Работа и мощность - ПРИЛОЖЕНИЕ ЗАДАНИЯ НА ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ, СПОСОБЫ ИХ ВЫПОЛНЕНИЯ

Задание 32. Найдите значение механической работы, совершаемой телом, в следующих ситуациях.

1. Буксирный катер тянет баржу с одного причала на другой, расстояние между которыми 1000 м, действуя силой 5000 Н.

2. Хоккеист ударил по шайбе силой и она по инерции прокатилась по льду 20 м. Сила удара по шайбе 100 Н.

3. Автомобиль весом 20 кН после выключения двигателя останавливается под действием силы трения 4 кН, пройдя путь 20 м (земля, дорога).

4. Штангист держит Штангу весом 2 кН на высоте 2,5 м.

5. Подъемное устройство подняло пианино массой 300 кг в окно пятого этажа, расположенное на высоте 16 м над тротуаром.

6. Винни Пух весом 20 Н хочет полакомиться медом, находящимся в дупле на высоте 4 м.

7. Мама везет санки с ребенком из детского сада домой так, как показано на рис. 31, проходя расстояние 500 м.

8. Гиря часового механизма весит 50 Н и в течение суток опускается на 120 см (цепь, на которой висит гиря).

9. Кот Матроскин несет ведро с молоком весом 80 Н из коровника в дом, поднимая ведро при каждом шаге на 2 см.

10. При каждом шаге вы поднимаете свое тело весом ... на высоту.... Данные получите самостоятельно.

Способ выполнения

Решение ситуации № 1

1. Выделите тело, механическую работу которого требуется найти 2. Установите, на какое тело воздействует выделенное тело. Назовите силу воздействия 3. Выделите участок движения, на котором производится воздействие 4. Найдите значение силы воздействия (F) 5. Найдите значение угла между направлением движения и направлением силы и выберите формулу для расчета механической работы 6. Найдите пройденный путь (s) на участке 7. Рассчитайте произведение Fs и сформулируйте ответ 8. Сформулируйте ответ

Требуется найти механическую работу, совершаемую катером при буксировке баржи. Катер действует на баржу с силой тяги Совершается работа по перемещению баржи от одного причала к другому Сила тяги катера F = 5000 Н Сила тяги направлена вдоль траектории, α = 0°; A = Fs Пройденный между причалами путь s = 1000 м A = 5 · 106 Дж = 5 МДж Механическая работа катера (силы тяги) по перемещению баржи между причалами 5 МДж

Задание 33. Вычислите мощность, развиваемую объектом, в представленных ситуациях.

1. Штангист, поднимая штангу, совершает за 2 с работу 5 кДж.|

2. Насос поднимает воду массой 30 кг из подвала на второй этаж за 10 мин.

3. Подъемное устройство за 50 с подняло пианино массой 300 кг в окно пятого этажа, расположенное на высоте 16 м над тротуаром.

4. Кот Матроскин и Шарик буксировали автомобиль дяди Федора до Простоквашино в течение 1 ч, действуя силой 120 Н. Расстояние до Простоквашино 1 км.

5. Подъемный кран массой 5 т поднимает бетонную плиту на высоту 9 м в течение 1 мин.

6. Мальчик массой 40 кг поднялся за 30 с на второй этаж дома, расположенный на высоте 8 м.

7. Человек при ходьбе в течение 2 ч делает 10 000 шагов (за один шаг совершается работа 40 Дж по подъему тела).

8. Карлсон за 10 с поднимает Малыша весом 300 Н на крышу дома высотой 20 м.

9. Пружина игрушечного пистолета, сжатая на 3 см, выталкивает шарик за 1 с, действуя на него со средней силой 10 Н.

10. Автомобиль «Жигули» за 6,25 с проходит путь 100 м, развивая тягу 3 кН.

11. При быстрой ходьбе вы делаете 100 шагов за ... с, совершая работу по подъему своего тела ... Дж. Данные получите самостоятельно.

Способ выполнения	Решение ситуации № 1
1. Выделите тело, которое совершает механическую работу 2. Найдите значение совершенной работы (А) в джоулях 3. Найдите время t, за которое совершается работа, в секундах 4. Найдите отношение A/t (N) 5. Сформулируйте ответ	Штангист совершает работу по подъему штанги А = 5 кДж = 5000 Дж t = 2c N = 5000 Дж/2 с = 2,5 кВт Штангист при подъеме штанги развивает мощность 2,5 кВт

Задание 34. Выделите рычаг и действующие на него силы в следующих ситуациях.

1. Турист снимает котелок с огня, действуя на палку (рис. 32).

