Ученикам | Образовательная социальная сеть

Опубликовано 01.03.2020 — 21:37 — Тахавиев Ирек Даниярович

Различные материалы для тех, кто хочет знать больше

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Предварительный просмотр:

1. Задание 1 № 106

По графику зависимости модуля скорости тела от времени, представленного на рисунке, определите путь, пройденный телом от момента времени 0 с до момента времени 2 с. (Ответ дайте в метрах.)

·

Поделиться

2. Задание 1 № 107

На рисунке представлен график зависимости модуля скорости автомобиля от времени. Определите по графику путь, пройденный автомобилем в интервале от момента времени 0 с до момента времени 5 с после начала отсчета времени. (Ответ дайте в метрах.)

·

Поделиться

3. Задание 1 № 108

На рисунке представлен график зависимости модуля скорости тела от времени. Какой путь пройден телом за вторую секунду? (Ответ дайте в метрах.)

·

Поделиться

4. Задание 1 № 109

На рисунке представлен график зависимости модуля скорости тела от времени.

Найдите путь, пройденный телом за время от момента времени 0 с до момента времени 5 с. (Ответ дайте в метрах.)

·

Поделиться

5. Задание 1 № 110

На рисунке представлен график зависимости пути от времени. Определите по графику скорость движения велосипедиста в интервале от момента времени 1 с до момента времени 3 с после начала движения. (Ответ дайте в метрах в секунду.)

·

Поделиться

6. Задание 1 № 121

На рисунке представлен график зависимости модуля скорости автомобиля от времени t. Найдите путь, пройденный автомобилем за 5 c. (Ответ дайте в метрах.)

·

Поделиться

7. Задание 1 № 128

Тело движется по оси Ox. На графике показана зависимость проекции скорости тела на ось Ox от времени. Каков путь, пройденный телом к моменту времени t = 4 с? (Ответ дайте в метрах.)

·

Поделиться

8. Задание 1 № 3324

Тело движется по оси Ох. По графику зависимости проекции скорости тела vx от времени t установите, какой путь прошло тело за время от t1 = 0 до t2 = 4 с. (Ответ дайте в метрах.)

·

Поделиться

9. Задание 1 № 3325

Тело движется по оси Ох. По графику зависимости проекции скорости тела vx от времени t установите, какой путь прошло тело за время от t1 = 0 до t2 = 8 с. (Ответ дайте в метрах.)

·

Поделиться

10. Задание 1 № 3454

На рисунке изображены графики зависимости модуля скорости движения четырёх автомобилей от времени. Один из автомобилей за первые 15 с движения проехал наибольший путь. Найдите этот путь. Ответ выразите в метрах.

Предварительный просмотр:

1. Задание 2 № 228

Земля притягивает к себе подброшенный мяч с силой 5 Н. С какой силой этот мяч притягивает к себе Землю? (Ответ дайте в ньютонах.)

2. Задание 2 № 329

На графике показана зависимость силы тяжести от массы тела для некоторой планеты.

Чему равно ускорение свободного падения на этой планете? (Ответ дайте в м/с2.)

3. Задание 2 № 336

Камень массой 100 г брошен вертикально вверх с начальной скоростью  Чему равен модуль силы тяжести, действующей на камень в момент броска? (Ответ дайте в ньютонах.) Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с2.

4. Задание 2 № 4481

Камень массой 0,2 кг брошен под углом 60° к горизонту. Каков модуль силы тяжести, действующей на камень в момент броска? (Ответ дайте в ньютонах.) Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с2.

5. Задание 2 № 4516

Мяч массой 300 г брошен под углом 60° к горизонту с начальной скоростью  м/с. Каков модуль силы тяжести, действующей на мяч в верхней точке траектории? (Ответ дайте в ньютонах.) Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с2.

6. Задание 2 № 4551

Мяч массой 300 г брошен под углом 45° к горизонту с начальной скоростью  м/с. Чему равен модуль силы тяжести, действующей на мяч сразу после броска? (Ответ дайте в ньютонах.)

7. Задание 2 № 4656

Камень массой 0,1 кг брошен под углом 45° к горизонту. Модуль силы тяжести, действующей на камень в момент броска? (Ответ дайте в ньютонах.) Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с2.

8. Задание 2 № 7616

На неподвижном горизонтальном столе лежит однородный куб. Его убирают, и вместо него кладут другой куб, сделанный из материала с вдвое большей плотностью, и с ребром втрое большей длины. Во сколько раз увеличится давление, оказываемое кубом на стол?

9. Задание 2 № 7658

На неподвижном горизонтальном столе лежит однородный куб. Его убирают, и вместо него кладут другой куб, сделанный из материала с втрое меньшей плотностью, и с ребром вдвое меньшей длины. Во сколько раз уменьшится давление, оказываемое кубом на стол?

10. Задание 2 № 8426

Две звезды одинаковой массы m притягиваются друг к другу с силами, равными по модулю F. Во сколько раз больше силы F модуль сил притяжения между другими двумя звёздами, если расстояние между их центрами такое же, как и в первом случае, а массы звёзд равны 2m и 3m?

11. Задание 2 № 8427

Две звезды одинаковой массы m притягиваются друг к другу с силами, равными по модулю F. Во сколько раз больше силы F модуль сил притяжения между другими двумя звёздами, если расстояние между их центрами такое же, как и в первом случае, а массы звёзд равны 2m и 5m?

Предварительный просмотр:

1. 

Брусок массой  движется поступательно по горизонтальной плоскости под действием постоянной силы, направленной под углом  к горизонту. Модуль этой силы Коэффициент трения между бруском и плоскостью  Чему равен модуль силы трения, действующей на брусок? Ответ приведите в ньютонах.

2. 

Массивный брусок движется поступательно по горизонтальной плоскости под действием постоянной силы, направленной под углом  к горизонту. Модуль этой силы Коэффициент трения между бруском и плоскостью  Модуль силы трения, действующей на брусок равен 2,8 Н. Чему равна масса бруска? Ответ приведите в килограммах.

3. 

Брусок массой  движется поступательно по горизонтальной плоскости под действием постоянной силы, направленной под углом  к горизонту. Модуль этой силы Модуль силы трения, действующей на брусок равен 2,8 Н. Чему равен коэффициент трения между бруском и плоскостью? Ответ с точностью до первого знака после запятой.

