerii forțelor…………………………………………………………16 Forțe care acționează asupra unui vehicul………………………………………..16 Calculul accelerației gravitaționale……………………………………………………16 Frecarea.…………………………………………………………………………………………..16 Forța elastică…………………………………………………………………………………….16 9. Puterea……………………………………………………………………………….17 10. Energia…………………………………………………………………………………17 Energia cinetică…………………………………………………………………………………17 Energia potențială…………………………………………………………………………….18 Energia potențială gravitațională………………………………………………………19 Energia potențială elastică………………………………………………………………..19 Conservarea energiei mecanice………………………………………………………..21 Randamentul mecanic………………………………………………………………………21 Mecanismul………………………………………………………………………………………21 Randamentul planului înclinat………………………………………………………….22 11. Bibliografie…………………………………………………………………………..24
  3. 3. 1. Lucrul mecanic Imaginați-vă o cutie neagră, conținând un motor pe benzină, care este conceput să se strângă un cablu de oțel de lungime d, exercitând o anumită forță F. Dacă folosim această cutie pentru a ridica o greutate, în momentul în care va fi rulat tot cablu, greutatea va fi ridicată la o înălțime d. Forța F abia este, la limită, suficient de puternică pentru a ridica o greutate m dacă F=mg; dacă face aceasta, atunci forța de ridicare a cablului anulează exact forța gravitației, deci greutatea se va ridica la viteză constantă, fără să-și schimbe energia cinetică. w. Cutia neagră execută lucru mecanic prin rularea cablului Doar energia gravitațională este transferată greutății ridicate, iar valoarea energiei gravitaționale este mgd, care este egală cu Fd. Din perspectiva conservării energiei, aceasta trebuie să fie, de asemenea, măsura energiei pierdute din energia chimică a benzinei, în interiorul cutiei. Dar dacă am folosi cutia neagră pentru a trage un plug? Creșterea energiei exterioare este de un tip diferit de cel precedent: în special căldura creată de frecarea dintre sol și plug. Cutia comunică cu exteriorul doar prin intermediul orificiului, prin care iese cablul. Măsura energiei chimice pierdute de către benzină poate prin urmare să depindă numai de F și d, deci din nou cantitatea de energie transferată trebuie să fie egală cu Fd. Același raționament poate fi aplicat și în alte situații, fără a conta pentru ce este folosit cablul. Trebuie să existe întotdeauna un transfer de energie, de la cutie spre exterior, care este egal cu Fd. În general, când energia este transferată, ne referim la măsura energiei transferate ca la lucru mecanic, L. Dacă, așa cum este cazul în exemplul cutiei negre, mișcarea obiectului asupra căruia este aplicată forța este în aceeași direcție cu forța, atunci L=Fd.
  4. 4. x. Aruncătorul mingii conferă energie cinetică mingii, deci el execută lucru mecanic asupra ei. Pentru a executa cel mai intens lucru mecanic posibil, el aplică cea mai mare forță posibilă, pe cea mai mare distanta posibilă. Dacă mișcarea este în direcția opusă forței, atunci L=-Fd; lucrul mecanic negativ trebuie să fie interpretat ca energia pierdută de obiectul asupra căruia a fost exercitată forța. De exemplu, dacă Superman se așază în fața unui tren de marfă în mișcare și îl oprește, el pierde energie. Într-o mașină normală, cu motor pe benzină, apăsând pe frâne se consumă energia cinetică a mașini (se aplică un lucru mecanic negativ asupra ei) și se transformă în căldură, la nivelul saboților de frână. Într-o mașină electrică sau într-una hibrid energia cinetică a mașinii este transformată din nou în energie cinetică, ca să fie utilizată din nou. 2.Forța de frecare. Legile frecării la alunecare O forță care se exercită asupra unui corp rezultând din contact direct cu un alt corp este numită forţă de contact. La contactul a două corpuri apar întotdeauna două forțe: reacţiunea normală, notată FN sau N, şi forţa de frecare, Ff.Ori de câte ori un corp alunecă pe suprafața altuia apare o forţă de frecare tangentă la suprafața de contact şi opusă sensului de mişcare. Forța de frecare la alunecare este proporțională cu apăsarea normală pe suprafața de contact, mai precis, cu rezultanta tuturor forţelor care acţionează pe direcţia normală la direcţia deplasării (FN). Această forță de frecare se mai numeşte şl uscată spre deosebire de frecarea ce apare între două straturi de fluid (aer sau lichid), ce se mişcă cu
