Подъемный кран равномерно поднимает груз массой 100 кг на высоту 20 м: Подъемный кран равномерно поднимает груз массой 100 кг на высоту 20 м. Какую по модулю работу

контрольная работа «Работа. Мощность. Энергия» 7 класс

Автор: edu1

Методическая копилка — Физика

Контрольная работа создана на основе контрольных тестов по физике А.Е. Марона

Вариант 1

I	Камень массой 400 г находится на высоте 5 м от поверхности земли. Какой потенциальной энергией при этом он обладает? Какова мощность двигателя подъемника, если из шахты глубиной 400 м он поднимает руду массой 3 т за 1 мин, какую работу он при этом совершает? Плечи рычага, находящегося в равновесии, равны 40 см и 30 см. К меньшему плечу приложена сила 120 Н. Какая сила приложена к большему плечу?
II	Сколько потребуется времени, чтобы спортсмену массой 70 кг, развивающему мощность 0,7 кВт, подняться по канату длиной 6 м? Какую работу совершает кран при равномерном подъеме стальнойбалки объемом 0,4 м³ на высоту 5 м? Плотность стали равна 7900 кг/м³. К концам невесомого рычага подвешены грузы массами 4 кг и 24 кг. Расстояние от точки опоры до меньшего груза равно 6 см. Определите длину рычага, если рычаг находится в равновесии.
III	Копер за время, равное 1 мин, поднимает свайный молот 15 раз на высоту 0,5 м. Вычислите мощность, развиваемую при выполнении этой работы, если масса молота равна 900 кг. Определите высоту, на которую был поднят груз массой 4 кг с помощью подвижного блока, если при поднятии была совершена работа 20 Дж. При помощи подвижного блока груз массой 20 кг был поднят на высоту 5 м. Определите КПД механизма, если к концу троса было приложено усилие 200 Н.

Вариант 2

I	При помощи кусачек перекусывают гвоздь. Рука сжимает кусачки с силой 200 Н. Расстояние от оси вращения кусачек до гвоздя равно 2 см, а до точки приложения силы руки – 16 см. Определите силу, действующую на гвоздь. При кратковременных усилиях человек массой 75 кг может без труда за 6 с взбежать по лестнице на высоту 12 м. Определите мощность и работу, развиваемую человеком. Мяч массой 20 г брошен вертикально вверх. Определите потенциальную энергию мяча на высоте 4 м.
II	Атомный ледокол, развивая мощность 32,4 МВт, прошел во льдах путь 20 км за 5 ч. Определите среднюю силу сопротивления движению ледокола. Какую работу совершит насос за время, равное 1 ч, если за 1 с он поднимает на высоту 4 м воду объемом 5 л? На концы рычага действуют силы 4 Н и 20 Н. Длина рычага равна 60 см. На каком расстоянии от места приложения большей силы располагается точка опоры, если рычаг находится в равновесии?
III	Какой объем воды может откачать за 1 ч насос мощностью 50 кВт из шахты глубиной 150 м? При равномерном перемещении груза массой 30 кг вверх по наклонной плоскости динамометр, прикрепленный к грузу, показывает силу, равную 40 Н. Вычислите КПД наклонной плоскости, если длина ее равна 1,8 м, а высота – 15 см. Какова масса ящика с гвоздями, который поднимают на пятый этаж строящегося дома при помощи подвижного блока, действуя на трос силой 400 Н? КПД установки равен 75%.

Вариант 3

I	Плечи рычага, находящегося в равновесии, равны 10 см и 60 см. Большая сила, действующая на рычаг, равна 12 Н. Определите меньшую силу. Человек поднимает за 15 с из колодца глубиной 10 м ведро воды массой 12 кг. Какую работу и мощность он при этом развивает? Тело массой 8 кг равномерно поднимают на высоту 120 см. Определите его потенциальную энергию на этой высоте.
II	Определите работу, совершаемую шагающим экскаватором, если за один прием он поднимает грунт объемом 14 м³ на высоту 20 м. Плотность грунта равна 1500 кг/м³. Насос поднимает воду объемом 9 м³ на высоту 2,5 м за 5 с. Определите его мощность. Длина рычага равна 10 м. На концы рычага действуют силы 1 Н и 9 Н. На каком расстоянии от места приложения меньшей силы располагается точка опоры, если рычаг находится в равновесии?
III	При равномерном подъеме гранитной плиты на высоту 12 м была совершена работа 624 кДж. Определите объем плиты. Плотность гранита равна 2600 кг/м³. Определите КПД рычага, с помощью которого груз массой 80 кг был поднят равномерно на высоту 90 си. При этом длинное плечо рычага, к которому была приложена сила 500 Н, опустилось на расстояние 1,8 м. При помощи рычага, КПД которого 75%, равномерно поднимают груз массой 150 кг на высоту 50 см. Определите, на какое расстояние опустилось длинное плечо рычага, если к нему была приложена сила 500 Н.

Вариант 4

I	Определите работу, совершаемую двигателем и мощность двигателя насоса, если за время 10 мин насоса поднимает воду массой 100 кг на высоту 1,2 м. При равновесии рычага на его меньшее плечо действует сила 100 Н, а на большее – сила 10 Н. Длина большего плеча равно 1 м. Определите длину меньшего плеча. Определите, на какой высоте альпинист обладает потенциальной энергией равной 160000 Дж, если его масса вместе со снаряжением равна 80 кг.
II	Какова масса воды, откачивающий из шахты глубиной 10 м за 20 мин, если мощность насоса равна 1 кВт? На концах рычага действуют силы 20 Н и 120 Н. Расстояние от точки опоры до точки приложения большей силы равно 1 см. Определите длину рычага, если он находится в равновесии. Кран равномерно поднимает гранитную плиту объемом 1,5 м³ на высоту 4 м. Какую работу он при этом совершает? Плотность гранита равна 2600 кг/м³.
III	Какую работу необходимо совершить при равномерном подъеме бетонной плиты объемом 5 м³ на высоту 4 м при помощи простого механизма, КПД которого равен 50%? Плотность бетона равна 2200 кг/м³. При помощи подвижного блока, КПД которого равен 91 %, равномерно поднимает груз, действуя на веревку с силой 220 Н. Определите массу груза. Высота наклонной плоскости равна 1,2 м, а длина – 10,8 м. Для равномерного подъема по этой наклонной плоскости груза массой 180 кг потребовалась сила 250 Н. Определите КПД наклонной полскости.

Решение текстовых задач по физике № 23-25 при подготовке к ОГЭ

Тема: Решение текстовых задач по физике № 23-25 при подготовке к ОГЭ

Цель:

научить распознавать типы текстовых задач;

систематизировать и обобщить теоретические знания по данной теме.

Задачи:

разобрать различные способы решения задач;

формирование навыков применения физических формул к заданиям разных типов и уровней сложности, решение задач повышенного уровня сложности;

вырабатывать самостоятельную и эффективную подготовку к экзамену;

умения и навыки обнаружения ряда закономерностей как качественных, так и количественных (выражаемых формулами).

Задания 23. Расчетная задача

1. Какое количество теплоты выделится при конденсации 2 кг пара, взятого при температуре кипения, и последующего охлаждения воды до 40 °С при нормальном атмосферном давлении?

2. Литровую кастрюлю, полностью заполненную водой, из комнаты вынесли на мороз. Зависимость температуры воды от времени представлена на рисунке. Какое количество теплоты выделилось при кристаллизации и охлаждении льда?

Примечание. Удельную теплоту плавления льда считать равной

На рисунке представлен график зависимости температуры t от времени τ для куска льда массой 480 г, помещённого при температуре −20 °С в калориметр. В тот же калориметр помещён нагреватель. Найдите, какую мощность развивал нагреватель при плавлении льда, считая эту мощность в течение всего процесса постоянной. Теплоёмкостью калориметра и нагревателя можно пренебречь. (Удельная теплота плавления льда — 330 кДж/кг.)

4. В стакан массой 100 г, долго стоявший на столе в комнате, налили 200 г воды при комнатной температуре +20 °С и опустили в неё кипятильник мощностью 300 Вт. Через 4 минуты работы кипятильника вода в стакане закипела. Пренебрегая потерями теплоты в окружающую среду, найдите удельную теплоёмкость материала стакана.

5. Сколько граммов воды можно нагреть на спиртовке на 30 °С, если сжечь в ней 21 грамм спирта? КПД спиртовки (с учётом потерь теплоты) равен 30 %. (Удельная теплота сгорания спирта 2,9·107Дж/кг, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°С)).

6. Какое минимальное количество теплоты необходимо для превращения в воду 500 г льда, взятого при температуре −10 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь.

7. В стакан массой 100 г, долго стоявший на улице, налили 200 г воды из лужи при температуре +10 °С и опустили в неё кипятильник. Через 5 минут работы кипятильника вода в стакане закипела. Пренебрегая потерями теплоты в окружающую среду, найдите мощность кипятильника. Удельная теплоёмкость материала стакана равна 600 Дж/(кг · °С).

8. Тонкостенный сосуд содержит смесь льда и воды, находящуюся при температуре 0 °С. Масса льда 350 г, а масса воды 550 г. Сосуд начинают нагревать на горелке мощностью 1,5 кВт. Сколько времени понадобится, чтобы довести содержимое сосуда до кипения? Потерями теплоты и удельной теплоёмкостью сосуда, а также испарением воды можно пренебречь.

9. Теплоизолированный сосуд содержит смесь льда и воды, находящуюся при температуре 0 °С. Масса льда 40 г, а масса воды 600 г. В сосуд впускают водяной пар при температуре +100 °С. Найдите массу впущенного пара, если известно, что окончательная температура, установившаяся в сосуде, равна +20 °С.

10. Сколько граммов спирта нужно сжечь в спиртовке, чтобы нагреть на ней воду массой 580 г на 80 °С? КПД спиртовки (с учётом потерь теплоты) равен 20%. (Удельная теплота сгорания спирта 2,9·107Дж/кг, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°С)).

11. Два однородных кубика привели в тепловой контакт друг с другом (см. рисунок). Первый кубик изготовлен из цинка, длина его ребра 2 см, а начальная температура t1 = 1 °C. Второй кубик изготовлен из меди, длина его ребра 3 см, а начальная температура t2 = 74,2 °C. Пренебрегая теплообменом кубиков с окружающей средой, найдите температуру кубиков после установления теплового равновесия.

Примечание. Плотности цинка и меди соответственно:

Удельные теплоёмкости цинка и меди соответственно:

12. Два однородных кубика привели в тепловой контакт друг с другом. Первый кубик изготовлен из меди, длина его ребра 3 см, а начальная температура t1 = 2 °C. Второй кубик изготовлен из алюминия, длина его ребра 4 см, а начальная температура t2 = 74 °C. Пренебрегая теплообменом кубиков с окружающей средой, найдите температуру кубиков после установления теплового равновесия.

Примечание. Плотности алюминия и меди соответственно:

Удельные теплоёмкости алюминия и меди соответственно:

13.

В сосуд с водой положили кусок льда. Каково отношение массы льда к массе воды, если весь лёд растаял и в сосуде установилась температура 0 °С? Теплообменом с окружающим воздухом пренебречь. Начальные температуры воды и льда определите из графика зависимости температуры t от времени τ для воды и льда в процессе теплообмена.

14. В сосуд с водой положили кусок льда. Каково отношение массы воды к массе льда, если весь лёд растаял и в сосуде установилась температура 0 °С? Теплообменом с окружающим воздухом пренебречь. Начальную температуру воды и льда определите из графика зависимости от времени для воды и льда в процессе теплообмена.

15. Автомобиль УАЗ израсходовал 30 кг бензина за 2 ч. езды. Чему равна мощность двигателя автомобиля, если его КПД составляет 30%? (Удельная теплота сгорания бензина 4,6·107Дж/кг).

16. Сколько литров воды при 83 °С нужно добавить к 4 л воды при 20 °С, чтобы получить воду температурой 65 °С? Теплообменом с окружающей средой пренебречь.