4. 

Брусок массой  движется поступательно по горизонтальной плоскости под действием постоянной силы F, направленной под углом  к горизонту. Коэффициент трения между бруском и плоскостью  Модуль силы трения, действующей на брусок равен 2,8 Н. Чему равен модуль силы F? Ответ приведите в Н.

5. 

Коэффициент трения резины колес автомобиля об асфальт равен 0,4. При скорости движения  водитель, во избежание аварии, должен придерживаться радиуса поворота, не меньшего, чем? Ответ приведите в метрах.

6. 

Из пружинного пистолета выстрелили вертикально вниз в мишень, находящуюся на расстоянии 2 м от него. Совершив работу 0,12 Дж, пуля застряла в мишени. Какова масса пули, если пружина была сжата перед выстрелом на 2 см, а ее жесткость 100 Н/м?

7. 

Кусок пластилина сталкивается со скользящим навстречу по горизонтальной поверхности стола бруском и прилипает к нему. Скорости пластилина и бруска перед ударом направлены противоположно и равны  и  Масса бруска в 4 раза больше массы пластилина. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом  На какое расстояние переместятся слипшиеся брусок с пластилином к моменту, когда их скорость уменьшится на 30 %?

8.

На последнем автосалоне в Детройте фирма «Мерседес» представила новый родстер с двигателем объёмом 4,7 литра, способный разгоняться от 0 до 100 км/ч за 4,8 секунды. Считая, что процесс разгона происходит по горизонтали и является равноускоренным, определите, под каким углом к горизонту направлена сила, действующая на водителя со стороны сиденья во время такого разгона.  

Предварительный просмотр:

1. В котле паровой машины температура 160 °С, а температура холодильника 10 °С. Какую максимальную работу может теоретически совершить машина, если в топке, коэффициент полезного действия которой 60 %, сожжён уголь массой 200 кг с удельной теплотой сгорания 2,9 • 107 Дж/кг?

2. Паровая машина мощностью N = 14,7 кВт потребляет за 1 ч работы топливо массой m = 8,1 кг, с удельной теплотой сгорания q = 3,3 • 107 Дж/кг. Температура котла 200 °С, холодильника 58 °С. Определите КПД этой машины и сравните его с КПД идеальной тепловой машины.

3. .

Идеальная тепловая машина с КПД η работает по обратному циклу (рис. 13.15). Какое максимальное количество теплоты можно забрать от холодильника, совершив механическую работу А?

4. Какой должна быть температура нагревателя, для того чтобы стало возможным достижение значения КПД тепловой машины 80 %, если температура холодильника 27 °С?

5. В процессе работы тепловой машины за некоторое время рабочим телом было получено от нагревателя количество теплоты Q1 = 1,5 • 106 Дж, передано холодильнику количество теплоты Q2 = -1,2 • 106 Дж. Вычислите КПД машины и сравните его с максимально возможным КПД, если температуры нагревателя и холодильника соответственно равны 250 °С и 30 °С.

6. В паровой турбине для получения пара с температурой 250 °С сжигают дизельное топливо массой 0,35 кг. При этом пар совершает работу 1 кВт • ч. Температура холодильника 30 °С. Вычислите КПД турбины. Удельная теплота сгорания дизельного топлива 42 МДж/кг.

7. В цилиндре находится газ, для нагревания которого сжигают нефть массой 2 кг с удельной теплотой сгорания 4,3 • 107 Дж/кг. Расширяясь, газ совершает работу 10 кВт • ч. На сколько изменилась внутренняя энергия газа? Чему равен КПД установки?

8. Двигатель автомобиля развивает мощность 25 кВт. Определите КПД двигателя, если при скорости 60 км/ч он потребляет 12 л бензина на 100 км пути. Плотность бензина 700 кг/м3. При сгорании 1 кг бензина выделяется количество теплоты, равное 4,5 • 107 Дж.

Предварительный просмотр:

1. Как изменится внутренняя энергия 240г  кислорода О2 при охлаждении его на 100К?

 (Молярная масса кислорода  32*10 -3 кг/моль, R=8,31 Дж/моль*К)

2.  При температуре 280К и давлении 4*10 5Па газ занимает объем 0.1 м3. Какая работа совершена над газом по увеличению его объема, если он нагрет до 420К при постоянном давлении? (Ответ написать в кДж).

3. Определить начальную температуру 0.6 кг олова, если при погружении его в воду массой 3 кг при 300К она нагрелась на 2К. (Своды=4200 Дж/кг*К, С олова=250 Дж/кг*К)

4. Какую силу тяги развивает тепловоз, если он  ведет состав со скорость 27 км/ч и расходует 400 кг дизельного горючего в час при КПД 30% (q=4.2*10 7 Дж/кг)

5. Двухатомному газу сообщено 14кДж теплоты. При этом газ расширялся при постоянном давлении. Определить работу расширения газа и изменение внутренней энергии газа.

6. Как изменится внутренняя энергия 4 молей одноатомного идеального  газа при уменьшении его температуры на 200К? ( R=8,31 Дж/моль*К)

 7. При изобарном нагревании некоторой массы кислорода О 2 на 200К совершена работа 25 кДж по увеличению его объема. Определить массу кислорода.( R=8,31 Дж/моль*К)

8. В машинное масло массой m 1=6 кг при температуре T1=300 К опущена стальная деталь массой m2=0,2 кг при температуре T 2=880 К. Какая температура  установилась после теплообмена? (С1=2100Дж/кг*К, С2=460Дж/кг*К)

9. Двигатель реактивного самолета развивает мощность 4.4 *10 4 кВт при скорости 900 км/ч и потребляет 2.04 *10 3 кг керосина на 100 км пути. Определить коэффициент полезного действия двигателя. (q=4.31*10 7 Дж/кг)

10. При изобарном расширении 20г водорода его объем увеличился в 2раза. Начальная температура газа 300К. Определите работу расширения газа, изменение внутренней энергии и количество теплоты, сообщенной этому газу.

Предварительный просмотр:

1. Какова разность потенциалов между точками поля, если при перемещении заряда 12 мкКл из одной точки в другую электростатическое поле совершает работу 0,36 мДж? (Ответ дать в вольтах.)

