14.2.9.1. Работа

Если тело с силой тяжести Fg поднимают на высоту h, то производится механическая рабо­та Ж(рис. 14.85).

Работа = сила веса • высота _______________________ W=FG-h

или:

чтобы поднять тело, то есть чтобы совер­шить эту работу, нужно расходовать силу F вдоль участка пути s (рис. 14.85).

Работа = сила • путь силы W= F ■ s

Чем больше сила и чем больше путь, тем больше механическая работа. Единица изме­рения механической работы — ньютон-метр (Н ■ м) и джоуль (Дж).

Работа в 1 джоуль совершается, если тело весом 1 Н поднимают на высоту 1 м.

1 джоуль = 1 Н • М = 1 Н ■ 1 М.

Пример: механическая работа = сила • путь силы.

W=F-s;

W= 25 Н • 3 м = 75 Н • м = 75 Дж.

Механическая работа и момент, правда, имеют одну и ту же единицу измере­ния Н • м, однако это не одно и то же. Если, например, ременный шкив приво­дится в движение ременной передачей с постоянно одинаковым тяговым усили­ем F, передаваемым ремнем, то крутящий момент М остается постоянным, в то время как работа Же увеличением числа оборотов растет (рис. 14.86).

Пример: крутящий момент М = F — г = 300 Н-0,15м = 45Н-м работа Жпри 1 обороте = F — d ■ р ■ 1 = 300 Н • 0,3 м • 3,14 • 1 = 283 Н • м работа Жпри 5 оборотах = F — d — р — 5 = 300 Н • 0,3 м • 3,14 • 5 = 1413 Н • м работа JVnpn 100 оборотах = F• d-р- 100 = 300 Н • 0,3 м • 3,14 • 100 = 28260 Н • м

14.2.9.2. Энергия

Вода, которая высоко накачана в водохранилище, благодаря своему положению может исполнять механическую работу. Теперь вода имеет энергоресурс, то есть в ней имеется механическая энергия. Вода может отдавать свою энергию в распо­ложенной ниже турбине. При этом энергия положения (потенциальная) преоб­разовывается в кинетическую энергию. Присоединенный к турбине генератор превращает эту кинетическую энергию в электрическую энергию. Если электри­ческий ток проводят через электронагревательный прибор, то электрическая энер­гия превращается в энергию тепла.

Посредством соответствующих устройств и машин один вид энергии можно превращать в другой. Энергию нельзя производить и нельзя уничтожить.

Так как энергия имеет способность выполнять работу или производить опре­деленное количество теплоты, то величины энергия, работа и количество теплоты обозначаются как величины одинакового вида и поэтому измеряются в одинако­вой единице измерения джоуль (Дж). Кратное этой единицы измерения — кило­джоуль (кДж) и мегаджоуль (МДж) (см. 14.2.1). Следующими единицами измере­ния, которые приравнены джоулю, являются ньютон-метр (Н • м) и ватт-секунда (Вт • с). Кратные от них — килоньютон-метр (кН ■ м), киловатт-секунда (кВт • с) и киловатт-час (кВт • ч).

1 джоуль = 1 Н • м = 1 Вт • с 1 ООО джоулей = 1 кДж = 1 кН • м = 1 кВт • с

14.2.10.1. Мощность

Работу, которая совершается за единицу времени в 1 секунду, можно назвать мощ­ностью Р.

Единица измерения как механической, так и электрической мощности — ватт (Вт), кратные — киловатт (кВт) и мегаватт (МВт).

Пример: если поднимать доску весом 150 Н на высоту 2 м за 3 секунды, то прило­женная мощность равна:

Р = 150 Н-2м = шо Н-м = 100 Вт 3 с с

F s

В формуле Р-—— сила стоит около

дроби у, также обозначаемой как скорость v.

Итак, мощность можно вычислить также с помощью силы, с которой тело перемещает­ся, и скорости тела.

По мощности и времени можно вычис­лить совершаемую работу. Эту формулу ис­пользуют обычно для вычисления электри­ческой работы (см. 14.3.4).

Пример: кран поднимает груз весом 30 кН со скоростью 0,5 м/с. Какова величина не­обходимой при этом мощности?

P = /’o-v = 30 000H-0,5y;

Р = 15 ООО = 15 ООО Вт = 15 кВт.

с

14.2.10.2. Коэффициент полезного действия

Машины служат или для использования, или для преобразования энергии. Элек­трическая энергия, например, в моторах преобразовывается в кинетическую энер­гию, энергию трения, тепловую и звуковую энергию. Однако энергия трения, теп­ловая и звуковая энергии являются потерями полезной энергии. Отдаваемую стан­ком за секунду энергию можно обозначить как отдаваемую мощностью /*аЬ; энер­гию, забираемую мотором из электрической сети за секунду, — как подводимую мощностью Рт. Отношение отдаваемой мощности РяЬ к подводимой мощности Ргц называют коэффициентом полезного действия г (говорят «этта»). Разность между подводимой мощностью рт и отдаваемой мощностью РаЬ называют мощ­ностью потерь Pv.

. . „ отдаваемая мощность Ра1

Коэффициент полезного действия = —————————- — ; и = —

подводимая мощность Р

Так как вследствие потери отдаваемая мощность всегда меньше, чем подво­димая, то коэффициент полезного действия всегда меньше 1. Коэффициент по­лезного действия можно также обозначать в процентах (%).

Пример: электрический двигатель отбирает от электрической сети мощ­ность Pzu = 3 кВт. Подключенному круглопильному станку передается мощ­ность РаЬ = 2,52 кВт. Чему равны коэффициент полезного действия двигателя и мощность потерь?

’=т£‘=з§^=°’8“4%;

Р = Р — Р. = 3,0 кВт — 2,52 кВт = 0,48 кВт.

v zu ab? 5 7

14.2.11. Тепло

14.2.11.1. Сущность тепла

Молекулы любого вещества находятся в постоянном движении. Молекулы газа передвигаются беспорядочно, молекулы твердых тел колеблются в своем поло­жении покоя туда и сюда. Молекулы в веществах с высокой температурой дви­жутся быстро, в веществах с низкой температурах — с низкой скоростью и оттал­кивают друг друга. Они отталкивают друг драга тем сильнее, чем теплее является вещество. Итак, тепло — это энергия движения молекул. Таким образом, тела на­греваются из-за того, что их молекулы повышают энергию движения.