17. 3 л воды, взятой при температуре 20 °С, смешали с водой при температуре 100 °С. Температура смеси оказалась равной 40 °С. Чему равна масса горячей воды? Теплообменом с окружающей средой пренебречь.

18. Какое количество теплоты выделится при кристаллизации 2 кг расплавленного олова, взятого при температуре кристаллизации, и последующем его охлаждении до 32 °С? (Удельная теплоёмкость олова — 230 Дж/(кг · °С). )

19. Двигатель трактора совершил полезную работу 23 МДж, израсходовав при этом 2 кг бензина. Найдите КПД двигателя трактора.

20. Как изменится внутренняя энергия 500 г воды, взятой при 20°С, при её превращении в лёд при температуре 0 °С?

21. В тонкостенный сосуд налили воду, поставили его на электрическую плитку мощностью 800 Вт и начали нагревать. На рисунке представлен график зависимости температуры воды t от времениτ. Найдите массу налитой в сосуд воды. Потерями теплоты и теплоёмкостью сосуда пренебречь.

22. В тонкостенный сосуд налили воду массой 1 кг, поставили его на электрическую плитку и начали нагревать. На рисунке представлен график зависимости температуры воды t от времени τ. Найдите мощность плитки. Потерями теплоты и теплоёмкостью сосуда пренебречь.

23. Килограммовый кусок льда внесли с мороза в тёплое помещение. Зависимость температуры льда от времени представлена на рисунке. Какое количество теплоты было получено в интервале времени от 50 мин до 60 мин?

24. На рисунке представлен график зависимости температуры от полученного количества теплоты для вещества массой 1 кг. Первоначально вещество находилось в твёрдом состоянии. Определите удельную теплоёмкость вещества в твёрдом состоянии.

25. Какое количество теплоты потребуется, чтобы в алюминиевом чайнике массой 700 г вскипятить 2 кг воды? Первоначально чайник с водой имели температуру 20 °С.

Примечание. Удельную теплоёмкость алюминия считать равной

Задания 24. Расчетная задача

1. Гиря падает на землю и ударяется абсолютно неупруго о препятствие. Скорость гири перед ударом равна 14 м/с. Температура гири перед ударом составляла 20 °С. До какой температуры нагреется гиря, если считать, что всё количество теплоты, выделяемое при ударе, поглощается гирей? Удельная теплоёмкость вещества, из которого изготовлена гиря, равна 140 Дж/(кг·°С).

2. Сплошной кубик с ребром 10 см плавает на границе раздела воды и неизвестной жидкости, плотность которой меньше плотности воды, погружаясь в воду на 2 см (см. рисунок). Плотность вещества, из которого изготовлен кубик, равна 840 кг/м3. Свободная поверхность неизвестной жидкости располагается выше, чем верхняя поверхность кубика. Определите плотность неизвестной жидкости.

3. Два свинцовых шара массами m1 = 100 г и m2 = 200 г движутся навстречу друг другу со скоростями v1 = 4 м/с и v2 = 5 м/с. Какую кинетическую энергию будут иметь шары после их абсолютно неупругого соударения?

4. Металлический шар массой m1 = 2 кг упал на свинцовую пластину массой m2 = 1 кг и остановился. При этом пластина нагрелась на 3,2 °С. С какой высоты упал шар, если на нагревание пластины пошло 80% выделившегося при ударе количества теплоты? (Удельная теплоёмкость свинца — 130 Дж/(кг · °С).)

5. Металлический шар массой m1 = 2 кг упал с высоты h = 26 м на свинцовую пластину массой m2 = 1 кг и остановился. На сколько градусов нагрелась пластина, если на её нагревание пошло 80 % выделившегося при ударе количества теплоты? (Удельная теплоёмкость свинца — 130 Дж/(кг · °С).)

6. Шары массами 6 и 4 кг, движущиеся навстречу друг другу со скоростью 2 м/с каждый относительно Земли, соударяются, после чего движутся вместе. Определите, какое количество теплоты выделится в результате соударения.

7. Шары массами 6 и 4 кг, движущиеся навстречу друг другу с одинаковыми по модулю скоростями, соударяются, после чего движутся вместе. В результате соударения выделилось 19,2 Дж энергии. Определите, с какой по модулю скоростью относительно Земли двигались шары до соударения?

8. Электровоз, потребляющий ток 1,6 кА, развивает при скорости 12 м/с силу тяги 340 кН. КПД двигателя электровоза равен 85 %. Под каким напряжением работает двигатель электровоза?

9. Два свинцовых шара массами m1 = 100 г и m2 = 200 г движутся навстречу друг другу со скоростями v1 = 4 м/с и v2 = 5 м/с. Какую кинетическую энергию будет иметь второй шар после их неупругого соударения?

10. Тележка с песком общей массой 10 кг движется без трения по горизонтальной поверхности со скоростью 2 м/с. Вслед за тележкой летит шар массой 2 кг с горизонтальной скоростью 8 м/с. После попадания в песок шар застревает в нем. Какую скорость при этом приобретает тележка?

11. Стальной осколок, падая с высоты 470 м, нагрелся на 0,5 °С в результате совершения работы сил сопротивления воздуха. Чему равна скорость осколка у поверхности земли? (Удельная теплоёмкость стали — 460 Дж/(кг·°С).)

12. Транспортер равномерно поднимает груз массой 190 кг на высоту 9 м за 50 с. Сила тока в электродвигателе равна 1,5 А. КПД двигателя транспортера составляет 60%. Определите напряжение в электрической сети.

13. Прямолинейный проводник, имеющий длину 50 см и массу 5 г, подвешен горизонтально на двух проводниках в горизонтальном однородном магнитном поле с индукцией 0,05 Тл (см. рисунок). При пропускании через проводник электрического тока натяжение вертикальных проводников увеличилось в 2 раза. Чему равна сила тока?

14. Прямолинейный проводник, имеющий длину 50 см и массу 5 г, подвешен горизонтально на двух проводниках в горизонтальном однородном магнитном поле с индукцией 0,05 Тл (см. рисунок). При пропускании через проводник электрического тока натяжение вертикальных проводников уменьшилось в два раза. Чему равна сила тока?

15. Две спирали электроплитки сопротивлением по 10 Ом каждая соединены последовательно и включены в сеть с напряжением 220 В. Через какое время на этой плитке закипит вода массой 1 кг, налитая в алюминиевую кастрюлю массой 300 г, если их начальная температура составляла 20 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь.

16. Две спирали электроплитки сопротивлением по 10 Ом каждая соединены параллельно и включены в сеть с напряжением 220 В. Через какое время закипит вода массой 1 кг, налитая в алюминиевую кастрюлю массой 300 г, если начальная температура составляла 20 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь.

17. Найдите силу тяги, развиваемую при скорости 12 м/с электровозом, работающим при напряжении 3 кВ и потребляющим ток 1,6 кА. КПД двигателя электровоза равен 85%.

18. Троллейбус массой 11 т движется равномерно прямолинейно со скоростью 36 км/ч. Сила тока в обмотке электродвигателя равна 40 А, напряжение равно 550 В. Чему равен коэффициент трения? (Потерями энергии в электродвигателе пренебречь.)

19. Подъёмный кран поднимает равномерно груз массой 0,5 т на высоту 28,5 м за 30 с. Чему равен КПД двигателя крана, если сила тока, потребляемая краном, равна 25 А, а напряжение на обмотке его двигателя — 380 В?

20. Транспортер равномерно поднимает груз массой 190 кг на высоту 9 м за 50 с. Определите силу тока в электродвигателе, если напряжение в электрической сети 380 В. КПД двигателя транспортера составляет 60%.

21. Потенциальная энергия стрелы, выпущенной из лука со скоростью 30 м/с вертикально вверх, через 2 с после начала движения равна 40 Дж. Чему равна масса стрелы? Потенциальная энергия стрелы отсчитывается от уровня старта.

22. Точечное тело начинает двигаться по горизонтальной плоскости из состояния покоя с постоянным ускорением в положительном направлении горизонтальной оси Ox. Во сколько раз n путь, пройденный этим телом за пятую секунду, больше пути, пройденного им за вторую секунду?

23. Груз массой 2 кг равномерно втаскивают по шероховатой наклонной плоскости, имеющей высоту 0,6 м и длину 1 м, действуя на него силой, равной по модулю 20 Н и направленной вдоль наклонной плоскости. Чему равен КПД наклонной плоскости?

24. Груз массой 1 кг равномерно втаскивают по шероховатой наклонной плоскости, имеющей высоту 0,6 м и длину 1 м, действуя на него силой F, направленной вдоль наклонной плоскости. Коэффициент полезного действия наклонной плоскости равен η = 0,5. Определите модуль силы F, действующей на груз.

25. Затратив количество теплоты Q1 = 1 МДж, из некоторой массы льда, взятого при температуре −t1°C, получили воду при температуре +t1°C. Известно, что часть от затраченного количества теплоты пошла на нагревание воды. Кроме того, известно, что удельная теплоёмкость льда в 2 раза меньше удельной теплоёмкости воды. Определите количество теплоты Qx, которое пошло на превращение льда в воду.

26. С высоты 120 м свободно падает без начальной скорости точечное тело. На некоторой высоте h потенциальная энергия этого тела относительно поверхности земли равна половине его кинетической энергии. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определите скорость этого тела на высоте h.

27. Пуля массой 50 г вылетает из ствола ружья вертикально вверх со скоростью 40 м/с. Чему равна потенциальная энергия пули через 4 с после начала движения? Сопротивлением воздуха пренебречь.

28. В вертикальные сообщающиеся сосуды поверх ртути налиты различные жидкости. В один сосуд — столбик воды высотой 80 см, а в другой — столбик спирта высотой 15 см. Определите разность уровней ртути в сосудах.

29. Ударная часть молота массой 10 т свободно падает с высоты 2,5 м на стальную деталь массой 200 кг. Сколько ударов сделал молот, если деталь нагрелась на 20 °С? На нагревание детали расходуется 25% механической энергии молота.

Примечание Теплоёмкость стали считать равной 500

30. Ударная часть молота массой 10 т свободно падает с высоты 2,5 м на стальную деталь. Какую массу имеет стальная деталь, если после 32 ударов она нагрелась на 20 °С? На нагревание расходуется 25% энергии молота. (Удельную теплоёмкость стали считать равной 500 Дж/(кг·°С).)

31. С лодки равномерно подтягивают канат, поданный на баркас. Первоначально лодка и баркас покоились, а расстояние между ними было 55 м. Определите путь, пройденный лодкой до встречи с баркасом. Масса лодки 300 кг, масса баркаса 1200 кг. Сопротивлением воды пренебречь.

32. Брусок массой 400 г, движущийся по гладкой горизонтальной поверхности со скоростью ʋ = 10 м/с, ударяется о такой же, но неподвижный брусок и теряет половину своей скорости. Найдите количество теплоты, выделившейся при соударении брусков. Движение брусков считать поступательным.

33. Брусок массой 900 г, движущийся по гладкой горизонтальной поверхности со скоростью ʋ = 10 м/с, ударяется о такой же, но неподвижный брусок и теряет 2/3 своей скорости. Найдите количество теплоты, выделившейся при соударении брусков. Движение брусков считать поступательным.

34. 1 кг глицерина и 2 кг воды наливают в сосуд и аккуратно перемешивают. Считая, что объём смеси жидкостей равен сумме их начальных объёмов, определите плотность образовавшегося раствора.

35. 1 литр глицерина и 2 литра воды наливают в сосуд и аккуратно перемешивают. Считая, что объём смеси жидкостей равен сумме их начальных объёмов, определите плотность образовавшегося раствора.

36. Маленький камушек свободно падает без начальной скорости с высоты 20 м на поверхность Земли. Определите, какой путь пройдёт камушек за последнюю секунду своего полёта. Ускорение свободного падения можно принять равным 10 м/с2.

