Dinamică - curs de fizică Karaclown - Forță - Muncă - Energie - Putere - Eficiență
Forța, simbolul F, este o cauză capabilă să provoace un efect: deplasarea sau deformarea unui corp. Este reprezentată fie de o valoare: intensitatea acesteia, fie de un vector (vezi cap. Vector). În cazul unei forțe care acționează asupra unui corp pentru a-l accelera, forța este egală cu masa de ori accelerarea experimentată de masă:
Unități:
Pentru F, forța, unitatea: newtonul, N
Pentru m, masa, unitate: kilogramul, kg
Pentru a, accelerația, unitate: [?]
Deci, să găsim unitățile de accelerație din definiția sa: accelerația reprezintă o modificare a vitezei, măsurată în metri pe secundă, într-o anumită perioadă de timp t, măsurată în secunde și este formulată:
Unități oficiale conform sistemului internațional (SI):
Pentru V, viteza, unitate: metri pe secundă, m/s
Pentru t, timp, unitate: al doilea, s
Pentru a găsi unitățile de accelerație, să folosim aceeași formulă de mai sus:
unitate de a = (m/s)/s = m/s s = m/s2
Unitățile de accelerație sunt, prin urmare, metri pe secundă pătrată.
Acest capitol tratează dinamica, adică cantitățile fizice (forță, energie, putere) care creează o mișcare. Pentru a înțelege diferența cu o forță statică, să ne uităm la o vază din perioada Ming:
Caz static, exemplu de vază Ming așezată pe o masă:
Vaza este supusă influenței gravitației sau atracției terestre. Rămâne staționar, deoarece forța de reacție (suport) a mesei compensează exact această forță de greutate. Vaza imobilă => sistem în echilibru (vezi cap. Masează pisica). Aici, g este accelerația terestră care nu produce mișcare pe vază, deși greutatea continuă să acționeze asupra ei, dându-i o greutate.
Caz dinamic, deplasare verticală, exemplu de cădere liberă:
Aici, g determină mișcarea vazei care accelerează atunci când este eliberată în vid. Acest lucru accelerează până când forțele de frecare ale aerului care încetinesc căderea acestuia, compensează forța gravitațională. După aproximativ t = 10 s se atinge viteza maximă: v = aproximativ 150 km/h. Vaza continuă să cadă la o viteză constantă, deși este încă supusă accelerării. Rezultatul, adică suma forțelor este zero. Sistem în echilibru. Accelerarea g nu mai produce o creștere a vitezei, deoarece greutatea este compensată de frecare. Rețineți că, dacă nu ar exista atmosferă pe Pământ, deci nu ar exista o forță de frecare, vaza ar continua să accelereze.
Caz dinamic: deplasare orizontală produsă de o forță motrice:
Când o forță acționează asupra unui corp și îl mișcă, acesta efectuează o lucrare W. Această lucrare este produsul intensității forței în direcția deplasării cu lungimea deplasării. Exemplu de loc de muncă în timpul sărbătorilor.
Ref.
Unități:
Pentru W, lucrarea forței în timpul deplasării, unitate: joule, J
Pentru F, intensitatea forței în direcția de deplasare, unitate: newtonul, N
Pentru d, distanța peste care acționează forța, unitate: metru, m
Munca este proporțională cu forța și deplasarea. În caz de lipsă de călătorie, d = 0 => W = 0, fără muncă în timpul vacanței.
Exemplul 1:
Un bărbat trage un cărucior de 10 m la un unghi a de 20 de grade, cu o forță de 6 N. Se poate măsura că doar o forță de 5,5 N funcționează și mișcă căruța. Este suficient să faceți desenul la scară (a se vedea capitolul Moment de forță, Brainstorm 1):
Exemplul 2:
Cu o forță Ftotale = 10 N, un om trage 10 m, la un unghi beta de 45 de grade, o căruță rulează pe șine. Se poate măsura că doar o forță de 7 N funcționează și mișcă trăsura. Doar faceți desenul la scară:
Exemplul 3:
Un vehicul cu masa m este tras pe o distanță d cu accelerația a .
Această forță de întindere este egală cu masa înmulțită cu accelerația: F = m a
Știind că lucrarea acestei forțe este W = F d atunci W = m a d
Exemplul 4:
Lucrarea unei forțe pe o deplasare verticală. O forță de tracțiune determină creșterea unei mase cu o înălțime h datorită unui scripete:
Pentru a depăși forța greutății care este în valoare de Fp = m · g, apoi Ftraction = m · g
Deplasarea nu mai este pe o distanță orizontală, ci pe o înălțime h, deci activitatea forței de tracțiune este:
În centrul conceptului de muncă se află noțiunea de mișcare împotriva rezistenței. Rezistența poate fi produsă de o forță (gravitație, frecare, ...) sau de inerție. Munca efectuată asupra unui corp face posibilă depășirea acestei rezistențe pentru a-l pune în mișcare, a-l menține în mișcare sau chiar a-i modifica mișcarea. Și în fiecare caz, lucrarea induce o variație a energiei.
1) Lucrarea unei forțe motrice împotriva inerției accelerează un corp. Rezultă o creștere a energiei cinetice a corpului în mișcare (accelerarea unei mașini, tragerea unei sarcini.).
2) Lucrarea unei forțe exercitate împotriva forței gravitaționale permite deplasarea unui corp într-o poziție mai înaltă. Rezultă într-o creștere a energiei gravitaționale potențiale a corpului deplasat. Exemplu: mușchii noștri ne permit să urcăm un munte, să depășim forța gravitației și să ne creștem energia potențială care va fi restabilită la coborâre.