2.  Сила тока в проводнике постоянна и равна 0,5 А. Какой заряд пройдёт по проводнику за 20 минут? (Ответ дайте в кулонах. )

3. Идеальный амперметр и три резистора сопротивлением  Ом,  и  включены последовательно в электрическую цепь, содержащую источник с  равной  В, и внутренним сопротивлением  Ом. Каковы показания амперметра? (Ответ дайте в амперах.)

4. Через проводник постоянного сечения течёт постоянный ток силой 1 нА. Сколько электронов в среднем проходит через поперечное сечение этого проводника за 0,72 мкс?

5. Чему равно время прохождения тока силой 5 А по проводнику, если при напряжении на его концах 120 В в проводнике выделяется количество теплоты, равное 540 кДж? (Ответ дайте в секундах)

6. В электронагревателе с неизменным сопротивлением спирали, через который течёт постоянный ток, за время t выделяется количество теплоты Q. Если силу тока и время t увеличить вдвое, то во сколько раз увеличится количество теплоты, выделившееся в нагревателе?

7. На сколько изменится сопротивление участка цепи АВ, изображенного на рисунке, если ключ К разомкнуть? Сопротивление каждого резистора равно 4 Ом. (Ответ дайте в омах. Если сопротивление увеличится, изменение считайте положительным, если уменьшится — отрицательным.)

8. Два точечных заряда — отрицательный, равный по модулю 3 мкКл, и положительный, равный по модулю 4 мкКл, расположены на расстоянии 1 м друг от друга. На расстоянии 1 метр от каждого из этих зарядов помещают положительный заряд Q, модуль которого равен 2 мкКл. Определите модуль силы, действующей на заряд Q со стороны двух других зарядов. Ответ выразите в мН и округлите до целого числа.

9. С какой силой F будут притягиваться два одинаковых свинцовых шарика радиусом r = 1 см, расположенные на расстоянии R = 1 м друг от друга, если у каждого атома первого шарика отнять по одному электрону и все эти электроны перенести на второй шарик? Молярная масса свинца M = 207×10−3 кг/моль, плотность ρ = 11,3 г/см3.

10. Фотон с длиной волны, соответствующей красной границе фотоэффекта, выбивает с поверхности пластинки электрон, который попадает в электрическое поле с напряженностью 125 В/м. Найти расстояние, которое он пролетит прежде, чем разгонится до скорости, равной 1% от скорости света. Ответ выразите в см и округлите до целого числа.

11. Два последовательно соединённых резистора сопротивлениями 4 Ом и 8 Ом подключены к аккумулятору, напряжение на клеммах которого равно 24 В. Какая тепловая мощность выделяется в резисторе большего номинала?

12.
Какая мощность выделяется в резисторе R1, включённом в электрическую цепь, схема которой изображена на рисунке? (Ответ дать в ваттах.) R1 = 3 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 1 Ом, ЭДС источника 5 В, внутреннее сопротивление источника пренебрежимо мало.

Предварительный просмотр:

1. Вычислить дефект массы и энергию связи ядра 816О. Масса атома водорода m(11H) = 1,00783 а.е.м.; масса нейтрона mn = 1,00867 а.е.м.; масса атома кислорода m(816O) = 15,99492 а.е.м.; Z = 8; А = 16.

2. Ядро, состоящее из 92 протонов и 143 нейтронов, выбросило α-частицу. Какое ядро образовалось при α-распаде? Определить дефект массы и энергию связи образовавшегося ядра.

3. В какой элемент превращается 92328U после трех α-распадов и двух β-распадов?

4. Определите период полураспада T1/2 изотопа, график зависимости числа N нераспавшихся ядер которого от времени tизображен на рисунке.

5. Источник радиоактивного излучения содержит mo = 600 мг изотопа бария 56Ba133, период полураспада которого Т1/2= 10,5 года. Через какой промежуток времени Δt масса нераспавшегося изотопа бария составит m = 150 мг.

6. Радиоактивный уран 92U235, испытав семь α-распадов и четыре β-распада, превратился в изотоп …
 1) свинца 82Pb208; 2) полония 84Po210; 3) свинца 82Pb207; 4) висмута 83Bi209.

Практическая работа по теме: «Тепловые двигатели»

Практическая работа

Тема: «Тепловые двигатели»

Задача 1. В котле паровой машины температура 160°С, а температура холодильника 10 °С. Какую максимальную работу может теоретически совершить машина, если в топке, коэффициент полезного действия которой 60 %, сожжён уголь массой 200 кг с удельной теплотой сгорания 2,9 • 10⁷ Дж/кг?

Задача 2.  Паровая машина мощностью N = 14,7 кВт потребляет за 1 ч работы топливо массой m = 8,1 кг, с удельной теплотой сгорания q = 3,3 • 10⁷ Дж/кг. Температура котла 200 °С, холодильника 58 °С. Определите КПД этой машины и сравните его с КПД идеальной тепловой машины.

Задача 3. В двигателе Внутреннего сгорания было израсходовано 0,5 кг горючего, теплота сгорания которого 46·10⁶ Дж/кг при этом двигатель совершил 7·10⁶ Дж/кг полезной работы. Каков его КПД?

Задача 4. В процессе работы тепловой машины за некоторое время рабочим телом было получено от нагревателя количество теплоты Q₁ = 1,5 • 10⁶ Дж, передано холодильнику количество теплоты Q₂ = -1,2 • 10⁶ Дж. Вычислите КПД машины и сравните его с максимально возможным КПД, если температуры нагревателя и холодильника соответственно равны 250°С

и 30 °С.

Задача 5.Рабочее вещество тепловой машины совершает цикл Карно между изотермами T и T₁ (T₁ T) (рис. 2). Холодильником является резервуар, температура которого постоянна и равна T₂ = 200 К (T₂₂), где α = 1кВт/К. Теплообмен рабочего вещества с нагревателем происходит непосредственно при T₁ = 800 К. Полагая, что продолжительность изотермических процессов одинакова, а адиабатических — весьма мала, найдите температуру «холодной» изотермы T, при которой мощность тепловой машины наибольшая. Определите наибольшую мощность тепловой машины.