37. Маленький камушек свободно падает без начальной скорости с высоты 45 м на поверхность Земли. Определите время T, за которое камушек пройдёт последнюю половину своего пути. Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с2.

38. Маленькому камушку, находящемуся на поверхности Земли, сообщили скорость, направленную вертикально вверх. Через 2 секунды камушек вернулся в исходную точку. Определите, на какую величину ΔV отличалась начальная скорость этого камушка от его средней скорости за время прохождения камушком всего пути. Сопротивлением воздуха можно пренебречь.

39. Маленькому камушку, находящемуся на поверхности Земли, сообщили скорость, направленную вертикально вверх. Через 2 секунды камушек вернулся в исходную точку. Определите, во сколько разn отличалась начальная скорость этого камушка от его средней скорости за время прохождения камушком всего пути. Сопротивлением воздуха можно пренебречь.

40. Подъёмный кран равномерно поднимает груз массой 2,5 тонны со скоростью 0,2 м/с. Определите мощность двигателя крана, если известно, что его коэффициент полезного действия 40%.

41. Мощность двигателя подъёмного крана 12 кВт. С какой скоростью этот кран будет равномерно поднимать груз массой 2,16 тонны, если коэффициент полезного действия двигателя крана 45%?

42. Гладкий клин массой 900 г и высотой 18 см покоится на гладкой горизонтальной поверхности (см. рисунок). С вершины клина начинает соскальзывать шайба массой 100 г и переходит на горизонтальную поверхность. Определите скорость клина в момент перехода шайбы на горизонтальную поверхность.

43. Однородный горизонтальный брус массой M = 120 кг опирается левым концом A на подставку. Определите модуль вертикально направленной силы F, которую нужно приложить к правому концу бруса B для того, чтобы он находился в равновесии.

44. Однородный горизонтальный брус опирается левым концом A на подставку. Для того, чтобы брус находился в равновесии, к его правому концу B нужно приложить вертикально направленную силу F = 800 Н. Чему равна масса M бруса?

45. Какой путь пройдет машина на горизонтальном участке дороги после выключения двигателя, если коэффициент трения составляет 0,2, а скорость движения машины 72 км/ч?

46. Определите плотность материала, из которого изготовлен шарик объемом 0,04 см3, равномерно падающий по вертикали в воде, если при его перемещении на 6 м выделилось 24,84 мДж энергии?

47. Сплошной кубик плотностью 900 кг/м3 плавает на границе раздела воды и керосина, погружаясь в воду на 4 см (см. рисунок). Слой керосина располагается выше, чем верхняя поверхность кубика. Определите длину рёбра кубика.

48. Два связанных нитью друг с другом бруска массой соответственно m1 = 200 г и m2 = 300 г движутся равноускоренно под действием силы F = 2 Н, направленной под углом 60° к горизонту (см. рисунок). Чему равна сила натяжения нити между брусками? Трение пренебрежимо мало.

49. С лодки подтягивают канат, поданный на первоначально покоившийся баркас. Расстояние между лодкой и баркасом 55 м. Определите путь, пройденный баркасом до встречи с лодкой. Масса лодки 300 кг, масса баркаса 1200 кг. Сопротивлением воды пренебречь.

50. С высоты 2 м вертикально вниз бросают мяч со скоростью 6,3 м/с. Абсолютно упруго отразившись от горизонтальной поверхности, мяч поднимается вверх. Чему равна максимальная высота подъема мяча над горизонтальной поверхностью? Сопротивлением воздуха пренебречь.

51. Конькобежец, стоя на коньках на льду, бросает в горизонтальном направлении предмет массой 2 кг со скоростью 15 м/с относительно льда и откатывается в обратном направлении на 40 см. Найдите массу конькобежца, если коэффициент трения коньков о лёд 0,02.

52. Стальной осколок, падая с некоторой высоты, у поверхности земли имел скорость 40 м/с и нагрелся на 0,5 °С в результате совершения работы сил сопротивления воздуха. С какой высоты упал осколок?

53. Шары массами 6 и 4 кг, движущиеся навстречу друг другу со скоростью 2 м/с каждый относительно Земли, соударяются, после чего движутся вместе. Определите, какое количество теплоты выделится в результате соударения.

54. Тело массой 100 кг поднимают с помощью троса на высоту 25 м в первом случае равномерно, а во втором — с ускорением 2 м/с2. Найдите отношение работы силы упругости троса при равноускоренном движении груза к работе силы упругости при равномерном подъёме.

Задания 25. Расчетная задача

1. Электровоз, работающий при напряжении 3 кВ, развивает при скорости 12 м/с силу тяги 340 кН. КПД двигателя электровоза равен 85%. Чему равна сила тока в обмотке электродвигателя?

2. В электропечи мощностью 100 кВт полностью расплавили слиток стали за 2,3 часа. Какова масса слитка, если известно, что до начала плавления сталь необходимо было нагреть на 1500 °С? Потерями энергии пренебречь. (Удельная теплоёмкость стали — 500 Дж/(кг·°С), удельная теплота плавления стали — 84 кДж/кг.)

3. Сколько времени потребуется электрическому нагревателю, чтобы довести до кипения 2,2 кг воды, начальная температура которой 10 °С? Сила тока в нагревателе 7 А, напряжение в сети 220 В, КПД нагревателя равен 45%.

4. Электрический нагреватель за 20 мин доводит до кипения 2,2 кг воды, начальная температура которой 10 °С. Сила тока в нагревателе 7 А, КПД нагревателя равен 45%. Чему равно напряжение в электрической сети?

5. В алюминиевый калориметр массой 50 г налито 120 г воды и опущен электрический нагреватель мощностью 12,5 Вт. На сколько градусов нагреется калориметр с водой за 22 мин, если тепловые потери в окружающую среду составляют 20%? (Удельная теплоёмкость воды — 4200 Дж/(кг·°С), алюминия — 920 Дж/(кг·°С). )

6. В алюминиевый калориметр массой 50 г налито 120 г воды и опущен электрический нагреватель мощностью 12,5 Вт. За какое время калориметр с водой нагреется на 24 °C, если тепловые потери в окружающую среду составляют 20 %? (Удельная теплоёмкость алюминия — 920 Дж/(кг · °С), воды — 4200 Дж/(кг · °С).)

7. Чему равен КПД электроплитки мощностью 660 Вт, если на ней за 35 мин нагрели 2 кг воды от 20 до 100 °С?

8. Чему равна масса воды, которую нагревают от 20 до 100 °С с помощью электронагревателя мощностью 500 Вт в течение 35 мин, если известно, что КПД нагревателя 64%?

9. Свинцовая пуля, подлетев к преграде со скоростью v1 = 200 м/с, пробивает ее и вылетает из нее с некоторой скоростью. При этом пуля нагревается на 75 °С. С какой скоростью пуля вылетела из преграды, если на ее нагревание пошло 65% выделившегося количества теплоты? (Удельная теплоёмкость свинца — 130 Дж/(кг·°С).)

10. Воду массой 1,5 кг нагрели до температуры кипения за 5 мин. Мощность электрического чайника равна 2 кВт, КПД чайника — 84%. Какова была начальная температура воды?

11. При прохождении электрического тока 5,5 А через спираль нагревателя, изготовленную из никелиновой проволоки площадью поперечного сечения 0,84 мм2, за 10 мин выделилось количество теплоты 726000 Дж. Чему равна длина проволоки, из которой изготовлена спираль? (Удельное сопротивление никелина — 0,4 Ом·мм2/м.)

12. Стальной осколок, падая без начальной скорости с высоты 500 м, имел у поверхности земли скорость 50 м/с. На сколько градусов повысилась температура осколка за время полета, если считать, что вся потеря механической энергии пошла на нагревание осколка? (Удельная теплоёмкость стали — 500 Дж/(кг·°С).)

13. При прохождении электрического тока через спираль нагревателя, изготовленную из никелиновой проволоки длиной 80 м и площадью поперечного сечения 0,84 мм2, за 10 мин выделилось количество теплоты 726 000 Дж. Чему равно напряжение сети, в которую включили нагреватель?

14. С высоты 2 м вертикально вниз бросают мяч. Абсолютно упруго отразившись от горизонтальной поверхности, мяч поднимается на высоту 4 м. С какой скоростью бросили мяч?

15. Свинцовая пуля, подлетев к преграде со скоростью v1, пробивает её и вылетает со скоростьюv2 = 100 м/с. При этом пуля нагревается на 75 °С. С какой скоростью пуля подлетела к преграде, если на её нагревание пошло 65% выделившегося количества теплоты?

16. В электропечи полностью расплавили слиток стали массой 1 т за 2,3 ч. Какова мощность электропечи, если известно, что до начала плавления сталь необходимо было нагреть на 1500 °С? Потерями энергии пренебречь.

17. Металлический шар упал с высоты h = 26 м на свинцовую пластину массой m2 = 1 кг и остановился. При этом пластина нагрелась на 3,2 °С. Чему равна масса шара, если на нагревание пластины пошло 80% выделившегося при ударе количества теплоты?

18. Поезд, масса которого 4000 т, движущийся со скоростью 36 км/ч, начал торможение. За 1 минуту поезд проехал 510 м. Чему равна сила трения, действующая на поезд?

19. Тело массой 5 кг с помощью каната начинают равноускоренно поднимать вертикально вверх. На какую высоту был поднят груз за 3 с, если сила, действующая на канат, равна 63,3 Н?

20. Электрическая цепь состоит из соединённых последовательно источника постоянного напряжения, идеального амперметра и длинной однородной проволоки постоянного сечения. При этом амперметр показывает ток силой I1.

Эту же проволоку складывают в виде правильного пятиугольника и снова включают в ту же цепь так, как показано на рисунке. При таком подключении амперметр показывает ток силой I2.

Найдите отношение показаний амперметра в первом и во втором случаях.

21. Вещество в твёрдом состоянии массой 5 кг с удельной теплотой плавления 60 кДж/кг помещают в электрическую печь с КПД 80%. График зависимости температуры t этого вещества от времени τ изображён на рисунке. Определите мощность электрической печи.

22. К клеммам источника постоянного напряжения подключены две последовательно соединённые проволоки одинаковой длины. Первая проволока — стальная, с площадью поперечного сечения 1 мм2, вторая — алюминиевая, с площадью поперечного сечения 2 мм2. Известно, что через некоторое время после замыкания ключа стальная проволока нагрелась на 9,2 °С. На сколько градусов Цельсия за это же время нагрелась алюминиевая проволока? Удельное электрическое сопротивление стали —λcт = 0,1 Ом · мм2/м, алюминия — λал = 0,027 Ом · мм2/м. Потерями теплоты можно пренебречь. Ответ округлите до целого числа.

23. К клеммам источника постоянного напряжения подключены две параллельно соединённые проволоки одинаковой длины и одинакового поперечного сечения. Первая проволока медная, вторая — алюминиевая. Известно, что через некоторое время после замыкания ключа медная проволока нагрелась на 23 °С. На сколько градусов Цельсия за это же время нагрелась алюминиевая проволока? Потерями теплоты можно пренебречь. Ответ округлите до целого числа.

24. Для того чтобы сдвинуть брусок вдоль шероховатой горизонтальной плоскости, требуется приложить горизонтально направленную силу F1. Для того чтобы сдвинуть этот же брусок вверх вдоль шероховатой наклонной плоскости с углом при основании 45° и с тем же коэффициентом трения, требуется сила F2, направленная параллельно наклонной плоскости. Учитывая, что коэффициент трения между поверхностью бруска и поверхностью плоскости равен 0,5, определите отношение модулей этих сил . Ответ округлите до сотых долей.

25.