  5. 5. viteze diferite unele față de altele şi care se numeşte frecare umeda sau viscozitate. Modulul forței de frecare este: Ff  FN . Legile frecării: 1. Forța de frecare la alunecare nu depinde de mărimea suprafețelor aflate în contact, ci numai de natura suprafețelor aflate în contact (prin coeficientul de frecare μ). 2. Forța de frecare la alunecare este proporțională cu rezultanta forțelor ce acționează pe direcție normală la direcția deplasării. Pe plan înclinat, greutatea corpului (forța ce acționează asupra lui) se descompune în două componente, după două direcții convenabil alese: Dacă mişcarea este uniformă, înseamnă că G sin   F f F f  G cos . Rezultă G sin   G cos , deci   G sin   tg . G cos
  6. 6. Unghiul α se numeşte unghi de frecare. 3.Forţa de tensiune La principiul acțiunii şi reacțiunii am menționat că în cazul corpurilor legate prin fire şi tije apare o forță de tensiune. De obicei nu luăm în considerare masele firelor sau tijelor şi le considerăm inextensibile. în acest fel, chiar dacă li se imprimă o accelerație, forța aplicată la unul dintre capete se transmite integral la celălalt capăt. In cazul figurii , accelerația este imprimată cablului de masă m de forța rezultantă F2 – F1: ma = F2 – F1 Neglijând, însă, masa, m = 0: F2 – F1 = 0 sau F2 = F1 Această forță se numeşte tensiune şi se notează cu T. Tensiunea se transmite în firele inextensibile. Tensiunea în cazul unui scripete fix Fie un scripete fix . Problema care se pune este de a găsi accelerația şi tensiunea în fir pentru acest caz. Subliniem că în cazul scripeților ficşi corpurile se mişcă cu aceeaşi acceleraţie a. Aplicând principiul al II-lea al dinamicii, sistemul format din corpurile de mase m1 şi m2se mişcă cu accelerația a, în sensul arătat, sub acțiunea rezultantei forțelor:
  7. 7. m1  m2 a  m2 g  m1g , rezultă a m2  m1 g (1) m2  m1 Pentru a determina tensiunea T se face o secțiune (mentală) în fir şi se aplică principiul al II-lea: m1a  T  m1 g , m2a  m2 g  T (2) Înlocuind cu expresia accelerației (1) în oricare din relațiile (2), obținem pentru tensiune expresia: T  2m1m2 m1  m2 Tensiunea în cazul scripeţilor mobili Cel mai simplu sistem de scripeți mobili este redat în figură. In toate cazurile de sisteme de scripeți mobili, corpurile se mişcă cu acceleraţii diferite. Prin urmare, „tăieturile mentale" se practică de la început. Aplicând principiul fundamental al dinamicii, pentru fiecare corp în parte, se scrie: m1a1  m g  T , m2 a2  2T  m2 g (3) Se constată experimental că dacă corpul de masă m1 parcurge, într-un timp t, distanța s, corpul de masă m2parcurge, în acelaşi timp, jumătate din distanță. Deci, relațiilor (3) li se mai adaugă o relație între accelerațiile celor două corpuri: a1=2a2.(4) Exprimând a, şi a2din relațiile (3) şi înlocuind în relația (4), expresia pentru tensiunea din fir devine: T  3m1m2 m2  4m1
  8. 8. 4.Echilibrul mecanic Conform principiului fundamental al dinamicii, pentru ca un sistem de forțe care acționează asupra unui corp, să nu-i schimbe starea de mişcare rectilinie sau de repaus, este necesar ca rezultanta acestor forțe să fie nulă. Această concluzie este valabilă numai la mişcarea de translație a corpurilor, nu şi referitor la mişcarea de rotație a acestora. Rezultă că echilibrul corpurilor trebuie studiat atât în raport cu mişcarea de translație cât şi cu mişcarea de rotație. Corpurile rigide sunt în echilibru în raport cu mişcarea de translație dacă sunt în repaus sau dacă se deplasează rectiliniu şi uniform față de sistemele de referință inerțiale. Un corp solid rigid va fi în echilibru de translație dacă rezultanta forțelor ce acționează asupra lui este nulă: Prin mişcarea de rotație a corpului rigid se înțelege mişcarea în care toate punctele sale descriu cercuri cu centrele pe o dreaptă numită axă de rotație. După cum se ştie, efectul de rotație al unei forțe, se defineşte momentul forței: M=Frsina Condiția pentru ca un corp rigid să fie în echilibru față de mişcarea de rotație este ca momentul rezultant al forțelor față de un punct, numit pol, sau față de o axă să fie nul:
  9. 9. Alegerea polului de rotație se face convenabil în vederea scrierii comode a tuturor momentelor. Uneori se pot alege chiar mai mulți poli de rotație stabilind echilibrul pentru fiecare pol. Stabilirea condițiilor de echilibru se face analizând posibilitățile de mişcare ale corpului: dacă este translație, rotație sau ambele mişcări. 5.Mişcarea circulară Dacă un corp este supus unei forțe F, constantă, cu orientarea perpendiculară pe vectorul viteză v, atunci traiectoria pe care se mişcă el este o circumferință iar el parcurge arce de cerc egale în intervale de timp egale. Astfel de mişcare se numeşte mişcare circulară uniformă. Elementele mişcării: 1) Perioada T este timpul în care mobilul parcurge o circumferință completă. Mişcarea circulară este o mişcare periodică, deci se repetă după un interval de timp, bine precizat: T=t/n <T>SI=s 2) Frecvenţa n (turaţia) reprezintă numărul de circumferințe, complete, parcurse în unitatea de timp: n=n/t <n>SI=s-1 (Hz) Între frecvență şi perioadă este uşor de observat că există relația: n=1/T 3) Viteza periferică v este viteza cu care un mobil se deplasează pe circumferință. Deoarece orientarea ei este tangentă la circumferință, ea se mai numeşte şi viteză tangențială. v=AB/t
  10. 10. Pentru o circumferință completă arcul de cerc AB este egal cu lungimea cercului AB=2pR, iar timpul necesar este egal cu o perioadă t=T, astfel formula vitezei devine: v = 2pR/T sau v = 2pRn 4) Viteza unghiulară w arată cât de repede sunt descrise unghiurile la centru de către raza vectoare. Viteza unghiulară este reprezentată printr-un vector perpendicular pe planul circumferinței. Valoarea vitezei unghiulare este : w=a/t <w>SI=rad/s Se pot deduce uşor şi alte formule de calcul pentru viteza unghiulară: w=2p/T sau w=2pn Sensul vectorului viteză unghiulară v se poate deduce cu ajutorul regulii burghiului sau a mâinii drepte, orientarea fiind perpendiculară pe cerc. Între viteza unghiulară şi viteza periferică se poate deduce relația: v=wR 5) Acceleraţia centripetă ac este rezultatul acțiunii forței centrale Fc şi se calculează pe baza formulei de definiție a accelerației : a=Dv/Dt. Astfel, expresia de calcul a accelerației centripete este: a = v2/R = 4p2n2R
  11. 11. Orientarea vectorului accelerație centripetă este dată de orientarea forței centripete: spre centrul cercului parcurs de corp. 6) Forţa centripetă Fc este forța necesară pentru a menține un corp întro mişcare circulară. Această forță este centrală şi modifică mereu direcția vectorului viteză, determinând apariția accelerației centripete. Fc=mw2R Forța centripetă este o forță centrală de legătură a corpului, ea poate fi o forță elastică, gravitațională, electrică etc. 7) Forţa centrifugă Fcf Pe un disc ce se poate roti în jurul unui ax, este aşezat un corp, legat de ax prin intermediul unui dinamometru. În timpul rotirii discului, observatorul de pe disc pune în evidență, cu ajutorul dinamometrului, o forță F. Apare o nedumerire din partea observatorului: deşi asupra corpului acționează o forță totuşi corpul nu se mişcă pe disc. Pentru a rezolva dilema, observatorul ataşează corpului o forță Fcf , complementară forței F, pe care o numeşte forță centrifugă. Forța centrifugă (de inerție) Fcf echilibrează forța F în interiorul sistemului de referință (disc) încât, corpul este în echilibru şi repaus față de acesta. Ce se va întâmpla decă se va rupe legătura corpului cu axul? Față de observator, corpul se va îndepărta, deoarece el nu mai este în echilibru, singura forță care rămâne, în acel moment, este forța centrifugă de inerție şi are ca efect îndepărtarea corpului față de axul de rotație.