Задача 6. Идеальная холодильная машина имеет в качестве холодильника резервуар с водой при 0°С, а в качестве нагревателя — резервуар с кипящей водой. Какую работу надо совершить, чтобы превратить в лед 1 кг воды? Какое количество воды в нагревателе превратится при этом в пар? Удельная теплота плавления льда λ = 340 кДж/кг, удельная теплота парообразования воды r = 2260 кДж/кг.

Задача 7. Тепловая машина имеет коэффициент полезного действия (к.п.д.) η = 20 %. Каким станет ее к.п.д., если количество теплоты, потребляемое за цикл, увеличится на 40 %, а количество теплоты, отдаваемое холодильнику, уменьшится на 20 %?

Задача 8. В тепловом двигателе температура холодильника составляет 0⁰ С, а температура нагревателя равна 3073 К. Определите максимальный возможный КПД такого двигателя (в %).

Задача 9. Двигатель внутреннего сгорания совершил работу, равную 55 МДж. При этом было затрачено 4,2 л бензина. Определите плотность бензина (в кг/м3), если КПД двигателя равен 40%.

Задача 10. Двигатель автомобиля развивает мощность 25 кВт. Определите КПД двигателя, если при скорости 60 км/ч он потребляет 12 л бензина на 100 км пути. Плотность бензина 700 кг/м3. При сгорании 1 кг бензина выделяется количество теплоты, равное 4,5 • 107 Дж.

Задача 11. В цилиндре находится газ, для нагревания которого сжигают нефть массой 2 кг с удельной теплотой сгорания 4,3 • 107 Дж/кг. Расширяясь, газ совершает работу 10 кВт • ч. На сколько изменилась внутренняя энергия газа? Чему равен КПД установки?

Задача 12. В паровой турбине для получения пара с температурой 250 °С сжигают дизельное топливо массой 0,35 кг. При этом пар совершает работу 1 кВт • ч. Температура холодильника 30 °С. Вычислите КПД турбины. Удельная теплота сгорания дизельного топлива 42 МДж/кг.

Задача 13. Какой должна быть температура нагревателя, для того чтобы стало возможным достижение значения КПД тепловой машины 80 %, если температура холодильника 27 °С?

Математическая задача: Моторная физика — вопрос № 1038, основы физики

Автомобиль движется со скоростью 98 км/ч по шоссе. Тяговое усилие двигателя 6 кН.

Найти мощность двигателя в кВт.

Правильный ответ:

P =  163,3 кВт

Пошаговое объяснение:

v=98 км/ч=27,22 м/с F=6 кН W=Fs P=W/t=Fs/t= Fv P=6⋅27,22=163,3 кВт

Нашли ошибку или неточность? Не стесняйтесь

пишите нам

. Благодарю вас!

Советы по использованию соответствующих онлайн-калькуляторов

Вы хотите перевести единицы скорости (скорости)?
Вы хотите преобразовать единицы времени, такие как минуты, в секунды?

Вам необходимо знать следующие знания для решения этой задачи по математике:

Единицы физических величин:

• Скорость
• Устройство
• Время
• Энергия
• Power

.

• основы физики

Уровень задачи:

• практика для 12-летних
• практика для 13-летних
• практика для 14-летних
• коэффициент трения при движении автомобиля
  горизонтальной дороге при скорости v = 50 км/ч при мощности двигателя P = 7 кВт? Коэффициент трения равен 0,07
• Увеличен 12441
  Автомобиль, движущийся со скоростью 25км/ч, увеличил скорость до а) 75км/ч б) 100км/ч при выезде с шоссе. Во сколько раз увеличилась его кинетическая энергия?
• Performance 41891
  Двигатель автомобиля развивает мощность 1800 Н. Найдите его производительность, если он движется равномерно по горизонтальной траектории со скоростью 48 км/ч.
• Грузовой автомобиль PRG-BA
  Грузовой автомобиль движется по шоссе из Праги в Братиславу со средней скоростью 72 км/ч. Когда грузовик проезжает 54 километра от Праги, легковой автомобиль выезжает из Праги и едет в Братиславу со скоростью 90 км/ч. Когда и где (по какому шоссе
• Брно-Тахов шоссе
  Расстояние Брно-Тахов 360 км. В 8 часов утра автомобиль едет из Брно по шоссе со средней скоростью 90 км/ч. Через час из Тахова в сторону Брно выезжает автомобиль со средней скоростью 110 км/ч. Вычислите, на каком расстоянии они будут друг от друга в 11:00. Какова его кинетическая энергия?
• Производительность 45861
  Электродвигатель мощностью 25 кВт работает с КПД 80 процентов. Он сделает работу за 6 часов. Какова производительность, а какая часть работы убыточна?
• Тройной) 16723
  Сколько метров проезжает автомобиль по шоссе со скоростью 130 км/ч в секунду (используйте тройной)
• Пассажирский 64534
  Легковой автомобиль проехал участок шоссе с постоянной скоростью. При скорости на 20 км/ч больше поездка заняла бы на 6 минут меньше. При скорости на 20 км/ч меньше это заняло бы на 9 минут больше. Рассчитайте длину участка дороги.
• Средняя скорость
  Автомобиль ехал по одному участку шоссе в течение получаса со скоростью 80 км/ч. Затем он снизил скорость до 60 км/ч. Ехал три четверти часа со скоростью 60 км/ч. Какова была средняя скорость автомобиля?
• Километры 4614
  Автомобиль движется со скоростью 130 км/ч. а/ Сколько часов это поможет машине проехать километры? б) Сколько километров проедет автомобиль за h часов?
• Автомобиль
  Автомобиль движется со скоростью 98 км в час. Какое расстояние он проходит за 1 минуту?
• Двигатель мотоцикла
  Двигатель мотоцикла имеет постоянную мощность 1,2 кВт в течение 0,5 часа. Какую работу совершает двигатель? Экспресс-работа в единицах кВтч и Вт.
• Самолет 2
  Реактивный двигатель самолета имеет тягу 80 кН. Какой импульс возникает за 30 с?
• Скорость автомобиля
  За 2 часа 40 минут автомобиль проезжает 100 км. С какой скоростью движется автомобиль?
• Автомобиль
  Автомобиль весил 1280 кг и увеличил свою скорость с 7,3 м/с до 63 км/ч на трассе 37,2 м. Какую силу должен был приложить двигатель автомобиля?
• Трактор против автомобиля
  За трактором, который ехал со средней скоростью 20 км/ч, автомобиль стартовал через два часа и обогнал его через 1 час. С какой скоростью двигался автомобиль?