2. Слесарь отвинчивает гайку 1 гаечным ключом 2, преодолевая трение гайки о винт 3.

3. В гидравлической тормозной системе автомобиля (рис. 34) усилие от педали 1 при ее повороте вокруг шарнира 2 передается поршню 3 и далее тормозным колодкам.

4. Мальчик несет ведра на коромысле, поддерживая коромысло руками (рис. 35).

5. Садовник удерживает тележку с песком (рис. 36).

6. В рассказе Л. Н.Толстого главный герой вспоминает, что такое грабли, наступив на них.

7. Ножницами разрезают ткань, сдвигая кольца рукой (рис. 37).

8. Человек нажимает на рукоятку 1 насоса вниз, преодолевая сопротивление поршня 2 (рис. 38).

9. Гребец действует на весла, отталкиваясь от воды (рис. 39).

10. Путник несет узелок на палке (рис. 40).

Способ выполнения	Решение ситуации № 1
1. Выделите тело, которое может поворачиваться вокруг какой-либо точки 2. Изобразите это тело в виде отрезка прямой и укажите точку, вокруг которой возможен поворот 3. Выделите тела, под действием которых рассматриваемое тело может поворачиваться вокруг этой точки по и против часовой стрелки 4. Постройте силы, которые описывают эти воздействия	Палка может поворачиваться вокруг опоры Палка может поворачиваться под действием человека (F1) и котелка (Р)

Задание 35. Постройте в представленных случаях плечо каждой из изображенных сил.

1. Крестьянин, убирая камень с поля, приподнял его с помощью палки (рис. 41).

2. Путник несет груз весом Р на палке (рис. 42).

3. Штангист удерживает на груди штангу весом Р, F_т — сила тяжести груза (рис. 43).

4. «Неваляшку» наклонили (рис. 44), F_т — сила тяжести груза внутри «неваляшки».

5. Детские качели отвели в сторону (рис. 45).

6. Ножницами режут лист (рис. 46), F — сила воздействия на кольцо ножниц.

7. Болт откручивают гаечным ключом (рис. 47), F — сила воздействия на рукоятку ключа.

8. Весельная лодка плывет по реке (рис. 48), F — сила воздействия руки на весло.

Способ выполнения	Решение ситуации № 1
1. Выделите тело, которое поворачивается или может поворачиваться под действием указанной силы, и точку О, вокруг которой производится поворот. Изобразите точку О 2. Постройте линию действия силы 3. Опустите перпендикуляр из точки О на линию действия силы 4. Обозначьте построенный отрезок

Задание 36. Рассчитайте момент изображенной силы в следующих ситуациях.

1. Колесо приводится во вращение цепью, надетой на шкив радиусом R = 0,5 м (рис. 49). Цепь тянут с силой F = 2Н.

2. Из глубокого колодца воду достают с помощью специального устройства «Журавль» (рис. 50), представляющего собой длинную палку (АВ) на опоре 1. С одной стороны к палке на цепи крепится ведро, а с другой — противовес 2. При действии на цепь рукой вверх (вниз) палка поворачивается, ведро опускается (поднимается). Расстояние от точки опоры палки до цепи ОА = 2 м, вес противовеса Р = 70 Н.

3. Кусачками перекусывают гвоздь (рис. 51), действуя на рукоятку силой F = 200 Н.

4. Турист действует с силой F = 30 Н на палку с котелком (рис. 52). Длина палки АС = 1,5 м, расстояние от котелка до конца палки АВ = 0,7 м.

5. Спортсмен, удерживает в руке спортивное ядро весом Р = 80 Н (рис. 53). Длина лучевой кости спортсмена L = 32 см.

6. Груз массой m = 120 кг подвешен на кронштейне (рис. 54), состоящем из перекладины АС длиной 0,5 м и укосины ВС = 0,7 м.

7. Уличный фонарь массой 4 кг подвешен на тросе АВ и удерживается тросом ВС длиной 1 м (рис. 55).

8. Рабочий поднимает балку длиной 3 м, прикладывая силу 105 Н (рис. 56).

9. Вы удерживаете ноги под углом 90° (сила тяжести ног).

Способ выполнения	Решение ситуации № 1
1. Выделите тело, поворот которого может вызвать указанная сила, и точку 0, вокруг которой осуществляется этот поворот 2. Найдите модуль силы F(Н) 3. Найдите плечо силы d(м) 4. Рассчитайте произведение Fd	Сила F может вызвать поворот колеса вокруг его цетра 0 F = 2H d = 0,5 м Момент силы составляет М = 1 Нм

Задание 37. Предскажите поведение рычага в следующих ситуациях.