Электрическая цепь состоит из источника постоянного напряжения и двух резисторов 1 и 2, включённых параллельно (см. рисунок). Резистор 1 представляет собой две последовательно соединённые проволоки A и Б одинаковой длины lA = lБ = l и различных поперечных сечений: . Резистор 2 представляет собой две последовательно соединённые проволоки В и Г одинакового поперечного сечения SВ = SГ = S, но различной длины: . Проволоки A и Г сделаны из одного материала с удельным сопротивлением ρ; проволоки Б и В также сделаны из одного материала с удельным сопротивлением 2ρ. Найдите отношение сил токов, текущих через сопротивления 1 и 2.

26. Имеется два электрических нагревателя одинаковой мощности по 800 Вт каждый. Сколько времени потребуется для нагревания 1 л воды на 80 °С, если нагреватели будут включены параллельно? Потерями энергии пренебречь.

27. Имеется два электрических нагревателя одинаковой мощности — по 400 Вт. Сколько времени потребуется для нагревания 1 л воды на 40 °С, если нагреватели будут включены в электросеть параллельно? Потерями энергии пренебречь.

28. Имеется два электрических нагревателя одинаковой мощности — по 400 Вт. Сколько времени потребуется для нагревания 1 л воды на 40 °С, если нагреватели будут включены в электросеть последовательно? Потерями энергии пренебречь.

29. Две спирали электроплитки сопротивлением по 10 Ом каждая соединены последовательно и включены в сеть с напряжением 220 В. Через какое время на этой плитке закипит вода массой 1 кг, налитая в алюминиевую кастрюлю массой 300 г, если их начальная температура составляла 20 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь. (Удельная теплоёмкость алюминия — 920 Дж/(кг · °С), воды — 4200 Дж/(кг · °С).)

30. Кусок олова массой m = 200 г с начальной температурой T0 = 0 °C нагревают в тигле на электроплитке, включённой в сеть постоянного тока с напряжением U = 230 В. Амперметр, включённый последовательно с плиткой, показывает силу тока I = 0,1 А. На рисунке приведён полученный экспериментально график зависимости температуры T олова от времени t. Считая, что вся теплота, поступающая от электроплитки, идёт на нагрев олова, определите его удельную теплоёмкость в твёрдом состоянии.

31. Кусок олова массой m = 100 г с начальной температурой T0 = 0 °C нагревают в тигле на электроплитке, включённой в сеть постоянного тока с напряжением U = 12 В. Амперметр, включённый последовательно с плиткой, показывает силу тока I = 1 А. На рисунке приведён полученный экспериментально график зависимости температуры T олова от времени t. Считая, что вся теплота, поступающая от электроплитки, идёт на нагрев олова, определите его удельную теплоёмкость в твёрдом состоянии.

32. Двум ученикам выдали по четыре одинаковых резистора сопротивлением 2 Ом каждый, соединительные провода, источник постоянного напряжения U = 5 В и очень хороший амперметр. Первый ученик собрал цепь, изображённую на рисунке 1, второй ученик собрал цепь, изображённую на рисунке 2.

Определите разность показаний амперметров второго и первого учеников.

33. Двум ученикам выдали по четыре одинаковых резистора сопротивлением 2 Ом каждый, соединительные провода, источник постоянного напряжения U = 5 В и очень хороший амперметр. Первый ученик собрал цепь, изображённую на рисунке 1, второй ученик собрал цепь, изображённую на рисунке 2.

Определите разность показаний амперметров второго и первого учеников.

34. Имеются две порции воды одинаковой массы, находящиеся при температуре 0 °C. Первую порцию нагревают, затрачивая при этом количество теплоты Q1. Если заморозить вторую порцию, чтобы она полностью превратилась в лёд, то она выделит в 2,7 раза большее количество теплоты. Определите, на сколько градусов Δt нагревается первая порция воды при сообщении ей количества теплоты Q1.

35. Имеются две порции воды одинаковой массы, находящиеся при температуре 0 °C. Первую порцию нагревают на 17 °C, затрачивая при этом количество теплоты Q1 . Во сколько раз n большее количество теплоты выделяется при полном превращении в лёд второй порции воды?

36. В электрической печи нагревается некоторое твёрдое вещество с удельной теплоёмкостью 400 Дж/(кг·°С) и удельной теплотой плавления 112 кДж/кг. Сколько времени понадобится, чтобы нагреть это вещество на 10 °С (в твёрдом состоянии), если процесс полного расплавления вещества занимает 9 минут и 20 секунд? Мощность печи остаётся постоянной.

37. В электрической печи нагревается некоторое твёрдое вещество с удельной теплоёмкостью 250 Дж/(кг·°С) и удельной теплотой плавления 87 кДж/кг. Нагревание этого вещества на 10 °С (в твёрдом состоянии) занимает 50 секунд. Сколько времени понадобится для полного расплавления этого вещества? Мощность печи остаётся постоянной.

38. В калориметре смешивают две жидкости. Объём второй жидкости в 1,2 раза больше объёма первой; плотность первой жидкости в 1,6 раза больше плотности второй; удельная теплоёмкость первой жидкости в 2 раза меньше, чем удельная теплоёмкость второй, а температура первой жидкости, равная 20 °С, в 2 раза больше, чем температура второй. Определите установившуюся температуру смеси. Потерями теплоты можно пренебречь.

39. В калориметре смешивают две жидкости. Объём первой жидкости в полтора раза меньше объёма второй; плотность второй жидкости в 1,25 раза меньше плотности первой; удельная теплоёмкость второй жидкости составляет 2/3 удельной теплоёмкости первой, а температура первой жидкости, равная 25 °С, в 2,8 раза меньше, чем температура второй. Определите установившуюся температуру смеси. Потерями теплоты можно пренебречь.

40. Электрический кипятильник со спиралью сопротивлением 150 Ом поместили в сосуд, содержащий 400 г воды, и включили в сеть с напряжением 220 В. За какое время вода в сосуде нагреется на 57,6 °С? Теплообменом с окружающей средой пренебречь.

41. Три резистора имеют одинаковые сопротивления. Минимальное сопротивление участка цепи, который включает все эти три резистора, равно Rmin = 3 Ом. За какое время t в одном таком резисторе выделится 4,5 кДж теплоты при протекании через него тока силой 2 А? Сопротивлением источника и соединительных проводов можно пренебречь.

42. Три резистора имеют одинаковые сопротивления. Минимальное сопротивление участка цепи, который включает все эти три резистора, Rmin = 4 Ом. Какое количество теплоты выделится в одном таком резисторе за 10 минут при протекании через него тока силой 3 А? Сопротивлением источника и соединительных проводов можно пренебречь.

43. Подъемный кран поднимает равномерно груз массой 760 кг на некоторую высоту за 40 с. На какую высоту поднят груз, если напряжение на обмотке двигателя крана равно 380 В, сила тока 20 А, а КПД крана 50%?

44. В горизонтальном однородном магнитном поле на горизонтальных проводящих рельсах перпендикулярно линиям магнитной индукции расположен горизонтальный проводник массой 4 г (см. рис.). Через проводник пропускают электрический ток, при силе тока в 10 А вес проводника становится равным нулю. Чему равно расстояние между рельсами? Модуль вектора магнитной индукции равен 0,02 Тл.

45. Электродвигатель подъёмного крана поднимает груз на высоту 18 м за 50 с. КПД установки составляет 50%. Чему равна масса груза, если известно, что электродвигатель работает под напряжением 360 В и потребляет силу тока 20 А?

46. Электрочайник мощностью 2,4 кВт, рассчитанный на максимальное напряжение 240 В, включают в сеть напряжением 120 В. За какое время 600 г воды с начальной температурой 18 ºС можно довести до кипения, если КПД чайника в этом случае равен 82%?

47. Чему равен КПД электродвигателя подъёмного крана, который за 20 с равномерно поднимает груз массой 152 кг на высоту 12 м? Напряжение в электрической сети — 380 В, сила тока в электродвигателе — 4 А.

48. Горизонтальный проводник длиной 25 см, электрическое сопротивление которого равно 2,4 Ом, подвешен на двух тонких вертикальных изолирующих нитях в горизонтальном однородном магнитном поле индукцией 0,02 Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции. Какое напряжение приложили к проводнику, если общее натяжение нитей после замыкания ключа увеличилось на 20 мН?

49. С помощью электрического нагревателя сопротивлением 200 Ом нагревают 440 г молока. Электронагреватель включён в сеть с напряжением 220 В. За какое время молоко в сосуде нагреется на 55 °С? Удельную теплоёмкость молока принять равной 3900 Дж/(кг · °С). Теплообменом с окружающей средой пренебречь.

50. Имеется два электрических нагревателя одинаковой мощности – по 400 Вт. Сколько времени потребуется для нагревания 1 л воды на 40 ºС, если нагреватели будут включены в электросеть последовательно? Потерями энергии пренебречь.

51. Имеются два одинаковых электрических нагревателя мощностью 600 Вт каждый. На сколько градусов можно нагреть 2 л воды за 7 мин, если нагреватели будут включены параллельно в электросеть с напряжением, на которое рассчитан каждый из них? Потерями энергии пренебречь.

52. Кусок свинца, имеющего температуру 27 °С, начинают нагревать на плитке постоянной мощности. Через 10 минут от начала нагревания свинец нагрелся до температуры плавления. Сколько ещё времени потребуется для плавления свинца?

Задачи и упражнения к главе III. Работа и мощность

Задачи и упражнения к главе III.

Работа и мощность | Физика

Какую работу совершает сила трения, действующая на ящик, при его перемещении на 40 см? Сила трения равна 5 Н.
Груз поднимают вертикально вверх, прикладывая силу 20 Н. Какую работу совершает эта сила, если высота, на которую поднимают груз, составляет 2 м?
Мяч массой 50 г брошен вертикально вверх. Какую работу совершит сила тяжести мяча при его подъеме до высоты 3 м?
Камень массой 800 г падает на землю с высоты 4 м. Какую работу при этом совершает сила тяжести?
Найдите работу, которую необходимо совершить для равномерного подъема гранитной плиты объемом 0,5 м³ на высоту 20 м. Плотность гранита 2500 кг/м³.
При помощи подъемного крана подняли груз массой 2,5 т на высоту 12 м. Какая работа при этом была совершена?
Какую работу совершает двигатель мощностью 100 кВт за 20 мин?
Чему равна мощность двигателя, если за 10 мин он совершает работу 7,2 МДж?
Какую мощность должен иметь двигатель транспортера, чтобы за 1 ч с его помощью можно было поднять 30 м³ песка на высоту 6 м? Плотность песка 1500 кг/м³.
Штангист поднял штангу массой 125 кг на высоту 70 см за 0,3 с. Какую среднюю мощность развил спортсмен при этом?
На рисунке 144, a изображен находящийся в равновесии рычаг. Останется ли он в равновесии, если к нему подвесить еще два одинаковых груза, как показано на рисунке 144, б?
Будет ли находиться в равновесии рычаг, изображенный на рисунке 144, в?
К концам легкого стержня длиной 1 м подвешены грузы. Масса одного из них 120 г. Чему равна масса другого груза, если стержень вместе с грузами уравновешен на опоре, отстоящей от первого груза на 20 см?
На рисунке 145 изображен гусеничный подъемный кран. Какой максимальный груз может поднять этот кран, если масса противовеса 1000 кг?
Придумайте конструкцию из одного неподвижного и двух подвижных блоков, дающую выигрыш в силе в 4 раза. Сделайте соответствующий рисунок.
Ведра с водой уравновешены на блоках, как показано на рисунке 146. В каком из этих ведер больше воды? В какую сторону двигались бы эти ведра, если бы в них находилось одинаковое количество воды?
В стогометателе сноп сена массой 200 кг поднимают с помощью подвижного блока. Какая сила прилагается к противоположному концу подъемного троса? Сколько метров троса наматывается на барабан при подъеме сена на высоту 7,5 м?
С помощью подвижного блока человек поднял груз на высоту 1,5 м. На какую длину человек при этом вытянул веревку?
При подъеме груза массой 20 кг на высоту 4 м была совершена работа 900 Дж. Чему равен КПД используемого механизма?
Определите работу, которую нужно совершить с помощью механизма, если его КПД 80%, а полезная работа должна составлять 1,2 кДж.