7.4 Питание | Университетская физика Том 1

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Соотносить работу, выполненную в течение интервала времени, с подаваемой мощностью
• Найти мощность, затрачиваемую силой, действующей на движущееся тело

Концепция работы включает силу и перемещение; теорема о работе-энергии связывает чистую работу, совершаемую над телом, с разницей его кинетической энергии, вычисленной между двумя точками на его траектории. Ни одна из этих величин или отношений не включает время в явном виде, однако мы знаем, что время, доступное для выполнения определенного объема работы, часто так же важно для нас, как и сам объем. На открывающем главу рисунке несколько спринтеров могли достичь одинаковой скорости на финише и, следовательно, выполнить одинаковый объем работы, но победитель гонки выполнил ее за наименьшее количество времени.

Мы выражаем отношение между выполненной работой и интервалом времени, затрачиваемым на ее выполнение, вводя понятие мощности. Поскольку работа может меняться в зависимости от времени, мы сначала определим среднюю мощность как работу, выполненную за интервал времени, деленную на интервал,

[латекс] {P} _ {\ text {ave}} = \ frac {\ текст {Δ} Вт} {\ текст {Δ} т}. [/latex]

Затем мы можем определить мгновенную мощность (часто называемую просто мощностью ).

Мощность

Мощность определяется как скорость выполнения работы или предел средней мощности для интервалов времени, приближающихся к нулю,

[латекс] P=\frac{dW}{dt}. [/latex]

 

Если мощность постоянна в течение интервала времени, средняя мощность за этот интервал равна мгновенной мощности, а работа, выполненная агентом, поставляющим мощность, равна [latex] W=P\Delta t [ /латекс]. Если мощность в течение интервала меняется со временем, то выполненная работа есть интеграл мощности по времени,

[латекс] W=\int Pdt. [/latex]

Теорема о работе-энергии описывает, как работа может быть преобразована в кинетическую энергию. Поскольку существуют и другие формы энергии, как мы обсудим в следующей главе, мы также можем определить мощность как скорость передачи энергии. Работа и энергия измеряются в джоулях, поэтому мощность измеряется в джоулях в секунду, которой в системе СИ присвоено название ватт, аббревиатура Вт: [латекс] 1\,\текст{Дж/с}=1\, \text{W} [/латекс]. Другой распространенной единицей для выражения мощности повседневных устройств является мощность в лошадиных силах: [латекс] 1\,\текст{л.с.}=746\,\текст{Вт} [/латекс].

Пример

Сила подтягивания

Военнослужащий массой 80 кг делает 10 подтягиваний за 10 с ((Рисунок)). Какую среднюю мощность развивают мышцы тренирующегося при перемещении его тела? ( Подсказка: Сделайте разумные оценки для любых необходимых количеств.)

Рисунок 7.14 Какая мощность затрачивается на выполнение десяти подтягиваний за десять секунд?

Стратегия

Работа, совершаемая против силы тяжести при движении вверх или вниз на расстояние [латекс] \Delta y [/latex], составляет [латекс] мг\текст{Δ}y. [/latex] (Если вы поднимаете и опускаете себя с постоянной скоростью, прилагаемая вами сила компенсирует гравитацию на протяжении всего цикла подтягивания.) Таким образом, работа, совершаемая мышцами тренирующегося (движущими, но не ускоряющими свое тело) за полное повторение (вверх и вниз) составляет [латекс] 2 мг\текст{Δ}y. [/latex] Предположим, что [латекс] \text{Δ}y=2\text{ft}\приблизительно 60\,\text{см}\text{.} [/latex] Также предположим, что длина ветвей составляет 10 % от массы тела и не входят в подвижную массу. При этих предположениях мы можем рассчитать работу, проделанную за 10 подтягиваний, и разделить на 10 с, чтобы получить среднюю мощность. 9{2})(0,6\,\text{m})}{10\,\text{s}}=850\,\text{W}\text{.} [/latex]

 

Значимость

Это типично для расхода энергии при напряженных упражнениях; в бытовых единицах это чуть больше одной лошадиной силы [латекс] (1\,\text{hp}=746\,\text{W}). [/latex]

Проверьте ваше понимание

Оцените мощность, затрачиваемую тяжелоатлетом, поднимающим штангу массой 150 кг на 2 м за 3 с.

Показать решение

Мощность, необходимая для перемещения тела, также может быть выражена через действующие на него силы. Если сила [латекс] \overset{\to }{F} [/latex] действует на тело, которое смещается [латекс] d\overset{\to }{r} [/latex] за время dt , мощность, затрачиваемая силой, равна

[латекс] P=\frac{dW}{dt}=\frac{\overset{\to }{F}·d\overset{\to }{r} }{dt} = \ overset {\ to {F} · (\ frac {d \ overset {\ to {r}} {dt}) = \ overset {\ to {F} · \ overset {\ to }{v}, [/latex]

, где [latex] \overset{\to }{v} [/latex] — скорость тела. Тот факт, что пределы, подразумеваемые производными, существуют для движения реального тела, оправдывает перестановку бесконечно малых величин.

Пример

Automotive Power Движение вверх по склону

Сколько мощности должен затратить автомобильный двигатель, чтобы поднять автомобиль массой 1200 кг на 15% уклон со скоростью 90 км/ч ((Рисунок))? Предположим, что 25% этой мощности рассеивается на преодоление сопротивления воздуха и трения.

Рисунок 7.15 Мы хотим рассчитать мощность, необходимую для движения автомобиля в гору с постоянной скоростью.