  12. 12. 6.Momentul O forță ce acționează asupra unui corp poate avea următoarele efecte: - efect static (de deformare) - efect dinamic (de translație şi de rotație) Momentul forţei Pentru a caracteriza efectul de rotație al unei forțe a fost necesar să se definească mărimea fizică vectorială numită momentul forței. Momentul forței se poate exprima prin produsul vectorial dintre vectorul de poziție !r al punctului de aplicație al forței !F ce acționează asupra corpului, față de centrul de rotație şi forță: - modulul este dat de relația:M=Frsina - direcția vectorului !M este perpendiculară pe planul vectorilor !F şi !r - sensul vectorului este dat de regula burghiului - unitatea de măsură în SI este <M>SI=Nm Produsul rsina=b se numeşte braţul forţei, fiind perpendiculara dusă din centrul de rotație pe suportul forței, încât: M=Fb Dacă asupra punctului material acționează mai multe forțe, fiecare forță dă un moment față de acelaşi centru de rotație:
  13. 13. Teorema lui Varignon Suma vectorială a momentelor forțelor concurente față de un punct este egală cu momentul rezultantei acestor forțe în raport cu acelaşi punct. Momentul cinetic Efectul de rotație asupra unui corp poate fi dat şi de către impulsul mecanic. Dacă cu o suflantă se trimite un jet de aer asupra paletelor unei turbine se obține un efect de rotație. Se defineşte astfel, momentul cinetic ca fiind mărimea vectorială ce caracterizează efectul de rotație al impulsului: - modulul vectorului moment cinetic este: L=mvrsina - direcția este perpendiculară pe planul vectorilor !r şi !p - sensul este dat de regula burghiului rotit în sensul mişcării. În cazul în care impulsul !p este perpendicular pe !r , momentul cinetic este: L=mvr Ţinând cont de expresia momentului forței: M=rF, de legea a doua a dinamicii: se poate scrie: sau:
  14. 14. deci: Teorema variaţiei momentului cinetic: momentul forței față de un punct este egal cu variația momentului cinetic pe unitatea de timp, față de acel punct. Legea conservării momentului cinetic: pentru un sistem izolat momentul cinetic se conservă. Dacă M=0 Þ DL=0 Þ Lf=Li Þ mvr=ct. 7.Mişcarea rectilinie şi uniformă Accelerația este zero, viteza este constantă Conform principiului I al dinamicii, un corp se va mişca rectiliniu şi uniform, dacă asupra lui nu acționează forțe sau dacă acestea sunt în echilibru: În acest caz viteza medie coincide cu viteza momentană. Considerând un mobil ce execută o mişcare rectilinie uniformă şi ataşând un sistem de referință cu o singură axă Ox. Coordonatele mobilului la diverse momente, se pot calcula cu ajutorul ecuației coordonatei pentru mişcarea uniformă: x=x0 + v(t-t0) - ecuația coordonatei sau Ecuația coordonatei (spațiului) este o ecuație liniară ce poate fi redată de unul din graficele următoare:
  15. 15. Graficul distanţă-timp Deoarece viteza este constantă, panta graficului distanţă-timp este egală cu viteza. În simularea de mai jos, se poate observa că, la v=0,5ms-1, panta este 0,5; iar la v=1ms-1, panta este 1. vizualizare... Graficul viteză-timp al mişcării rectilinii uniforme: aria subgraficului reprezintă distanța parcursă: distanța = viteza * timp vizualizare... 8.Forţa Un newton este forța necesară pentru a imprima unui corp cu masa de 1kg o accelerație de 1ms-2 Legile lui Newton sunt trei legi ale fizicii care dau o relație directă între forțele care acționează asupra unui corp şi mişcarea acelui corp. Ele au fost enunțate de Sir Isaac Newton în lucrarea sa Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687). Aceste legi formează baza mecanicii clasice şi Newton însuşi le-a folosit pentru a explica multe rezultate privind mişcarea obiectelor fizice. În al treilea volum al textului, a arătat că aceste legi ale mişcării, combinate cu legea atracției universale, explică legile lui Kepler privind mişcarea planetelor. Prima lege a lui Newton - Principiul I al mecanicii