1. Вы набрали воду в ведро вместимостью 8 л и тянете за цепь (рис. 57), действуя с силой 50 Н. Вес противовеса 60 Н. Расстояние от точки опоры до противовеса АС = 2 м, до цепи с ведром АВ = 4 м.

2. Выполняя лабораторную работу, ученик собрал такую установку (рис. 58).

3. Крестьянин нажал на палку с силой 150 Н (рис. 59). Масса камня 30 кг, длина палки 1,5 м, а подпорка подложена на расстоянии 0,5 м от камня.

4. Путник перекинул палку с узелком через плечо (рис. 60). Длина палки 1,5 м. Масса узелка 7 кг. Сила, с которой рука действует на палку, 30 Н.

5. Два брата расположились на качелях (рис. 61).

6. Человек поднял на плечи прямое коромысло (рис. 62) длиной 3 м с ведрами массой 8 и 9 кг, поддерживая коромысло на расстоянии 0,5 м от шеи с силами 24 и 27 Н соответственно.

7. Плотник пытается удержать бревно массой 40 кг и длиной 2 м, действуя на него силой 100 Н (рис. 63).

8. Турист, пытаясь снять котелок с едой массой 6 кг, висящий посредине палки длиной 1,5 м, действует на конец палки с силой 32 Н (рис. 64).

Способ выполнения	Решение ситуации № 1
1. Выделите рычаг 2. Выделите силы, вращающие рычаг по часовой стрелке 3. Найдите момент каждой силы и их сумму М1 4. Выделите силы, вращающие рычаг против часовой стрелки 5. Найдите момент каждой силы и их сумму М2 6. Сравните М1 и М2 7. Сделайте вывод	Рычаг — «журавль» Вес ведра М1 = 320 Нм Вес противовеса и ваша сила, действующая на цепь М2 = (200 + 120) Нм М1 = М2 «Журавль» останется в равновесии, ведро будет равномерно подниматься

Задание 38. Установите, какие из представленных механизмов являются блоками.

1. Для строительных работ используют подъемник (рис. 65). Он состоит из люльки, двух колес, укрепленных в верхней части строения и веревки. На люльке установлено колесо 1. Веревка одним концом закреплена на краю люльки, протянутой через верхние колеса, а другим концом закреплена на колесе 1. Человек, находящийся в люльке, наматывает веревку на колесо 1, при этом люлька поднимается.

2. Электромонтер разматывает бобину с электропроводом (рис. 66).

3. Человек толкает тележку с грузом (см. рис. 36).

4. При вращении двигателем колеса 3 груз 4 поднимается или опускается (рис. 67).

5. Колодец снабжен специальным устройством для подъема воды (рис. 68). При вращении рукоятки 1 цепь 2 наматывается на барабан 3, и ведро поднимается.

6. Рыбак вытягивает рыбку из воды, вращая катушку спиннинга (рис. 69).

7. При опускании груза веревка, намотанная на колесо 1, раскручивает его, и тележка приходит в движение (рис. 70).

8. Для подъема груза из ямы используют следующий механизм с колесами 1 и 2 (рис. 71).

Способ выполнения	Решение ситуации № 1
1. Выделите на рисунке колесо и обойму 2. Выделите веревку, пропущенную по желобу колеса 3. Установите, закреплен ли один из концов веревки на колесе или обойме 4. Сделайте вывод	В подъемнике имеется два колеса вверху и колесо 1 внизу Веревка пропущена по желобам всех колес Концы веревки закреплены на колесе 1 и на люльке. Веревка скользит по верхним колесам и наматывается на колесо 1 при его вращении Блоками являются два верхних колеса

Задание 39. Установите, является ли каждый из указанных блоков подвижным или неподвижным.

1. Устройство для натяжки проводов имеет блоки 1 и 2 (рис. 72).

2. Блоки 1 и 2 устройства для подъема груза из ямы (см. рис. 71).

3. Блоки 1 и 2 автокрана (см. рис. 67).

4. Верхние блоки в подъемника (см. рис. 65).

5. Блоки 1-6 механизма для одновременного подъема грузов (рис. 73).

6. Блоки 1-5 устройства для подъема автопоилки (рис. 74).

7. Блоки 1-5 подъемного механизма башенного крана (рис. 75).

Способ выполнения	Решение ситуации № 1
1. Выделите блок 2. Установите, движется ли его ось при вытягивании веревки 3. Сделайте вывод	Блоки 1 и 2 У блока 1 ось при вытягивании веревки перемещается, а у блока 2 — нет Блок 1 — подвижный, блок 2 — неподвижный

Задание 40. Найдите значение силы F, действующей на веревку или обойму блока, в следующих ситуациях.