Страница не найдена

Согласие на обработку персональных данных

Настоящим в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 года свободно, своей волей и в своем интересе выражаю свое безусловное согласие на обработку моих персональных данных АНО ДПО «ИНСТИТУТ СОВРЕМЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ» (ОГРН 1143600000290, ИНН 3666999768), зарегистрированным в соответствии с законодательством РФ по адресу:
УЛ. КАРЛА МАРКСА, ДОМ 67, 394036 ВОРОНЕЖ ВОРОНЕЖСКАЯ ОБЛАСТЬ, Россия (далее по тексту — Оператор). Персональные данные — любая информация, относящаяся к определенному или определяемому на основании такой информации физическому лицу.
Настоящее Согласие выдано мною на обработку следующих персональных данных:
— Телефон.

Согласие дано Оператору для совершения следующих действий с моими персональными данными с использованием средств автоматизации и/или без использования таких средств: сбор, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, обезличивание, а также осуществление любых иных действий, предусмотренных действующим законодательством РФ как неавтоматизированными, так и автоматизированными способами.
Данное согласие дается Оператору для обработки моих персональных данных в следующих целях:
— предоставление мне услуг/работ;
— направление в мой адрес уведомлений, касающихся предоставляемых услуг/работ;
— подготовка и направление ответов на мои запросы;
— направление в мой адрес информации, в том числе рекламной, о мероприятиях/товарах/услугах/работах Оператора.

Настоящее согласие действует до момента его отзыва путем направления соответствующего уведомления на электронный адрес [email protected]. В случае отзыва мною согласия на обработку персональных данных Оператор вправе продолжить обработку персональных данных без моего согласия при наличии оснований, указанных в пунктах 2 – 11 части 1 статьи 6, части 2 статьи 10 и части 2 статьи 11 Федерального закона №152-ФЗ «О персональных данных» от 27.06.2006 г.

Физика. Текстовые задачи. 9 класс

Тема: Решение текстовых задач по физике № 23-25 при подготовке к ОГЭ

Цель:

научить распознавать типы текстовых задач;

систематизировать и обобщить теоретические знания по данной теме.

Задачи:

разобрать различные способы решения задач;

вырабатывать самостоятельную и эффективную подготовку к экзамену;

Задания 23. Расчетная задача

Примечание. Удельную теплоту плавления льда считать равной

Примечание. Плотности цинка и меди соответственно:

Удельные теплоёмкости цинка и меди соответственно:

Примечание. Плотности алюминия и меди соответственно:

Удельные теплоёмкости алюминия и меди соответственно:

13.

20. Как изменится внутренняя энергия 500 г воды, взятой при 20°С, при её превращении в лёд при температуре 0 °С?

Примечание. Удельную теплоёмкость алюминия считать равной

Задания 24. Расчетная задача

Примечание Теплоёмкость стали считать равной 500

Задания 25. Расчетная задача

7. Чему равен КПД электроплитки мощностью 660 Вт, если на ней за 35 мин нагрели 2 кг воды от 20 до 100 °С?

Найдите отношение показаний амперметра в первом и во втором случаях.

25.

Определите разность показаний амперметров второго и первого учеников.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/414624-fizika-tekstovye-zadachi-9-klass

ВАРИАНТ №10 — ГИА-ЕГЭ 2021

Часть 1

При выполнении заданий 2-5, 8, 11-14, 17-18 и 20-21 в поле ответа запишите одну цифру, которая соответствует номеру правильного ответа.

Ответом к заданиям 1, 6, 9, 15, 19 является последовательность цифр. Запишите эту последовательность цифр в поле ответа в тексте работы.

Ответы к заданиям 7, 10 и 16 запишите в виде числа с учётом указанных в ответе единиц.

1. Установите соответствие между физическими величинами и единицами измерения этих величин в системе СИ.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ

1) кулон

2) ватт

3) ампер

4) вольт

5) ом

2. Искусственный спутник Земли движется по круговой орбите на высоте HОт поверхности Земли (см. рис.).

Как изменится сила притяжения спутника к Земле при уменьшении высоты в 2 раза?

1) увеличится в 2 раза

2) увеличится в 4 раза

3) увеличится менее чем в 4 раза

4) увеличится более чем в 4 раза

Ответ:

Подъёмный кран равномерно поднимает груз массой 100 кг на высоту 20 м. В первом случае груз поднимают за 40 с, во втором случае — за 20 с. Сравните работы, совершённые краном в первом и втором случаях.

D A1=A2

2) A1 = 2A2

3) A2 = 2A1

4) A1 = 4A2

Ответ:

Камень, брошенный с поверхности земли вертикально вверх, достигает максимальной высоты и возвращается назад. Какой из графиков соответствует зависимости модуля скорости от времени в процессе движения камня вниз?

В два стеклянных цилиндрических сосуда налили воду до одинакового уровня (см. рис.).

Сравните давления (p1и P2) и силы давления (F1и F2)Воды на дно сосуда.

1) Pi=P2;Л = F2 2) Pl < P2; F1—F2 3) P1 = P2, F1> F2 4) Pι>P2,F1>F2

Ответ:

6. Четыре тела движутся вдоль оси Ох. На рисунке представлены графики зависимости проекции скорости υxОт времени TДля этих тел.

Vx,М/с

Используя рисунок, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

1) Тело 1 движется с ускорением.

2) Тело 4 находится в состоянии покоя.

3) От начала отсчёта до момента времени, соответствующего точке А на графике, тело 3 по сравнению с телом 1 прошло больший путь.

4) Точка В на графике соответствует встрече тел 2 и 3.

5) Тело 1 начало свое движение из начала координат.

Ответ:

7. Под действием силы 20 H груз массой 2 кг перемещается вверх по наклонной плоскости (трение пренебрежимо мало). Коэффициент полезного действия наклонной плоскости 50%. Чему равна длина наклонной плоскости, если её высота 1 м?

Ответ:М

8. В два чайника, белого (1) и чёрного (2) цвета (см. рис.), наливают одинаковое количество воды и ставят на одинаковые газовые горелки. Исследуют процесс нагревания и дальнейшего охлаждения воды в чайниках.

В белом чайнике по сравнению с чёрным при прочих равных условиях вода будет

1) и нагреваться, и охлаждаться быстрее

2) и нагреваться, и охлаждаться медленнее

3) нагреваться быстрее, а охлаждаться медленнее

4) нагреваться медленнее, а охлаждаться быстрее

Ответ:

В процессе нагревания стальной шарик перестал пролезать сквозь металлическое кольцо (см. рис.). Как при этом изменились средняя скорость движения молекул шарика и среднее расстояние между ними?

Для каждой физической величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличилась

2 уменьшилась

3) не изменилась

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины.

Цифры в ответе могут повторяться.

Средняя скорость движения молекул	Среднее расстояние между молекулами

Какое минимальное количество керосина надо налить в примус для нагревания 1 л воды от начальной температуры T1 = 8 oC до температуры кипенйя? Пренебречь потерями энергии и теплоёмкостью чайника. Ответ округлить до десятых.

Ответ:Г

Незаряженный электроскоп 1 соединили деревянным стержнем с таким же отрицательно заряженным электроскопом 2 (см. рис.).

При этом

1) второй электроскоп разрядится

2) первый электроскоп приобретёт положительный заряд

3) первый электроскоп останется незаряженным

4) оба электроскопа станут отрицательно заряженными

Ответ:

На рисунке показано подключение в сеть постоянного напряжения трёх одинаковых ламп.

ЛЗ

C минимальным накалом будет(-ут) гореть лампа(-ы)

1) 1 3) 3

2) 2 4) 2иЗ

В катушку, замкнутую на гальванометр, вносят магнит. Направление индукционного тока зависит

А. от того, вносят магнит в катушку или выносят из неё

Б. от того, каким полюсом вносят магнит в катушку

Правильным ответом является

1) только А 3) иА, иБ

2) только Б 4) ни А, ни Б

Ответ:

Изображение предмета, формируемое на сетчатке глаза, является

1) действительным перевёрнутым

2) действительным прямым

3) мнимым перевёрнутым

4) мнимым прямым

Ответ:

В процессе трения о шёлк стеклянная линейка приобрела положительный заряд. Как при этом изменилось количество заряженных частиц на линейке и шёлке, если считать, что обмен атомами между линейкой и шёлком в процессе трения не происходил?

Для каждой физической величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличилась

2) уменьшилась

3) не изменилась

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Количество протонов на линейке	Количество электронов на шёлке

Два последовательно соединенных резистора подключены к батарейке (см. рис.). Сопротивление первого резистора в 4 раза больше сопротивления второго резистора: R1 = 4R2.Найдите отношение количества тепло-

Какая частица XОбразуется в результате следующей ядерной реакции:

^Al + 01A7 → ∏Na + X?

1) электрон

2) нейтрон

Ответ:

18. На рисунке представлен опыт по изучению отражения и преломления светового луча на границе воздух-стекло.

Угол отражения примерно равен

1) 20° 3) 50°

2) 40° 4) 70°

Ответ:

19. В алюминиевый и пластиковый стаканы налили одинаковое количество горячей воды. Используя термометр и часы, учитель на уроке провёл опыты по исследованию температуры остывающей воды с течением времени. Результаты измерений представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Остывание воды в алюминиевом стакане

F,0C	72	62	55	50	46
/, мин	0	5	10	15	20

Таблица 2.Остывание воды в пластиковом стакане

T, oC	72	65	60,5	56,7	53,3
T,Мин	0	5	10	15	20

Выберите два утверждения, соответствующие проведённым опытам. Укажите их номера.

1) Остывание воды в обоих опытах наблюдали в течение 20 мин.

2) За первые 5 мин вода в обоих стаканах остыла до одинаковой температуры.

3) Температура остывающей воды прямо пропорциональна времени наблюдения.

4) В алюминиевом стакане вода остывала медленнее.

5) Чем больше разница между температурой воды и температурой воздуха в комнате, тем скорость остывания выше.

Ответ:

Прочитайте текст и выполните задания 20-22.

Индукционный ток

Рассмотрим простейший опыт, демонстрирующий возникновение индукционного тока: замкнутый виток из проволоки поместим в изменяющееся магнитное поле. Судить о наличии в витке индукционного тока можно по нагреванию проводника. Если, сохраняя прежние внешние размеры витка, сделать его из более толстой проволоки, то сопротивление витка уменьшится, а индукционный ток возрастет. Мощность, выделяемая в витке в виде тепла, увеличится.

При изменении магнитного поля индукционные токи возникают не только в проволочных контурах, но и в массивных образцах металла. Эти токи обычно называют вихревыми токами, или токами Фуко, по имени открывшего их французского физика. Направление и сила вихревого тока зависят от формы образца, от свойств материала, из которого сделан образец, и сила тока увеличивается с увеличением скорости изменения магнитного поля. В массивных проводниках вследствие малости электрического сопротивления токи могут быть очень большими и вызывать значительное нагревание.

Токи Фуко нашли практическое применение: например, работа индукционной плиты (см. рис.). Под стеклокерамической поверхностью плиты находится катушка индуктивности, по которой протекает переменный электрический ток, создающий переменное магнитное поле. Частота тока составляет 20-60 кГц. В дне посуды наводятся токи индукции, которые нагревают его, а заодно и помещённые в посуду продукты.

Устройство индукционной плиты:

1 — посуда с дном из ферромагнитного материала; 2 — стеклокерамическая поверхность;

3 — слой изоляции; 4 — катушка индуктивности

Индукционные плиты требуют применения металлической посуды, обладающей ферромагнитными свойствами (к посуде должен притягиваться магнит). Причём, чем толще дно, тем быстрее происходит нагрев.

20. Токи Фуко нашли применение в индукционных печах для сильного нагревания и даже плавления металлов. При какой частоте переменного магнитного поля в печи металл будет нагреваться быстрее?