Стратегия

При постоянной скорости кинетическая энергия не изменяется, поэтому чистая работа, затраченная на перемещение автомобиля, равна нулю. Следовательно, мощность двигателя, необходимая для движения автомобиля, равна мощности, затрачиваемой на преодоление силы тяжести и сопротивления воздуха. По предположению, 75% мощности передается против силы тяжести, что равно [латекс] m\overset{\to }{g}·\overset{\to }{v}=mgv\,\text{sin}\,\ theta , [/latex] где [latex] \theta [/latex] — угол наклона. Оценка 15% означает [латекс] \text{tan}\,\theta =0,15. [/latex] Это рассуждение позволяет нам определить требуемую мощность. 9{-1}\,0,15), [/латекс]

или

[латекс] P=\frac{(1200\,×\,9,8\,\text{N})(90\,\text{m }\text{/}3,6\,\text{s})\text{sin}(8,53\text{°})}{0,75}=58\,\text{кВт,} [/latex]

или около 78 л.с. (Вы должны указать шаги, используемые для преобразования единиц. )

Значимость

Это разумное количество энергии для двигателя автомобиля малого и среднего размера, чтобы обеспечить [латекс] (1\,\text{hp}= 0,746\,\text{кВт}\text{).} [/latex] Обратите внимание, что это только мощность, затраченная на движение автомобиля. Большая часть мощности двигателя уходит куда-то еще, например, на отработанное тепло. Вот почему автомобилям нужны радиаторы. Любая оставшаяся мощность может быть использована для ускорения или для управления аксессуарами автомобиля.

Резюме

• Мощность — это скорость выполнения работы; то есть производная работы по времени.
• В качестве альтернативы, работа, выполненная за интервал времени, является интегралом мощности, подаваемой за интервал времени.
• Мощность, передаваемая силой, действующей на движущуюся частицу, представляет собой скалярное произведение силы и скорости частицы.

Ключевые уравнения

«>

9{2}}{2м} [/латекс]

Работа, совершаемая силой при бесконечно малом перемещении	[латекс] dW=\overset{\to }{F}·d\overset{\to }{r}=|\overset{\to }{F}||d\overset{\to }{r}| \text{cos}\,\тета [/латекс]
Работа силы, действующей на пути от А до В	[латекс] {W}_{AB}=\underset{\text{path}AB}{\int}\overset{\to }{F}·d\overset{\to }{r} [/latex]
Работа, совершаемая постоянной силой кинетического трения	[латекс] {W}_{\text{fr}}=\text{−}{f}_{k}|{l}_{AB}| [/латекс]
Теорема о работе-энергии	[латекс] {W} _ {\ text {net}} = {K} _ {B} — {K} _ {A} [/латекс]
Мощность как скорость выполнения работы	[латекс] P=\frac{dW}{dt} [/латекс]
Мощность как скалярное произведение силы и скорости	[латекс] P=\overset{\to }{F}·\overset{\to }{v} [/latex]

Концептуальные вопросы

Мощность большинства электроприборов измеряется в ваттах. Зависит ли этот рейтинг от того, как долго прибор включен? (В выключенном состоянии это устройство с нулевой мощностью.) Объясните с точки зрения определения мощности.

Показать решение

Объясните с точки зрения определения мощности, почему потребление энергии иногда указывается в киловатт-часах, а не в джоулях. Какова связь между этими двумя энергетическими единицами?

Искра статического электричества, которую можно получить от дверной ручки в холодный сухой день, может иметь мощность в несколько сотен ватт. Объясните, почему вы не ранены такой искрой.

Показать решение

Зависит ли работа, совершаемая при подъеме предмета, от скорости его подъема? Зависит ли затрачиваемая мощность от того, как быстро он поднимается?

Может ли мощность, затрачиваемая силой, быть отрицательной?

Показать решение

Как 50-ваттная лампочка может потреблять больше энергии, чем 1000-ваттная духовка?

Проблемы

Человек в хорошей физической форме может выдавать 100 Вт полезной мощности в течение нескольких часов подряд, возможно, крутя педали механизма, который приводит в действие электрогенератор. Пренебрегая любыми проблемами эффективности генератора и практическими соображениями, такими как время отдыха: (a) Сколько людей потребуется, чтобы запустить электрическую сушилку для белья мощностью 4,00 кВт? б) Сколько человек потребуется, чтобы заменить крупную электростанцию ​​мощностью 800 МВт?

Показать решение

Какова стоимость эксплуатации электрических часов мощностью 3,00 Вт в течение года, если стоимость электроэнергии составляет 💲0,0900 за [латекс] \text{кВт}·\text{ч} [/латекс]?

Большой бытовой кондиционер может потреблять 15,0 кВт электроэнергии. Какова стоимость эксплуатации этого кондиционера 3,00 часа в день за 30,0 дня, если стоимость электроэнергии составляет 💲0,110 за [латекс] \text{кВт}·\text{ч} [/латекс]?

Показать решение

(a) Какова средняя потребляемая мощность в ваттах прибора, потребляющего 5,00 [латекс] \text{кВт}·\текст{ч} [/латекс] энергии в день? б) Сколько джоулей энергии потребляет этот прибор в год? 9{6}\,\text{J} [/latex] полезной работы за 8 часов? б) За какое время при такой скорости этот человек поднимет 2000 кг кирпичей на высоту 1,50 м? (Работу, проделанную для подъема его тела, можно опустить, поскольку здесь она не считается полезной. )

Показать решение

Драгстер массой 500 кг разгоняется из состояния покоя до конечной скорости 110 м/с на расстоянии 400 м (около четверти мили) и сталкивается со средней силой трения 1200 Н. Какова его средняя выходная мощность в ваттах и ​​лошадиных силах если это займет 7,30 с?

(a) За какое время автомобиль массой 850 кг с полезной выходной мощностью 40,0 л.с. (1 л.с. равен 746 Вт) достигнет скорости 15,0 м/с без учета трения? б) Сколько времени займет это ускорение, если при этом автомобиль поднимется на холм высотой 3,00 м?