  16. 16. Orice corp îşi menține starea de repaus sau de mişcare rectilinie uniformă atât timp cât asupra sa nu acționează alte forțe sau suma forțelor care acționează asupra sa este nulă. Dacă aupra unui corp nu acționează nicio forță rezultantă, atunci corpul: - dacă este în repaus, rămâne în repaus - dacă este în mişcare, îşi continuă mişcarea cu o viteză constantă, pe o traiectorie dreaptă. A doua lege a lui Newton - Principiul al II-lea al mecanicii Newton introduce noțiunea de cantitate de mişcare, ceea ce astăzi se numeşte impuls. Aceasta este o mărime vectorială egală cu produsul dintre masă şi viteză. p=mv Principiul al doilea al mecanicii introduce noțiunea de forță ca fiind derivata impulsului în raport cu timpul. F=dp/dt sau folosind definiția impulsului F=d(mv)/dt. În mecanica newtoniană se consideră că masa este constantă (independentă de viteză) cât timp se păstrează integritatea corpului, deci F=mdv/dt. Adică F=ma. Cu cât un obiect este mai greu, cu atât este necesară o forță mai mare pentru a-i imprima aceeaşi accelerație: F = ma A treia lege a lui Newton - Principiul al III-lea al mecanicii Când un corp acționează asupra altui corp cu o forță (numită forță de acțiune), cel de-al doilea corp acționează şi el asupra primului cu o forță (numită forță de reacțiune) de aceeaşi mărime şi de aceeaşi direcție, dar de sens contrar. Acest principiu este cunoscut şi sub numele de Principiul acțiunii şi reacțiunii. Principiul suprapunerii forţelor Dacă mai multe forțe acționează în acelaşi timp asupra unui corp, fiecare forță produce propria sa accelerație în mod independent de prezența celorlalte forțe, accelerația rezultantă fiind suma vectorială a accelerațiilor individuale. Forţe care acţionează asupra unui vehicul Asupra unui vehicul staţionar (viteza este zero) acționează, doar pe verticală, forța de greutate şi forța normală. Asupra unui vehicul aflat în mişcare cu viteză constantă, pe verticală acționează forța de greutate şi forța normală, iar pe orizontală forța de tracţiune şi forța de frecare. Calculul acceleraţiei gravitaţionale g
  17. 17. Lăsăm să cadă o bilă de la o anumită distanță. Cu ajutorul graficului vitezătimp, calculăm g = delta(viteza) / delta(timp) Frecarea Pe măsură ce forţa de tracţiune creşte, creşte şi forţa de frecare statică. O dată ce blocul începe să se deplaseze, frecarea statică se transformă în frecare dinamică. Ff=µN Forţa elastică Fe = k•Δx Forța elastică este direct proporțională cu alungirea/comprimarea resortului. 9.Puterea Este evident că efectuarea unui lucru mecanic de către o forță se poate face mai repede sau mai încet. Pentru a arăta viteza cu care se efectuează un lucru mecanic a fost definită puterea mecanică prin următoarea expresie de calcul: P = L / t, unde t reprezintă durata în care se efectuează lucrul mecanic. Unitatea de măsură este J/s, adică W. Deseori, diferite mijloace de transport se deplasează cu viteză constantă. Rezultă că forța de tracțiune a motorului este egală şi de sens opus cu forțele de rezistență întâmpinate din partea mediului cu care vin în contact. Lucrul mecanic efectuat de forța aplicată este: L = Fd iar puterea mecanică pusă în joc are următoarea expresie: P = Fd/t = Fvm Astfel, se poate stabili o proporționalitate între viteza medie şi puterea motorului: vm = P/F
