3. Práce a energie

Download Report

Transcript 3. Práce a energie

Jiný pohled - práce a energie HRW kap. 7 a 8

Práce a kinetická energie násobíme a integrujeme Všimneme si: - skalární součin (zopakovat!) - lze provést substituci i Definice : Elementární práce, kterou síla vykoná při posunutí částice o Práce, kterou síla vykoná při pohybu částice z počáteční polohy do koncové polohy po křivce C (jedná se o křivkový integrál druhého typu) C f

Práce a kinetická energie násobíme a integrujeme Levá strana i C f Výsledek: Změna kinetické energie = = práce výslednice sil

Práce a kinetická energie definice kinetické energie definice práce síly (závisí i na trajektorii) i C f charakterizuje pohybový stav částice (počáteční, konečný) Výsledek: charakterizuje vliv okolí při pohybu částice po určité trajektorii Změna kinetické energie = = práce výslednice sil

x

posunutí (3,0,0) m (a) celková práce těchto sil:

x

posunutí (3,0,0) m (b) Pokud působí

pouze

tyto síly (??), pak se změna kinetické energie rovná celkové práci těchto sil, tj. kinetická energie vzroste o 1,50 J.

Poznámka: Nejsou zadány

všechny

Dejme tomu, že působí ještě jedna síla ve svislém směru, výsledek se však nezmění. (Proč?) působící síly (proč?). celková práce těchto sil:

Práce vykonaná více silami práce součtu sil = součet prací těchto sil

Práce konstantní síly zvolme SS tak aby: Výsledek nezávisí na trajektorii Práce konstantní síly nezávisí na trajektorii konst.

Výsledek je skalár – tj. platí v každé SS C

tíhová síla je konstantní, tj.

Práce tíhové síly

y=h

(směřuje vzhůru)

G

Práce tíhové síly nezávisí na trajektorii

Práce tíhové síly a šikmý vrh

y=h

(směřuje vzhůru) povrch Země

T a G

http://www.geschichteinchronologie.ch/atmosphaerenfahrt/08_wossc hod-gemini-sojus-d/10a-gemini-5-astronautenbergung-m helikopter.jpg

(a) (b) (c) (d)

Práce odporové (např. třecí) síly Předpokládáme, že třecí síla má - opačný směr než rychlost - její velikost je konstantní Práce odporové síly je vždy záporná a závisí na trajektorii.

Úloha: Jakou dráhu urazí než se zastaví?

x

(a) Řešení pomocí 2. Newtonova zákona.

čas, kdy se zastaví: hledaná dráha:

Úloha: Jakou dráhu urazí než se zastaví?

(b) Řešení pomocí vztahu mezi prací a kinetickou energií.

práce výslednice sil práce třecí síly (proč se tyto práce zde rovnají?)

Práce proměnné síly zvláštní případ: přímočarý pohyb (např. podél osy

x

)

x x

posunutí síla pružiny má opačný směr než posunutí tuhost pružiny počátek osy

x

je v místě, kde je pružná síla nulová

x

Pružná síla

x

Práce pružné síly Výsledek nezávisí na trajektorii Práce pružné síly nezávisí na trajektorii

Jak rychle koná daná síla práci?

Výkon Platí: Důkaz: Tyto vztahy jsou často vhodné k výpočtu práce (tj. křivkového integrálu druhého typu).

Kinetická energie při vysokých rychlostech kinetická energie elektronu speciální teorie relativity neplatí pro tělesa s rychlostmi blízkými rychlosti světla newtonovská mechanika

definice: Konzervativní a nekonzervativní síly i

W

if1

W

fi2

W

fi1 f

W

fi3

W

if1

+ W

fi2

=

0

W

if1

+ W

fi3

=

0

W

if1

=− W

fi1

W

fi2

= W

fi3 (body i,f zvoleny libovolně) př.: tíhová síla, gravitační síla, pružná síla

Nekonzervativní

síly – jiné než konzervativní (př.: třecí síla, odporová síla...)

Potenciální energie Závisí tedy pouze na počáteční a konečné poloze (konfiguraci) => lze ji vyjádřit pomocí nové funkce tzv. potenciální energie změna potenciální energie této síly práce nějaké konzervativní síly potenciální energie této síly v konfiguracích f, i

F

dr

C f i Fyzikální význam má pouze

změna

potenciální energie. Potenciální energie není jednoznačně určena, lze k ní přičíst libovolnou konstantu, tj. zvolit si referenční konfiguraci, ve které je potenciální energie nulová.

Tíhová potenciální energie

y=h

(směřuje vzhůru)

G

x

Pružná potenciální energie

Mechanická energie změna kinetické energie práce všech působících sil práce konzervativních sil -

vyjádříme pomocí potenciálních energií

součet změn všech potenciálních energií práce nekonzervativních sil mechanická energie Změna mechanické energie = práce nekonzervativních sil

Důsledek: zákon zachování mechanické energie pokud je práce nekonzervativních sil 0 0

Zákon zachování mechanické energie

y

Zákon zachování mechanické energie

x

Příklad využití: výpočet

H

Práce a energie (přehled) Změna kinetické energie = práce výslednice sil Změna mechanické energie = práce nekonzervativních sil Pokud je práce nekonzervativních sil nulová, pak se zachovává mechanická energie

(c) i (d) (1)

(d) Určete obecný vztah pro velikost rychlosti kostek

v

závislosti na uražené dráze

s

v

(a) (b)

určení rychlosti ve výšce

h

je nulová

Křivka potenciální energie Pohyb infinitní finitní kmity