Показать решение

(a) Найдите полезную выходную мощность двигателя лифта, который поднимает груз массой 2500 кг на высоту 35,0 м за 12,0 с, если он также увеличивает скорость из состояния покоя до 4,00 м/с. Обратите внимание, что общая масса уравновешенной системы составляет 10 000 кг, так что в высоту поднимается только 2 500 кг, но ускоряются полные 10 000 кг. (b) Сколько это стоит, если электричество стоит 💲0,09{5}\text{-kg} [/latex] самолет с двигателями мощностью 100 МВт, способный развивать скорость 250 м/с и высоту 12,0 км при незначительном сопротивлении воздуха? (b) Если это действительно занимает 900 с, какова мощность? в) Какова средняя сила сопротивления воздуха при этой мощности, если самолету потребуется 1200 с? ( Подсказка: Вы должны найти расстояние, которое самолет проходит за 1200 с при постоянном ускорении.)

Показать решение

Рассчитайте выходную мощность, необходимую для 9{7}\,\text{м/с} [/латекс] на расстоянии 2,5 см. Какая мощность сообщается электрону в момент его смещения на 1,0 см?

Показать решение

Уголь поднимается из шахты на расстояние 50 м по вертикали двигателем, который подает на конвейерную ленту мощность 500 Вт. Сколько угля в минуту можно поднять на поверхность? Не учитывать эффекты трения.

Девушка тянет свою 15-килограммовую повозку по ровному тротуару, прикладывая силу 10 Н в точке [латекс] 37\text{°} [/латекс] к горизонтали. Предположим, что трением можно пренебречь и вагон трогается с места. а) Какую работу совершает девочка на тележке за первые 2,0 с? (b) Какую мгновенную мощность она проявляет при [латексе] t=2,0\,\текст{с} [/латекс]?

Показать решение

Типичный автомобильный двигатель имеет КПД 25%. Предположим, что двигатель автомобиля массой 1000 кг имеет максимальную выходную мощность 140 л.с. На какой максимальный уклон может подняться автомобиль со скоростью 50 км/ч, если тормозящая сила трения на нем равна 300 Н?

При беге трусцой со скоростью 13 км/ч по ровной поверхности человек массой 70 кг потребляет энергию примерно 850 Вт. Используя тот факт, что КПД «человеческого двигателя» составляет примерно 25%, определите скорость, с которой этот человек расходует энергию при беге трусцой по склону [латекс] 5.0\text{°} [/латекс] с той же скоростью. Предположим, что тормозящая сила трения в обоих случаях одинакова.

Показать решение

Дополнительные задачи

Тележку тянут на расстояние D по плоской горизонтальной поверхности под действием постоянной силы F , действующей под углом [латекс] \тета [/латекс] к горизонтальному направлению. Другими силами, воздействующими на объект в это время, являются сила тяжести ([латекс] {F}_{w} [/латекс]), нормальные силы ([латекс] {F}_{N1} [/латекс]) и ([латекс ] {F}_{N2} [/latex]), и трения качения [латекс] {F}_{r1} [/латекс] и [латекс] {F}_{r2} [/латекс], как показано ниже. . Какую работу совершает каждая сила?

Рассмотрим частицу, на которую действует несколько сил, одна из которых, как известно, постоянна во времени: [латекс] {\overset{\to }{F}}_{1}=(3\,\text{ N})\шляпа{i}+(4\,\текст{N})\шляпа{j}. [/latex] В результате частица перемещается по оси x от [latex] x=0 [/latex] до [latex] x=5\,\text{m} [/latex] за некоторое время интервал. Какую работу выполняет [латекс] {\ overset {\ to {F}} _ {1} [/латекс]?

Показать решение

Рассмотрим частицу, на которую действует несколько сил, одна из которых, как известно, постоянна во времени: [латекс] {\overset{\to }{F}}_{1}=(3\,\text{N} )\шляпа{i}+(4\,\текст{N})\шляпа{j}. [/latex] В результате частица движется сначала по x -ось от [латекс] х=0 [/латекс] до [латекс] х=5\,\текст{м} [/латекс] и затем параллельно y -ось от [латекс] y= 0 [/latex] to [latex] y=6\,\text{m}\text{.} [/latex] Какую работу выполняет [латекс] {\overset{\to}}{F}}_{ 1} [/латекс]?

Рассмотрим частицу, на которую действует несколько сил, одна из которых, как известно, постоянна во времени: [латекс] {\overset{\to }{F}}_{1}=(3\,\text{N} )\шляпа{i}+(4\,\текст{N})\шляпа{j}. [/latex] В результате частица движется по прямолинейному пути от декартовой координаты (0 м, 0 м) до (5 м, 6 м). Какую работу выполняет [латекс] {\ overset {\ to {F}} _ {1} [/латекс]?

Показать решение

Рассмотрим частицу, на которую действует сила, зависящая от положения частицы. Эта сила определяется выражением [латекс] {\ overset {\ to} {F}} _ {1} = (2y) \ hat {i} + (3x) \ hat {j}. [/latex] Найдите работу, совершаемую этой силой при перемещении частицы из начала координат в точку на 5 метров вправо по оси x .

Мальчик тянет 5-килограммовую тележку с силой 20 Н под углом [latex] 30\text{°} [/latex] над горизонтом в течение некоторого времени. За это время тележка проходит расстояние 12 м по горизонтальному полу. а) Найдите работу, проделанную мальчиком над тележкой. б) Какую работу совершит мальчик, если он будет тянуть с той же силой горизонтально, а не под углом [латекс] 30\текст{°} [/латекс] над горизонталью на то же расстояние?

Показать решение

Ящик массой 200 кг перенести с площадки 1 этажа в квартиру 3 этажа. Рабочие знают, что они могут либо сначала воспользоваться лифтом, а затем переместить его по третьему этажу в квартиру, либо сначала передвинуть ящик в другое место, отмеченное буквой C ниже, а затем подняться на лифте на третий этаж и сдвинуть его на третий. пол меньшее расстояние. Беда в том, что третий этаж очень неровный по сравнению с первым этажом. Учитывая, что коэффициент кинетического трения между ящиком и поверхностью пола равен 0,100, а между ящиком и поверхностью третьего этажа равен 0,300, найдите работу, которую затрачивают рабочие на каждом пути, показанном на рисунке 9. 0157 А до Е . Предположим, что силы, которую должны приложить рабочие, достаточно, чтобы сдвинуть ящик с постоянной скоростью (нулевое ускорение). Примечание: Работа лифта против силы тяжести не выполняется рабочими.