  18. 18. Deci, pentru a construi vehicule care să se deplaseze cu viteze mari, trebuie ca puterea motorului să fie mare. 10.Energia Mărimea fizică, numită energie, caracterizează posibilitatea unui sistem de corpuri de a efectua lucru mecanic, datorită unor factori mecanici ca: viteză, deformare, poziție în câmp de forțe etc. Energia determină relația dintre corpuri, de aceea valoarea ei este relativă. Cuvânul energie provine din limba greacă, care este format din două cuvinte (în şi acțiune) , ceea ce ar însemna că energia reprezintă capacitatea de acțiune sau puterea de a face ceva. Un corp sau un sistem de corpuri, posedă energie dacă poate să efectueze un lucru mecanic. De exemplu, un corp legat de un resort tensionat, un corp ridicat la o înălțime deasupra Pământului, un corp aflat în mişcare. Energia este o mărime de stare a corpului sau a sistemului, în timp ce lucrul mecanic este o mărime de proces. Un lucru mecanic motor sau rezistent impune modificarea energiei, ducând la creşterea sau scăderea ei. Energia cinetică Considerăm corpul cu masa m care la momentul inițial t0=0 are viteza v1. Din acest moment, asupra lui, o forță F efectuează un lucru mecanic pe o distanță d, după care viteza lui devine v2. L = Fd = mad Potrivit ecuației lui Galilei se poate scrie: Astfel, lucrul mecanic se poate exprima prin următoarea ecuație:
  19. 19. Se constată că lucrul mecanic efectuat de o forță, pe direcția de mişcare, este egal cu diferența dintre valoarea finală şi valoarea inițială a unei mărimi fizice care caracterizează starea de mişcare a acelui corp față de sistemul de referință luat în considerație. Se defineşte, astfel mărimea numită energie cinetică Ec care caracterizează starea de mişcare a corpului la un moment dat: Expresia lucrului devine: L=DEc care exprimă teorema de variaţie a energiei cinetice: variația energiei cinetice a unui punct material, aflat în mişcare față de un sistem de referință inerțial, este egală cu lucrul mecanic al forțelor exterioare ce acționează asupra acestuia. Energia potenţială Abordarea unor fenomene din dinamică poate fi făcută în moduri diferite: a) considerând corpul studiat ca o entitate ce este sub influența unor acțiuni exterioare, măsurate prin forțe, de unde rezultă lucrul mecanic şi care implică variația energiei cinetice DEc a acelui corp; b) considerând corpul studiat ca făcând parte dintr-un sistem de corpuri legate între ele prin interacțiuni ce determină energii interne ale sistemului numite energii potențiale. Aceste energii pot să efectueze lucru mecanic individual prin modificarea pozițiilor acelor corpuri ce alcătuesc sistemul, dar nu modifică starea întregului sistem. Fiecărei configurații a sistemului îi corespunde o energie potențială, iar schimbarea configurației sistemului determină variația energiei potențiale. Energia potenţială gravitaţională După cum am arătat, lucrul mecanic al forțelor conservative nu depinde de forma drumului între starea inițială şi cea finală. Astfel, valoarea lucrului mecanic al forțelor conservative este dată de diferența dintre o mărime finală şi una inițială ce caracterizează stările sistemului.
  20. 20. Considerând sistemul corp-Pământ, forțele sunt conservative şi lucrul mecanic pus în joc pentru schimbarea poziției corpului între punctele A şi B este L=mg(h1-h2) sau L = - (mgh2- mgh1). Din această formulă se observă că lucrul mecanic este egal cu diferența dintre două mărimi: mgh2 şi mgh1 ce caracterizează starea finală şi starea inițială a sistemului corp-Pământ prin poziția lor relativă, deci: L=-DEp Se vede că lucrul mecanic defineşte precis variația energiei potențiale nu şi valoarea absolută a acesteia. Din acest motiv în majoritatea cazurilor se ia drept poziție de zero pentru energia potențială, suprafața Pământului şi astfel se defineşte energia potențială gravitațională, cu expresia: Ep = mgh Energia potențială gravitațională este dependentă de poziția corpPământ prin înălțimea h. Astfel, se cunoaşte că o sonetă este mai eficientă dacă greutatea este ridicată la o înălțime mare; apa acumulată în lacul unei hidrocentrale are energie potențială mare deoarece lacul de acumulare este situat la o altitudine mai mare decât cea a centralei electrice. Energia potenţială elastică Considerăm un resort elastic, fixat la un capăt de un suport rigid, iar la celălalt capăt are un corp mobil.