1) 20 Гц 3) 500 Гц

2) 60 Гц 4) 2000 Гц

Ответ:

21. Дно посуды для индукционных плит может быть выполнено из

1) меди 3) стекла

2) стали 4) алюминия

Ответ:

При выполнении задания 22 с развёрнутым ответом используйте отдельный лист. Запишите сначала номер задания, а затем ответ на него. Полный ответ должен включать не только ответ на вопрос, но и его развёрнутое, логически связанное обоснование.

22. В каких целях железный сердечник, помещаемый внутрь катушки с переменным током (электромагнита), изготавливают не из массивного сплошного куска железа, а набирают из тонких пластин, изолированных друг от друга слоем лака? Ответ поясните.

Часть 2

Для ответа на задания части 2 (задания 23-26) используйте отдельный лист. Запишите сначала номер задания, а затем ответ на него.

23. Соберите установку для исследования равновесия рычага. Используйте рычаг, три груза, штатив и динамометр. Три груза подвесьте слева от оси вращения рычага следующим образом: два груза на расстоянии 6 см и один груз на расстоянии 12 см от оси. Определите момент силы, которую необходимо приложить к правому концу рычага на расстоянии 6 см от оси вращения рычага для того, чтобы он оставался в равновесии в горизонтальном положении.

В бланке ответов:

1) зарисуйте схему экспериментальной установки;

2) запишите формулу для расчёта момента силы;

3) укажите результаты измерений приложенной силы и длины плеча;

4) запишите числовое значение момента силы.

Задание 24 представляет собой вопрос, на который необходимо дать письменный ответ. Полный ответ должен включать не только ответ на вопрос, но и его развёрнутое, логически связанное обоснование.

24. Под гайку подкладывают широкое металлическое кольцо (шайбу). Изменится ли при этом (и если изменится, то как) сила давления на деталь, скрепляемую болтом? Ответ поясните.

Для заданий 25-26 Необходимо записать полное решение, которое включает запись краткого условия задачи (Дано), запись формул, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования и расчёты, приводящие к числовому ответу.

25. Какой путь прошёл автомобиль, если известно, что при средней скоро — I сти 100 км/ч его двигатель израсходовал 30 кг бензина? Мощность дви — ∣ гателя автомобиля равна 46 кВт, а КПД двигателя равен 36%. \|	25
26. Высота плотины гидроэлектростанции (ГЭС) составляет 25 м. ∣ Сколько часов может светить лампа мощностью 40 Вт при прохож — ‘ дении через плотину 4 т воды? КПД ГЭС равен 80% . ∣	_____________ 26

Алгоритм решения задач на ЗСЭ

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

1. Записать дано.

2. Сделать чертеж, на котором указать два состояния системы.

3. Выбрать нулевой уровень потенциальной энергии.

4. Выяснить, какие силы действуют в системе и записать:

а) если в системе действуют потенциальные силы, то ЗСЭ;

б) если в системе действуют внешние силы и силы трения, то записать закон изменения энергии.

5. Если не хватает уравнений, пиши кинематику, динамику, ЗСИ, математику.

6. Решить полученную систему.

Обучающие задания.

1(А)Тело массой 2 кг движется вдоль оси Ох. Его координата меняется в соответствии с уравнением х=А+Вt+Сt², где А=2 м, В=3 м/с, С=5 м/с². Чему равен импульс тела в момент времени t = 2 с?

1) 86 кг∙м/с 3) 46 кг∙м/с

2) 48 кг∙м/с 4) 26 кг∙м/с

Указание: записать уравнение скорости, найти скорость через 2 с, затем пользуясь формулой импульса найти импульс тела.

2(А)Два автомобиля с одинаковой массой m движутся со скоростями υ и 2υ относительно Земли по одной прямой в противоположных направлениях. Чему равен модуль импульса второго автомобиля в системе отсчета, связанной с первым автомобилем?

1) 3mυ 2) 2 mυ 3) mυ 4) 0

3(А)Санки после толчка движутся по горизонтальной дорожке. Как изменится модуль импульса санок, если на них в течение 5 с действует сила трения о снег, равная 20 Н?

1) для ответа недостаточно данных

2) увеличится на 4 Н∙с

3) увеличится на 100 кг∙м/с

4) уменьшится на 100 кг∙м/с

4(А) Навстречу друг другу летят шарики из пластилина. Модули их импульсов равны соответственно 0,05 кг∙м/с и 0,03 кг∙м/с. Столкнувшись, шарики слипаются. Импульс слипшихся шариков равен

1) 0,08 кг∙м/с 3) 0,02 кг∙м/с

2) 0,04 кг∙м/с 4) 0,058 кг∙м/с

5(А)С неподвижной лодки массой 50 кг на берег прыгнул мальчик массой 40 кг со скоростью 1м/с, направленной горизонтально. Какую скорость приобрела лодка относительно берега?

1) 1м/с 2) 0,8м/с 3) 1,25м/с 4) 0

Указание: использовать закон сохранения импульса.

6(А)Человек, равномерно поднимая веревку, достал ведро воды из колодца глубиной 10 м. Масса ведра 1,5 кг, масса воды в ведре 10 кг. Чему равна работа силы упругости веревки?

1) 1150Дж 3) 1000Дж

2) 1300Дж 4) 850Дж

Указание: использовать формулу работы силы (при равномерном подъёме сила упругости будет равна весу тела).

7(А)Подъемный кран равномерно поднимает вертикально вверх груз весом 1000 Н на высоту 5 м за 5 с. Какую мощность развивает подъемный кран во время этого подъема?

1) 0 Вт 3) 25000 Вт

2) 5000 Вт 4) 1000 Вт

Указание: применить формулу мощности, при этом работа равна работе силы тяжести.

8(А)Под действием силы тяги двигателя, равной 1000 Н, автомобиль движется с постоянной скоростью 72 км/ч. Мощность двигателя равна

1) 1∙10⁴Вт 3) 3∙10⁴Вт

2) 2∙10⁴ Вт 4) 4∙10⁴Вт

Указание: применить формулу мощности.

9(А)Кинетическая энергия тела 8 Дж, а величина импульса 4 Н∙с. Масса тела равна

1) 0,5 кг 2) 1 кг 3) 2 кг 4) 32 кг

Указание: применить формулы кинетической энергии и импульса тела.

10(А)Первый автомобиль имеет массу 1000 кг, второй – 500 кг. Скорости их движения изменяются с течением времени в соответствии с графиками, представленными на рисунке. Отношение E_k₂/E_k₁ кинетических энергий автомобилей в момент времени t₁ равно u

1) 3) 2

2)4 4) 2 1

11(А)Недеформированную пружину жесткостью 30 Н/м растянули на 0,04 м. Потенциальная энергия растянутой пружины равна

1) 750 Дж 3) 0,6 Дж

2) 1,2 Дж 4) 0,024 Дж

Указание: применить формулу потенциальной энергии.

12(А)Потенциальная энергия взаимодействия с Землей гири массой 5 кг увеличилась на 75 Дж. Это произошло в результате того, что гирю

1) подняли на 7 м 3) подняли на 1,5 м

2) опустили на 7 м 4) опустили на 1,5 м

Указание: применить формулу потенциальной энергии.

13(А)Под действием груза массой 0,4 кг пружина растянулась на 0,1 м. Потенциальная энергия пружины при этом удлинении равна

1) 0,1 Дж 2) 0,2 Дж 3) 4,0 Дж 4) 4,2 Дж

Указание: применить формулу потенциальной энергии упруго деформированного тела, при этом жёсткость пружины найти из закона Гука, учитывая, что сила упругости пружины равна силе тяжести, действующей на тело, подвешенное к пружине.

14(А)Скорость автомобиля массой 1000кг увеличилась от 10 м/с до 20 м/с. Работа равнодействующей всех сил равна

1) 150000 Дж 3) 250000 Дж

2) 200000 Дж 4) 300000 Дж

Указание: применить теорему о кинетической энергии.

15(А)Тело массой 1 кг, брошенное вертикально вверх от поверхности земли, достигло максимальной высоты 20 м. С какой по модулю скоростью двигалось тело на высоте 10 м ?Сопротивлением воздуха пренебречь.

1) 10 м/с 2) 14м/с 3) 20 м/с 4) 40 м/с

Указание: применить закон сохранения энергии, учитывая, что в высшей точке подъёма у тела будет только потенциальная энергия, а на высоте 10 м и потенциальная и кинетическая энергия.

16(А)Пластилиновый шар массой 0,1 кг имеет скорость 1 м/с. Он налетает на неподвижную тележку массой 0,1кг, прикрепленную к пружине, и прилипает к тележке). Чему равна полная механическая энергия системы при ее дальнейших колебаниях? Трением пренебречь.

1) 0,025 Дж 3) 0,5 Дж

2) 0,05 Дж 4) 0,1 Дж

Указание: найти скорость системы после прилипания шар из законы сохранения импульса, а затем определить кинетическую энергию системы, она и будет полной механической энергией колебаний.

17(А)Угол наклона плоскости к горизонту равен 30º. Вверх по этой плоскости тащат ящик массой 90 кг, прикладывая к нему силу, направленную параллельно плоскости и равную 600 Н. Коэффициент полезного действия наклонной плоскости равен

1) 67 % 2) 75 % 3) 80 % 4) 100 %

Указание: применить формулу КПД, учитывая, что полезная работа совершается силой тяжести, а полная – приложенной силой.

18(А)К столу прикреплена невесомая пружина жесткостью 20 Н/м с невесомой чашей наверху. На чашу роняют кусок замазки с высоты h=40см с нулевой начальной скоростью. Величина деформации пружины равна x =10 см. Масса замазки равна

1) 20 г 2) 25 г

3) 50 г 4) 250 г

Указание: применить закон сохранения энергии. Нулевой уровень потенциальной энергии выбрать на уровне максимальной деформации пружины.

19(B) Шарик скользит без трения по наклонному желобу, затем движется по «мертвой петле» радиуса R. Рассчитайте силу давления шарика на желоб в верхней точке петли, если масса шарика 100 г, а высота, с которой его отпустили равна 4R.

Указание: для верхней точки петли записать второй закон Ньютона, при этом а = а_ц. Скорость найти из закона сохранения энергии.

20(C)Брусок массой m₁=500г соскальзывает по наклонной плоскости с высоты h=0,8м и, двигаясь по горизонтальной поверхности, сталкивается с неподвижным бруском массой m₂ =300 г. Считая столкновение абсолютно неупругим, определите общую кинетическую энергию брусков после столкновения. Трением пренебречь. Считать, что наклонная плоскость плавно переходит в горизонтальную.

Указание: для соскальзывания бруска с наклонной плоскости применить закон сохранения энергии, для столкновения – закон сохранения импульса, а затем формулу кинетической энергии.

Ответы к обучающим заданиям.

1А 2А 3А 4А 5А 6А 7А 8А 9А 10А

11 А 12 А 13 А 14 А 15 А 16 А 17 А 18 А 19 А 20 А
3Н 2,5Дж
Тренировочные задания.

1(А) Скорость легкового автомобиля в 4 раза больше скорости грузового автомобиля, а масса грузового автомобиля в 4 раза больше массы легкового. Сравните значения импульсов легкового p_л и грузового p_г автомобилей.

1) p_л= p_г3) p_л =16p_г

2) p_л=4 p_г4) 4p_л =p_г

2(А) Мяч массой m брошен вертикально вверх с начальной скоростью . Каково изменение импульса мяча за время от начала движения до возвращения в исходную точку, если сопротивление воздуха пренебрежимо мало? (ось Оу направлена вверх).