Хоккейная шайба массой 0,17 кг брошена по шероховатому полу с различной шероховатостью в разных местах, что можно описать зависящим от положения коэффициентом кинетического трения. Для шайбы, движущейся по x -ось, коэффициент кинетического трения является следующей функцией x , где x в м: [латекс] \mu (x)=0,1+0,05x. [/latex] Найдите работу, совершаемую кинетической силой трения хоккейной шайбы при ее перемещении (a) из [латекс] x=0 [/латекс] в [латекс] x=2\,\text{m} [ /latex] и (b) с [латекс] x=2\,\text{m} [/latex] на [латекс] x=4\,\text{m} [/latex].

Показать решение

Горизонтальная сила 20 Н требуется для того, чтобы ящик массой 5,0 кг двигался с постоянной скоростью вверх по наклонной поверхности без трения при изменении высоты по вертикали на 3,0 м. а) Какова работа силы тяжести при этом изменении высоты? б) Какую работу совершает нормальная сила? в) Какую работу совершает горизонтальная сила?

Коробка массой 7,0 кг скользит по горизонтальному полу без трения со скоростью 1,7 м/с и сталкивается с относительно невесомой пружиной, которая сжимается на 23 см, прежде чем коробка останавливается. а) Какой кинетической энергией обладает ящик до столкновения с пружиной? б) Вычислите работу, совершенную пружиной. в) Определите жесткость пружины.

Показать решение

Вы едете на автомобиле по прямой дороге с коэффициентом трения между шинами и дорогой 0,55. Большой кусок обломков падает прямо перед вашим взором, и вы тут же нажимаете на тормоза, оставляя след длиной 30,5 м (100 футов) перед остановкой. Полицейский видит, что ваша машина остановилась на дороге, смотрит на след заноса и выписывает вам штраф за превышение скорости 13,4 м/с (30 миль/ч). Стоит ли оспаривать штраф за превышение скорости в суде?

По неровной поверхности пола толкают ящик. Если к ящику не приложено никакой силы, ящик замедлится и остановится. Если ящик массой 50 кг, движущийся со скоростью 8 м/с, останавливается через 10 с, с какой скоростью сила трения, действующая на ящик, отбирает энергию у ящика?

Показать решение

Предположим, что для поддержания скорости 8 м/с ящика массой 50 кг требуется горизонтальная сила 20 Н. а) Какова мощность этой силы? (b) Обратите внимание, что ускорение ящика равно нулю, несмотря на то, что сила 20 Н действует на ящик горизонтально. Что происходит с энергией, переданной ящику в результате работы этой силы в 20 Н?

Зерно из бункера падает со скоростью 10 кг/с вертикально на конвейерную ленту, которая движется горизонтально с постоянной скоростью 2 м/с. а) Какая сила необходима, чтобы конвейерная лента двигалась с постоянной скоростью? б) Какова минимальная мощность двигателя, приводящего в движение конвейерную ленту?

Показать решение

Велосипедист в гонке должен подняться на [латекс] 5\text{°} [/латекс] холм со скоростью 8 м/с. Если масса велосипеда и байкера вместе составляет 80 кг, какой должна быть мощность байкера, чтобы достичь цели?

Задачи-задачи

Ниже показан ящик массой 40 кг, который с постоянной скоростью толкается на расстояние 8,0 м по наклону [латекс] 30\text{°} [/латекс] под действием горизонтальной силы [латекс] \overset{ \к {F}. [/latex] Коэффициент кинетического трения между обрешеткой и наклоном составляет [латекс] {\mu }_{k}=0,40. [/latex] Рассчитайте работу, совершаемую (а) приложенной силой, (б) силой трения, (в) силой тяжести и (г) результирующей силой.

Показать решение

Поверхность предыдущей задачи изменена так, что коэффициент кинетического трения уменьшен. К ящику приложена такая же горизонтальная сила, и после того, как его толкнули на 8,0 м, его скорость составила 5,0 м/с. Какую работу теперь совершает сила трения? Предположим, что ящик находится в состоянии покоя.

Сила F ( x ) зависит от положения, как показано ниже. Найдите работу, совершаемую этой силой над частицей при ее перемещении из [латекса] x=1.0\,\text{m} [/latex] в [латекс] x=5.0\,\text{m}\text{.} [/латекс]

Показать решение

Найдите работу той же силы на (рис.) между теми же точками [латекс] A=(0,0)\,\text{и}\,B=(2\,\text{m} ,2\,\text{m}) [/latex], по дуге окружности радиусом 2 м с центром в точке (0, 2 м). Оцените интеграл пути с помощью декартовых координат. ( Подсказка: Вам, вероятно, потребуется обратиться к таблице интегралов.)

Ответьте на предыдущую задачу, используя полярные координаты.

Показать решение

Найдите работу той же силы на (рис.) между теми же точками [латекс] A=(0,0)\,\text{и}\,B=(2\,\text{m} ,2\,\text{m}) [/latex], по дуге окружности радиусом 2 м с центром в точке (2 м, 0). Оцените интеграл пути с помощью декартовых координат. ( 9{3\текст{/}2}. [/latex]

Предположим, что сопротивление воздуха, с которым сталкивается автомобиль, не зависит от его скорости. Когда автомобиль движется со скоростью 15 м/с, его двигатель передает на колеса мощность 20 л.с. а) Какая мощность передается на колеса, если автомобиль движется со скоростью 30 м/с? б) Сколько энергии затрачивает автомобиль, чтобы проехать 10 км со скоростью 15 м/с? При 30 м/с? Предположим, что двигатель имеет КПД 25%. в) Ответьте на те же вопросы, если сила сопротивления воздуха пропорциональна скорости автомобиля. (d) Что эти результаты, а также ваш опыт потребления бензина говорят вам о сопротивлении воздуха?

Показать решение

Рассмотрим линейную пружину, как на (Рисунок)(а), с массой M , равномерно распределенной по ее длине. Левый конец пружины неподвижен, а правый конец, в положении равновесия [латекс] х=0, [/латекс] движется со скоростью v в направлении x . Чему равна полная кинетическая энергия пружины? ( Подсказка: Сначала выразите кинетическую энергию бесконечно малого элемента пружины дм через полную массу, равновесную длину, скорость правого конца и положение вдоль пружины; затем проинтегрируйте.