Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

James Prescott Joule (1818 - 1889) FYZIKA 1.  Energie je tzv. stavová veličina – charakterizuje stav, ve kterém se těleso nachází (další jsou např. objem,

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "James Prescott Joule (1818 - 1889) FYZIKA 1.  Energie je tzv. stavová veličina – charakterizuje stav, ve kterém se těleso nachází (další jsou např. objem,"— Transkript prezentace:

1 James Prescott Joule ( ) FYZIKA 1

2  Energie je tzv. stavová veličina – charakterizuje stav, ve kterém se těleso nachází (další jsou např. objem, teplota, …). Stav tělesa se mění, tím se mění i hodnoty stavových veličin.  KINETICKÁ ENERGIE je ta část celkové energie tělesa, která souvisí s jeho pohybovým stavem. BFY1 m – hmotnost tělesa v – rychlost jeho pohybu  E k je vždy nezáporná, pro tělesa v klidu je rovna 0  Velikost E k závisí na volbě vztažné soustavy (relativnost klidu a pohybu), v jedné soustavě může být 0, v jiné nikoli.  Uvažujeme pouze posuvný (translační pohyb) nikoliv rotaci a předpokládáme, že se těleso nedeformuje. Joule

3  Práce ve fyzikálním smyslu popisuje děj (nikoliv stav), při kterém došlo ke změně energie tělesa.  Jestliže se změnila kinetická energie tělesa, musela se změnit jeho rychlost (hmotnost předpokládáme konstantní). Při změně rychlosti muselo být nenulové zrychlení, tedy podle 2.NZ působila síla.  Práce jako veličina W popisuje změnu energie při působení síly, která mění pohybový stav tělesa.  Jestliže se rychlost zvětšuje a E k roste, tak říkáme, že síla práci koná, v opačném případě, kdy rychlost a E k klesají, říkáme, že působící síla práci spotřebovává. BFY1

4  Jestliže na těleso působí stálá síla, určíme práci: F – působící síla s – dráha uražená při působení F α – úhel mezi směrem síly a směrem pohybu  Výraz F.cosα je velikost složky síly F ve směru pohybu.  Práce síly působící proti směru pohybu – odporová síla. α = 180 o → cosα = –1 W = F o.s.cosα = – F o.s < 0 Práce se podle očekávání spotřebovává. BFY1

5  Obsah plochy pod grafem závislosti síly na dráze F(s) je číselně roven vykonané práci. Pokud neumíme integrovat, „rozporcujeme“ plochu pod grafem F(x) na malé obdélníčky s délkou strany Δx, které sečteme. Čím je Δx menší, tím je určení práce přesnější. Pokud umíme integrovat, počítáme: BFY1

6  Pružná síla je přímo úměrná protažení (Hookův zákon)  Platí: x – protažení pružiny k – tuhost pružiny [k] = N.m -1 0 F = kx x F Určíme W p z grafu závislosti F na x, což je podle Hookova zákona přímá úměrnost. Pozn.: úvahu provedeme nad osou x, tedy F = kx a k výsledku připíšeme mínus „–“ Podobný vzorec platí pro práci každé síly, která je přímo úměrná uražené dráze. BFY1

7  Vyjdeme ze vzorce pro práci stálé síly a budeme se ptát, kdy se práce nekoná, tj. kdy vyjde 0.  F = 0 … situace, kdy nepůsobí síla, podle 1.NZ těleso nemění pohybový stav, tedy E k = const. a práce se nekoná  s = 0 … síla sice působí, ale částicí nepohybuje, tudíž nemění její pohybový stav. Nastává např. tehdy, když síla nepřekoná statickou třecí sílu.  cosα = 0 … platí pro α = 90 o, síla je kolmá ke směru pohybu, např. tlaková síla, dostředivá síla při pohybu po kružnici …  Závěr: Ke konání práce je potřeba, aby působila síla, která není kolmá ke směru pohybu, a aby tato síla měnila pohybový stav tělesa, na které působí. BFY1

8  Průměrný výkon P je definován jako práce vykonaná za jednotku času, tedy jako podíl celkové práce a času, který byl potřeba k jejímu vykonání.  Pokud budeme zkracovat interval Δt, dostaneme se limitně k okamžitému výkonu.  Často potřebujeme určit výkon bez toho, že bychom znali velikost vykonané práce, můžeme využít známých vztahů:  Vztah využíváme tam, kde je zřejmé, že práce je vykonávána stejnoměrně, především při určování výkonu motoru, který uvádí těleso do rovnoměrného pohybu. [P] = W …Watt BFY1

9 Motorové sáně o maximálním výkonu 4,8 kW táhnou po vodorovné krajině náklad o hmotnosti 800 kg (počítáno i se saněmi). Součinitel smykového tření je 0,05. a) Jak velké je zrychlení saní v okamžiku, kdy jedou rychlostí 2 m.s –1 ? b) Jaké nejvyšší rychlosti mohou při daném výkonu dosáhnout? P = 4,8 kW = W, m = 800 kg, f = 0,05, v = 2 m·s –1, g = 9,8 m·s –2 ; a = ?, v max = ? a) Na sáně působí při pohybu tažná síla motoru F = P/v. Proti této síle působí třecí síla o velikosti F t = fmg. Výslednice F v je jejich rozdíl. Podle 2.NZ píšeme pro zrychlení: b) Z výsledného vztahu plyne, že se zrychlení s rostoucí rychlostí zmenšuje. Při rychlosti v max klesne hodnota zrychlení na nulu a = 0. Dosadíme-li tuto podmínku do výsledného vztahu, dostaneme:

10  Při činnosti strojů se přeměňuje jedna forma energie na jinou, nebo se přenáší z jednoho tělesa na jiné.  Část energie se vždy přemění na nevyužitelnou energii (nejvíce na vnitřní energii, např. při tření).  Příkon P 0 je energie dodaná za jednotku času. Dodáme-li stroji s příkonem P 0 za čas t energii E, vykoná za stejný čas práci W s výkonem P.  Účinnost η (éta) je poměr výkonu a příkonu. [η] = 1  Účinnost je vždy menší než jedna, my budeme ztráty zanedbávat a budeme považovat účinnost za 100%. BFY1

11  souvisí s vnitřním uspořádáním – konfigurací soustavy částic a s jejich vzájemným silovým působením uvnitř soustavy (působí tzv. vnitřní síly)  Potenciální energie tíhová (gravitační) E p – souvisí s konfigurací těles, která na sebe působí tíhovými nebo gravitačními silami. (viz dále)  Potenciální energie pružnosti E p (nebo E pp ) – souvisí se stavem napjatosti (protažení nebo stlačení) pružných těles.  je rovna práci pružných sil, kterou vykonají při protažení (nebo stlačení) pružného tělesa z rovnovážné polohy.  pro rovnovážnou polohu definujeme E p = 0 BFY1

12  souvisí s uspořádáním soustavy částice+Země  Její velikost je záporně vzatá práce tíhové síly vykonané při změně konfigurace tj. při přemístění částice Pozn.: Přestože mluvíme o potenciální energii částice, týká se energie konfigurace soustavy částice+Země. Problémům se vyhneme zavedením NULOVÉ HLADINY potenciální energie, kterou většinou volíme na povrchu. Směrem dolů: Tíhová síla práci koná. Směrem nahoru: Tíhová síla práci nekoná, ale spotřebovává, práci konají síly, které těleso zvedají proti směru tíhové síly. BFY1

13  Shrnutí z předchozích úvah: 1) Soustava se skládá ze dvou nebo více objektů 2) Částice a zbytek soustavy na sebe navzájem působí interakčními silami 3) Při změně konfigurace konají interakční síly práci W 1 a mění se kinetická energie soustavy E k. 4) Změní-li se směr změn konfigurace soustavy, konají interakční síly práci W 2 (laicky – místo toho, aby těleso padalo, zvedáme ho nahoru)  Interakční síly, pro které toto platí, označujeme jako konzervativní.  Příkladem jsou tíhová síla a pružné síly.  Pokud za všech okolností platí: W 1 = –W 2, můžeme pomocí práce definovat potenciální energii. BFY1

14  Pro nekonzervativní síly rovnost pro práci neplatí.  Typickým příkladem jsou třecí síly.  Těleso se pohybuje původní rychlostí v 1, proti směru pohybu působí dynamická třecí síla F D, která koná zápornou práci. Sníží se rychlost v tělesa, tedy i jeho kinetická energie E k. Práce třecích sil W 1 se spotřebuje na zvýšení vnitřní energie – zahřátí tělesa a podložky.  Opačný proces by znamenal, že bychom ochlazením tělesa a podložky uvedli těleso do pohybu, což bohužel nejde.  Třecí síly jsou nekonzervativní, jejich práci nemůžeme vyjádřit jako změnu nějaké potenciální energie. BFY1

15  Práce vykonaná konzervativní silou působící na částici, která se pohybuje po uzavřené trajektorii, je nulová.  Např.: Planety při pohybu okolo Slunce  Práce vykonaná konzervativní silou působící na částici při jejím pohybu mezi dvěma body je nezávislá na trajektorii částice.  Např.: Při pádu v tíhovém nezávisí na tom, zda těleso padá volným pádem, vodorovným vrhem nebo sjíždí po skluzavce bez tření. BFY1

16  Mechanická energie částice E je součet její kinetické a potenciální energie.  Při pohybu tělesa působením tíhové síly:  Roste jeho rychlost v – RZrP podle 2.NZ, tím roste jeho kinetická energie E k  Klesá jeho výška h, tím klesá jeho potenciální energie E p  Různé typy energie se mění v sebe navzájem, ale jejich součet se nemění.  Celková mechanická energie zůstává konstantní, pokud nepůsobí nějaké nekonzervativní síly, např. tření.  V praxi vždy nějaké nekonzervativní síly působí, energie se tím ztrácí. BFY1

17 Fyzikální zákony musí mít stejný tvar ve všech inerciálních vztažných soustavách. m, F, a, t – při měření v různých soustavách získáme stejné hodnoty, jejich velikost nezávisí na volbě vztažné soustavy v, E k, W – jejich velikost závisí na volbě vztažné soustavy V každé izolované soustavě těles platí, že: 1)celková mechanická energie soustavy je konstantní 2)celková hybnost soustavy je konstantní BFY1

18 Děkuji za pozornost BFY1


Stáhnout ppt "James Prescott Joule (1818 - 1889) FYZIKA 1.  Energie je tzv. stavová veličina – charakterizuje stav, ve kterém se těleso nachází (další jsou např. objem,"

Podobné prezentace


Reklamy Google