1) m 2) — m 3) — 2 m 4) 0

3(А) Тело движется по прямой. Под действием постоянной силы 5 Н импульс тела уменьшился от 25 кг∙м/с до 15 кг∙м/с. Для этого потребовалось

1) 1 с 2) 2 с 3) 3 с 4) 4 с

4(А) На неподвижный бильярдный шар налетел другой такой же. После удара шары разлетелись под углом 90º так, что импульс одного p₁= 0,3 кг∙м/с , а другого p₂= 0,4 кг∙м/с. Налетевший шар имел до удара импульс, равный

1) 0,1 кг∙м/с 3) 0,7 кг∙м/с

2) 0,5 кг∙м/с 4) 0,25 кг∙м/с

5(А) После пережигания нити пружина разжалась, толкнув две тележки в противоположные стороны. Первая тележка, масса которой равна 0,6 кг, стала двигаться со скоростью 0,4 м/с. С какой по модулю скоростью начала двигаться вторая тележка, масса которой равна 0,8кг?

1) 0,2 м/с 3) 0,4 м/с

2) 0,3 м/с 4) 0,6 м/с

6(А) Тело массой 1 кг скользит по горизонтальной шероховатой поверхности. Коэффициент трения между телом и поверхностью равен 0,1. Начальная скорость движения тела 10 м/с. Какую мощность развивала сила трения в начале движения тела?

1) -10 Вт 2) -20 Вт 3) 0 Вт 4) 10 Вт

7(А) Лебедка равномерно поднимает груз массой 200 кг на высоту 3 м за 5 с. Чему равна мощность лебедки?

1) 3000 Вт 3) 1200 Вт

2) 333 Вт 4) 120 Вт

8(А) Автомобиль, развивающий полезную мощность 88 кВт, движется по горизонтальному пути с постоянной скоростью 72 км/ч. Сила сопротивления движению равна

1) 1,2 кН 2) 1,8 кН 3) 4,4 кН 4) 6,3 кН 9(А)Для того, чтобы уменьшить кинетическую энергию тела в 2 раза, надо скорость тела уменьшить в

1) 2 раза 2) раз 3) 4 раза 4) раз 10(А) Скорость автомобиля при торможении изменяется с течением времени в соответствии с графиком, представленном на рисунке. Как

изменилась u, м/с

кинетическая

энергия автомобиля

за первые 20 с

торможения?

T, с

1) не изменилась

2) увеличилась в 4 раза

3) уменьшилась в 4 раза

4) уменьшилась в 2 раза

11(А) Ученик исследовал зависимость модуля силы упругости F пружины от ее растяжения х и получил следующие результаты:

F, Н 0,5 1,5 2,5
x, м 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10
Определите потенциальную энергию пружины при растяжении на 0,08 м

1) 0,04 Дж 3) 25 Дж

2) 0,16 Дж 4) 0,08 Дж

12(А) Спортсмен поднял штангу массой 75 кг на высоту 2 м. Потенциальная энергия штанги при этом изменилась на

1) 150 Дж 3) 1500 Дж

2) 300 Дж 4) 37,5 Дж

13(А) Грузик, подвешенный к пружине, растягивает ее на 2 см. ученик приподнял грузик вверх так, что растяжение пружины исчезло, и выпустил его из рук. Максимальное растяжение пружины при дальнейших колебаниях груза составило

1) 1 см 2) 2 см 3) 3 см 4) 4 см

14(А) Для сообщения неподвижному телу заданной скорости u требуется совершение работы А. Какую работу надо совершить для увеличения скорости этого тела от значения u до значения 2u?

1) А 2) 2А 3) 3А 4) 4А

15(А) Мяч брошен вертикально вверх. На рисунке показан график изменения кинетической энергии мяча по мере его подъема над точкой бросания. Какова потенциальная энергия мяча на высоте 2м?

1) 1,5 Дж Е_к, Дж

2) 3 Дж

3) 4,5 Дж

4) 6Дж

H, м

16 (А) С балкона, находящегося на высоте 20 м, упал на землю мяч массой 0,2кг. Из-за сопротивления воздуха скорость мяча у земли оказалась на 20% меньше скорости тела, свободно падающего с высоты 20 м. Импульс мяча в момент падения равен

1) 4,0 кг∙м/с 3) 3,2 кг∙м/с

2) 4,2 кг∙м/с 4) 6,4 кг∙м/с

17(А) Коэффициент полезного действия наклонной плоскости равен 80 % . Угол наклона плоскости к горизонту равен 30º. Чтобы тащить вверх по этой плоскости ящик массой 120 кг, к нему надо приложить силу, направленную параллельно плоскости и равную

1) 480 Н 2) 600 Н 3) 750 Н 4) 1040 Н

18(А) При вылете из пружинного пистолета вертикально вверх шарик массой 100 г поднимается до максимальной высоты 2 м. Какова жесткость пружины, если до выстрела она была сжата на 5 см? сопротивлением воздуха пренебречь.

1) 1600 Н/м 3) 800 Н/м

2) 3200 Н/м 4) 160 Н/м

19(В) Мальчик на санках общей массой 50кг спустился с ледяной горы. Коэффициент трения при его движении по горизонтальной поверхности равен 0,2. Расстояние, которое мальчик проехал по горизонтали до остановки, равно 30 м. Чему равна высота горы? Считать, что по склону горы санки скользили без трения.

20(С) Шар массой 1 кг, подвешенный на нити длиной 90 см, отводят от положения равновесия и отпускают. В момент прохождения шаром положения равновесия в него попадает пуля массой 10 г, летящая навстречу шару со скоростью 300 м/с. Она пробивает его и вылетает горизонтально со скоростью 200 м/с, после чего шар, продолжая движение в прежнем направлении, отклоняется на угол 39º. Определите начальный угол отклонения шара. (Массу шара считать неизменной, диаметр шара – пренебрежимо малым по сравнению с длиной нити, cos39º = )

Ответы к тренировочным заданиям.

1А 2 А 3 А 4 А 5 А 6 А 7 А 8 А 9 А 10 А

11 А 12 А 13 А 14 А 15 А 16 А 17 А 18 А 19 А 20 А
6м 60º
20(С) Из закона сохранения механической энергии найдем скорость шара после попадания и вылета из него пули u´=

Из закона сохранения импульса найдем скорость шара в нижней точке до попадания пули

Mu-mυ₁= M u´-mυ₂→ u = u´+m(υ₁ -υ₂)/M

Закон сохранения энергии для шара до попадания пули Mu²/2=Mgl(1-cosα) cosα = 1/2 α = arccos(0,5) = 60º

Контрольные задания.

1(А) Тело свободно падает на Землю. Изменяется ли при падении тела импульс тела, импульс Земли и суммарный импульс системы «тело + Земля», если считать эту систему замкнутой?

1) импульс тела, импульс Земли и импульс системы «тело + Земля» не изменяются

2) импульс тела изменяется, а импульс Земли и импульс системы «тело + Земля» не изменяются

3) импульс тела и импульс Земли изменяются, а импульс системы «тело + Земля» не изменяется

4) импульс тела, импульс Земли и импульс системы «тело + Земля» изменяются

2(А)Шары одинаковой массы движутся так, как показано на рисунке, и абсолютно неупруго соударяются.

Как будет направлен импульс

шаров после соударения?

1) 2) 3) 4)

3(А)Тело движется по прямой. Начальный импульс тела равен 50 кг∙м/с. Под действием постоянной силы 10 Н за 2 с импульс тела уменьшился и стал равен

1) 10 кг∙м/с 3) 30 кг∙м/с

2) 20 кг∙м/с 4) 45 кг∙м/с

4(А)Если на вагонетку массой m, движущейся по горизонтальным рельсам со скоростью u, сверху вертикально опустить груз, масса которого равна половине массы вагонетки, то скорость вагонетки с грузом станет равной

1) υ 2) υ 3) υ 4) υ

5(А)Тележка массой m, движущаяся со скоростью u, сталкивается с неподвижной тележкой той же массы и сцепляется с ней. Скорость тележек после взаимодействия …

1) 2) 3) υ 4) 2υ

6(А)На горизонтальной поверхности находится тело, на которое действуют с силой 10 Н, направленной под углом 60º к горизонту. Под действием этой силы тело перемещается по поверхности на 5 м. Определите работу этой силы.

1) 3000 Дж 2) 50 Дж 3) 25 Дж 4) 0 Дж

7(А)Подъемный кран равномерно поднимает груз массой 2 т на высоту 12 м за 10с. Чему равна мощность подъемного крана?

1) 12 кВт 2) 24 кВт 3) 6 кВт 4) 240 кВт

8(А) Сила тяги двигателя автомашины равна 2 кН. Автомашина движется равномерно со скоростью 72 км/ч. Какова мощность двигателя?

1) 20 кВт 2) 10 кВт 3) 4 кВт 4) 40 кВт

9(А)Автомобиль массой 2 тонны движется равномерно по мосту. Скорость автомобиля равна 36 км/ч. Кинетическая энергия автомобиля равна

1) 200 кДж 3) 100 кДж

2) 20 кДж 4) 10 кДж

10(А)На рисунке представлен график зависимости скорости грузовика массой 1 тонна от времени. Чему равна кинетическая энергия грузовика в момент времени t = 2с?u, м/с

1) 50 кДж

2) 60 кДж

3) 5 кДж

4) 10 кДжt, с

11(А) Как изменится потенциальная энергия упруго деформированной пружины при увеличении ее удлинения в 3 раза?

1) увеличится в 9 раз

2) увеличится в 3 раза

3) уменьшится в 3 раза

4) уменьшится в 9 раз

12(А)На рисунке представлена траектория движения тела, брошенного под углом к горизонту. В какой из четырех точек, отмеченных на траектории, потенциальная энергия тела имеет минимальное значение?

1) 1 3) 3

2) 2 4) 4

13(А)Под действием груза массой 200 г пружина растянулась на 0,2 м. Потенциальная энергия пружины при удлинении равна

1) 0,2 Дж 2) 0,4 Дж 3) 0,1 Дж 4) 2 Дж

14(А)Шарик массой m движется со скоростью u. После упругого соударения со стенкой он стал двигаться в противоположном направлении, но с такой же по модулю скоростью. Чему равна работа силы упругости, действовавшей на шарик со стороны стенки?

1) 2) mυ² 3) 4) 0

15(А)Камень брошен вертикально вверх со скоростью 10 м/с. На какой высоте кинетическая энергия камня равна его потенциальной энергии?

1) 5 м 2) 2,5 м 3) 3 м 4) 4 м

16(А)Лыжник массой 60 кг спустился с горы высотой 20 м. Чему равна сила сопротивления его движению по горизонтальной лыжне после спуска, если он остановился, проехав 200 м? Считать, что на склоне горы трения нет.

1) 120 Н 2) 60 Н 3) 30 Н 4) 80 Н

17(А) Коэффициент полезного действия наклонной плоскости 75 %. Вверх по этой плоскости тащат ящик массой 90 кг, прикладывая к нему силу, направленную параллельно плоскости и равную 600 Н. Чему равен угол наклона плоскости к горизонту?

1) 45º 2) 30º 3) 20º 4) 50º

18(А) Закрепленный пружинный пистолет стреляет вертикально вверх. Как рассчитать массу пули m, если высота подъема в результате выстрела равна h, жесткость пружины равна k, а деформация пружины перед выстрелом равна ∆l? Трением и массой пружины пренебречь; считать ∆l<<h.

1) 2) 3) 4)

19(В) Груз массой 100 г привязали к нити длиной 1 м. Нить с грузом отвели от вертикали на угол 90º и отпустили. Каково центростремительное ускорение груза в момент, когда нить образует с вертикалью угол 60º? Сопротивлением воздуха пренебречь.

20(С)Начальная скорость снаряда, выпущенного из пушки вертикально вверх, равна 200 м/с. В точке максимального подъема снаряд разорвался на два одинаковых осколка. Первый упал на землю вблизи точки выстрела, имея скорость в 2 раза больше начальной скорости снаряда. На какую максимальную высоту поднялся второй осколок? Сопротивлением воздуха пренебречь.

Ответы к контрольным заданиям.