Способ выполнения

Решение ситуации № 1

1. Выделите тело, которое поднимают, и определите его вес 2. Выделите блок, к которому оно прикреплено, и установите его вид 3. Вспомните значение выигрыша в силе для блока этого вида и найдите силу, которую нужно приложить к верёвке или обойме 4. Выделите блоки, которые находятся между первым и последним блоками в системе 5. Для каждого блока выполните действие 3 6. Сформулируйте ответ

Система блоков удерживает груз весом Р Груз прикреплен к блоку 2, который является неподвижным Блок не дает выигрыша в силе, значит, для удержания груза нужно действовать на провод силой Р В системе имеется еще блок 1 — подвижный. Он дает выигрыш в силе в 2 раза, значит, на его обойму действует сила F = 3,2 кН Система из двух блоков позволяет натягивать провод с силой 3,2 кН, в 2 раза большей веса груза

Задание 41. Найдите значение одной из величин, входящих в формулу «золотого правила» механики, в следующих ситуациях.

1. С помощью рычага поднимают груз весом Р = 250 Н на расстояние s₁ = 0,2 м (рис. 76). Сила воздействия F = 100 Н.

2. Груз подняли на высоту 3 м, используя систему блоков (рис. 77).

3. Вместо шлюзов на Красноярской ГЭС действует наклонный судоподъемник (рис. 78). Суда через плотину переводятся в камере большой тележки. Высота судоподъемника h = 117 м, длина l = 1220 м, максимальная сила тяжести судов F_т = 40000 кН.

4. Транспортер длиной 8 м подает зерно на высоту 5 м.

5. Груз опускают с помощью гидравлического домкрата (рис. 79) на расстояние s₂ = 1 см, действуя на рукоятку, соединенную с малым поршнем, силой F = 200 Н и опуская ее при этом наs₁ = 10 см.

6. Приподняв груз рычагом, произвели работу 80 Дж. При этом пришлось опустить другой конец рычага на 1 м.

7. Груз весом Р = 400 Н поднимают с помощью подвижного блока (рис. 80), вытягивая веревку на расстояние s₂ = 24 м.

Способ выполнения	Решение ситуации № 1
1. Выделите простой механизм, действующие на него силы и пути, проходимые точками приложения сил 2. Составьте уравнение золотого правила механики 3. Установите величину, значение которой требуется найти 4. Составьте формулу для расчета искомой величины 5. Произведите расчет	Сила Р — путь s1 сила F — путь s2 Ps1 = Fs2 s2 - ?

Задание 42. Составьте формулу КПД следующих механизмов:

1) неподвижного блока;

2) подвижного блока;

3) наклонной плоскости;

4) подъемника мощностью N, поднимающего груз на высоту h за время t.

Способ выполнения	Решение ситуации № 1
1. Изобразите модель механизма 2. Запишите формулу КПД 3. Постройте силу F и изобразите путь s, запишите выражение для полезной работы 4. Постройте силу F1 и путь s1, запишите выражение для затраченной работы 5. Запишите выражение выигрыша в силе механизма 6. Подставьте записанные выражения в определительную формулу КПД

Задание 43. Рассчитайте значение КПД механизмов и приспособлений в следующих ситуациях.

1. Бочку вкатывают по наклонному помосту, прилагая усилие 240 Н. Масса бочки 100 кг, длина помоста 5 м, высота помоста 1 м.

2. Насос, двигатель которого развивает мощность 2,5 кВт, поднимает 8 т нефти на высоту 6 м за 8 мин.

3. Сенопогрузчик поднял сено массой 200 кг на высоту 5 м.

4. Ящик с гвоздями, масса которого 34 кг, поднимают на пятый этаж строящегося дома при помощи подвижного блока, действуя на веревку с силой 360 Н.

5. Накачивая воду насосом, к рукоятке прилагают силу 15 Н и при одном движении перемещают ее на расстояние 40 см. Поршень насоса оказывает сопротивление 50 Н и поднимается на высоту 10 см.

6. Ведро с песком весом 200 Н поднимают при помощи неподвижного блока на высоту 10 м, действуя на веревку силой 250 Н.

7. На тележку с судном в ситуации 3 задания 41 действует сила примерно 10 000 кН.

Способ выполнения	Решение ситуаций № 1
1. Выделите, устройство, с помощью которого совершается работа 2. Подберите формулу КПД 3. Установите значение величин, входящих в формулу 4. Проведите расчет	Работу по подъему бочки совершают с помощью помоста — наклонной плоскости.