  21. 21. După deformarea resortului cu x1 în el va lua naştere o forță elastică, care este o forță conservativă. Lăsând resortul liber, el va deplasa corpul, efectuând un lucru mecanic, dar în acelaşi timp va trece în altă stare, cu tensiunea corespunzătoare deformării x2. Se spune că resortul tensionat are energie potențială deoarece poate efectua asupra corpului un lucru mecanic ce are expresia: Întrucât L=-DEe se defineşte mărimea fizică numită energie potențială elastică: Energia elastică este energie de poziție deoarece conține mărimea x sub denumirea de deformare, ce înglobează pozițiile relative ale elementelor resortului (spirele). Se spune că un resort are energie dacă este tensionat (alungit sau comprimat). Un pistol jucărie, cu arc, are înmagazinată energie în el dacă resortul acestuia a fost comprimat. Apăsând pe trăgaci, resortul se destinde şi produce lucru mecanic aruncând săgeata sau bila.
  22. 22. Conservarea energiei mecanice Considerând sistemul Pământ-corp în care corpul este la înălțimea h lăsat liber, corpul cade datorită lucrului mecanic al forței gravitaționale. a) Lucrul greutății L determină variația energiei cinetice a corpului L=DEc b) În timpul căderii are loc variația energiei potențiale L=-DEp Fiind vorba de acelaşi lucru mecanic, exprimat în două moduri se poate scrie: Acestă relație sugerează ideea că energia mecanică a unui sistem izolat, în care acționează numai forțe conservative, este constantă, deci se conservă: Condiția necesară pentru ca energia mecanică să se conserve este ca sistemul să nu fie supus unor forțe neconservative: frecare, motoare electrice, motoare termice acțiuni umane sau animale, sistemul de corpuri luat în considerare să fie izolat de alte sisteme. Randamentul mecanic Mecanismul este un sistem fizic prin care se transferă energie mecanică. Pentru orice mecanism se pune întrebarea dacă transferul de energie se face integral sau doar parțial, cât din lucrul mecanic de la intrare se regăseşte în lucrul mecanic de ieşire? Cât de eficient este mecanismul? În timpul transferului de energie, sistemul fizic suferă deplasări şi deformări mecanice, în cursul cărora o parte din energia mecanică transmisă se pierde pentru învingerea frecărilor şi a altor forțe interne. Se poate scrie: Lc= Lu+ Lf
  23. 23. unde Lc reprezintă lucrul primit de către mecanism (consumat), Lu este lucrul mecanic util efectuat de către mecanism iar Lfînglobează lucrul mecanic pierdut în timpul fenomenului prin diverse forțe disipative. Prin definiție, randamentul mecanismului h este raportul dintre lucrul mecanic util Lu şi lucrul mecanic consumat Lc de către sistem: Ţinând cont de formula lucrului mecanic total (consumat) se poate scrie: Faptul că randamentul are valoare subunitară arată că nu toată energia primită de mecanism poate fi transferată sistemului mecanic. Randamentul planului înclinat În cazul planului înclinat, lucrul mecanic util este cel efectuat pentru a ridica un corp la înălțimea h: Lu= mgh = mglsina. În prezența frecărilor, lucrul mecanic consumat pentru a ridica corpul la această înălțime, pe planul înclinat este Lc= mgl(sina+µcosa) iar randamentul planului este: sau Randamentul poate fi maxim ( h=1 ) numai dacă mişcarea se face fără frecare ( µ=0).
  24. 24. Bibliografie http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3:Mecanica:Energia http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3:Mecanica http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3:Mecanica:Echilibrul_mecanic http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3:Mecanica:Puterea http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3:Mecanica:For%FEa http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3:Mecanica:MRU http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3:Mecanica:Momentul http://www.scientia.ro/fizica/130-fizica-conceptuala/5840-lucrulmecanic.html http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3:Mecanica:Mi%BAcarea_circular%E 3 http://msabau.xhost.ro/?Fizic%E3:Mecanica:Energia

×