1А 2 А 3 А 4 А 5 А 6 А 7 А 8 А 9 А 10 А

11 А 12 А 13 А 14 А 15 А 16 А 17 А 18 А 19 А 20 А

Поиск по сайту:
Физическая академия (O — Уровень …
Тема: Работа, Сила, Энергия
(O — Стандарт уровня) Это примечание довольно длинное — 55 MCQ и многое другое — я надеюсь, что текст поможет серьезным студентам оценить свои навыки . В случае затруднений студентам рекомендуется проконсультироваться со своим учителем-предметником или ME.
Энергия
Энергия определяется как способность выполнять работу
Единица СИ — джоуль (Дж)
Энергия — это скалярная величина
Кинетическая энергия — это энергия тела обладает из-за своего движения
Кинетическая энергия может быть классифицирована в
Поступательная кинетическая энергия: телами в поступательном движении
(например, движущийся поезд) = 1/2 mv2
Вращательная кинетическая энергия: обладает телами в
вращательном движении (например, вращающееся веселье) -круглый)
Потенциальная энергия — это энергия, которой тело обладает благодаря своему положению или состоянию.
Потенциальная энергия может быть классифицирована по:
Гравитационная потенциальная энергия: которой обладает тело благодаря своему состоянию. position = mgh
Упругая потенциальная энергия: обладает телом из-за его напряженного состояния при растяжении или сжатии
Q — 1 Шар массой 500 г движется со скоростью 5 м / с.Какова кинетическая энергия мяча?
Ответ:
кинетическая энергия = 1/2 мв2 = 1/2 x 0,5 x 5 x 5 = 6,25 Дж
Q — 2 Arpa имеет массу 40 кг. Она поднимается по лестнице из 20 ступенек высотой 0,25 м каждая. Вычислите ее выигрыш в гравитационной потенциальной энергии
Ответ:
выигрыш в гравитационной потенциальной энергии = mgh = 40 x 10 x (20 x 0,25) = 2000 Дж
Принцип сохранения энергии
Утверждает, что энергия не может быть создана, не уничтожена может быть преобразован из одной формы в другую без изменения его общего количества.
Это означает, что общая энергия, вводимая в процесс, совпадает с общей выходной энергией.

Q — 3 Мяч массой 3 кг падает с высоты 5 м.
и. вычислить гравитационную потенциальную энергию мяча до его падения
ii. рассчитать скорость мяча при ударе о землю
iii. если мяч отскакивает на высоту 3 м, с какой скоростью он отрывается от земли?
iv. объясните, почему мяч не достигает своей первоначальной высоты, когда он снова подпрыгивает вверх
Ответ:
i.гравитационная потенциальная энергия = mgh = 3 x 10 x 5 = 150 Дж
ii. Кинетическая энергия мяча при ударе о землю равна исходной гравитационной потенциальной энергии мяча, поэтому кинетическая энергия мяча при ударе о землю = 150 Дж
Если мяч ударяется о землю со скоростью v,
1/2 mv2 = 150
v2 = (150-2) / 3 = 100
v = 10 мс-1
iii. Кинетическая энергия мяча при отрыве от земли равна его гравитационной потенциальной энергии при подъеме на максимальную высоту, то есть 3 метра.
Гравитационная потенциальная энергия мяча на высоте 3 м над землей = 3 x 10 x 3 = 90 Дж
Кинетическая энергия мяча, покидающего землю = 90 Дж
Если мяч отрывается от земли со скоростью v,
1/2 mv2 = 90
v2 = (90 x 2) / 3
v = 7,746 мс-1
iv. Поскольку часть его кинетической энергии преобразуется в другие формы энергии, такие как звук и тепло, когда он ударяется о землю
Q — 4 Маятник массой 0,5 кг перемещается вбок, пока не поднимется на высоту 0 по вертикали.2м. Рассчитайте скорость боба на его
i. самая высокая точка
ii. самая низкая точка
i. в наивысшей точке кинетическая энергия боба = 0
, если скорость боба в его наивысшей точке равна v,
1/2 mv2 = 0
1/2 x 0,5 xv = 0
v2 = 0
v = 0
ii. согласно принципу сохранения энергии, кинетическая энергия в самой низкой точке равна гравитационной потенциальной энергии в самой высокой точке.
Если скорость боба в его самой низкой точке равна v,
1/2 mv2 = mgh
v2 = 2 x 10 x 0.2 = 4
v = 2 м / с
Мощность и КПД
Мощность определяется как скорость выполнения работы
Мощность = выполненная работа / затраченное время
Единица СИ — ватт (Вт)
Эффективность — это отношение полезной выходной энергии к общей входящей энергии
или отношение полезной мощности к общей входной мощности.
КПД = (полезная выходная энергия / входная энергия) x 100%
Q — 5 Кран может поднять груз массой 200 кг на высоту 5 м по вертикали за 4 с. Вычислить
i. выходная мощность двигателя крана
ii.КПД двигателя при потребляемой мощности 5 кВт
Ответ:
i. выходная мощность = выполненная работа / затраченное время = (200 x 10 x 5) / 4 = 2500 Вт
ii. КПД двигателя = (выходная мощность / потребляемая мощность) x 100% = (2500/5000) x 100% = 50%
Трение
Чистая сила, замедляющая движущиеся объекты
Действует в направлении, противоположном движению объекта
1. Статическое трение
, связанное с неподвижными объектами.
величина приложенной силы = величина трения
2.Движущееся трение
приложенная сила не влияет на трение
на нее может повлиять поверхность или резкое изменение массы
Преимущества трения
позволяет ходить
тормоза транспортных средств
Недостатки
снижают эффективность машин
энергия теряется в виде тепла
Методы уменьшения трения
смазочные материалы
шарикоподшипники
, чтобы движущиеся части были более гладкими
Конечная скорость
Чем больше скорость объекта, тем выше сопротивление воздуха.
Конечная скорость возникает, когда ускоряющая сила и сила сопротивления на объекте уравновешены
Ключевые идеи:
Силы сопротивления / сопротивления на объектах увеличиваются с увеличением скорости для объектов, движущихся в жидкости, например воздух или вода.
Когда ускоряющая сила и сила сопротивления уравновешены, Первый закон Ньютона гласит, что объект будет продолжать двигаться с постоянной скоростью.
Когда объект достигает предельной скорости, сила тяжести и сопротивление воздуха уравновешиваются, объект падает с постоянной скоростью и не ускоряется.
Факторы, влияющие на: размер, площадь поверхности, вес и характер среды, на которой летит объект.
Если объект падает в вакууме, сопротивление воздуха не возникает, поэтому ускорение происходит только за счет силы тяжести.
Инерция
Сопротивление объекта изменению.
Чем больше масса, тем она прочнее.
Покоящийся объект будет оставаться в покое, а объект в движении останется с постоянной скоростью при отсутствии результирующей силы.
Энергия, Работа, Мощность
Определение: Работа, выполняемая над объектом, — это когда к объекту прикладывается постоянная сила, создавая расстояние, перемещающееся в направлении силы.
Один джоуль работы выполняется, когда сила в один Ньютон перемещается на расстояние в один метр в направлении силы.
Работа по уравнению = Сила x Расстояние
Примечания Работа с объектом выполняется только тогда, когда сила, приложенная к нему
, вызывает движение.
Единица СИ
Джоуль (Дж)
Энергия — это способность выполнять работу.
K.E. = (1/2) (mv2)
m = масса
v = скорость
P.E. = mgh
m = масса
g = ускорение свободного падения
h = высота
Существует много различных типов энергии, таких как поступательная, вращательная и колебательная кинетическая энергия.
Принцип сохранения энергии гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, а может только переходить из одной формы в другую.
Единица СИ
Джоуль (Дж)
Мощность определяется как скорость выполнения работы
— Скорость передачи / преобразования энергии
Один ватт производится, когда 1 джоуль работы выполняется за 1 секунду.
Мощность = Работа / Время
Мощность = Энергия / Время
Единица СИ
Ватт (Вт)
Эффективность = (полезная выходная энергия / общая потребляемая энергия) x 100
Бонус: возобновляемые источники энергии
Возобновляемые источники энергии — это те, которые не расходуются как ископаемое топливо.
Их можно использовать в больших масштабах, в основном для выработки электроэнергии, или в отдельных зданиях для отопления или выработки электроэнергии.
У всех этих ресурсов есть достоинства и недостатки.
Для эффективного использования возобновляемых ресурсов необходимо использовать комбинацию различных ресурсов как в национальном, так и в местном масштабе.
Рабочие примеры
1. камень массой 5 кг падает с расстояния 2,0 м. Найдите работу, проделанную гравитацией на камне.
Выполненная работа = сила x расстояние = вес x расстояние = (5 x 10) x 2 = 100 Дж
2. Рассчитайте работу, выполненную против силы тяжести при подъеме груза массой 50 Н на вертикальное расстояние 30 см
Выполненная работа = сила x расстояние = вес x расстояние = 50 x (30/100) J = 15J
3.Объект весом 25 кг перемещается на 2 м по гладкой горизонтальной поверхности. Найдите работу, выполненную по ее весу
Вес объекта = 25 x 10 = 250 Н, действующий вертикально вниз
Работа, выполненная по весу = 250 x 0 = 0 Дж (потому что вертикальное расстояние перемещено = 0)
Вопросы MCQ
1. Когда книга массой 2 кг проталкивался вдоль горизонтальной поверхности стола, измеренная сила трения составила 5 Н. Когда книгу толкали по тому же столу с силой 9 Н, она двигалась с постоянной
а. ускорение 2.0 м / с2
б. ускорение 25 м / с2
c. скорость 2,0 м / с
d. скорость 2,5 м / с2
2. Баллон, наполненный газом, имеет общий вес 1800N. Воздушный шар опускается с постоянной скоростью 3 м / с. Какая результирующая сила действует на воздушный шар во время спуска?
а. 0Н
б. 600N
г. 1800N
г. 5400N
3. Кран поднимает груз силой 8000N на вертикальное расстояние 20 м за 4 секунды. Какая средняя мощность при этой операции?
а. 100 Вт
б. 1600 Вт
г.40000Вт
г. 640000W
4. Игрушечная машинка А, движущаяся со скоростью 30 м / с, имеет кинетическую энергию 900 Дж. Другая игрушечная машинка B имеет вдвое большую массу, чем игрушечная машина A. Если игрушечная машинка B движется со скоростью 15 м / с, какова кинетическая энергия игрушечной машинки B?
а. 450J
б. 900J
г. 1800J
г. 3600J
5. Люминесцентная лампа мощностью 60 Вт преобразует половину подаваемой электроэнергии в энергию света. Сколько световой энергии он излучает за 1 минуту?
а. 30W
б. 60 Вт
г. 1800Вт
г.3600W
6. Электродвигатель используется для подъема нагрузки 200N на расстояние 3 м за 5 секунд. Если двигатель имеет КПД 40%, какова общая электрическая энергия, потребляемая двигателем за одну секунду?
а. 48W
б. 300 Вт
г. 1200Вт
г. 3000W
7. На гладкий стол ставится тележка массой 1,5 кг. Если на тележку действует постоянная сила в 6 Н, ускорение, создаваемое этой силой, составит
а. 0,25 мс-2
б. 4 мс-2
г. 4.5 мс-2
д. 7,5 мс-2
8.Объект массой 2 кг движется с постоянной скоростью, когда на него действует постоянная сила 10 Н. При увеличении усилия до 20 Н ускорение составит
а. 4 мс-2
б. 5 мс-2
г. 6 мс-2
д. 10 мс-2
9. Вес ракеты в космосе равен нулю, потому что
a. его масса становится равной нулю
б. нет силы трения
c. нет гравитационной силы
d. ракета неподвижна
10. Шар массой 0,2 кг брошен на высоту 15 м.Как изменилась его гравитационная потенциальная энергия? (г = 10 Н / кг)
а. 0,3 Дж
б. 3,0 Дж
г. 7,5 Дж
г. 30 Дж
e. 75 J
11. Мальчик толкает игрушечную тележку по ровной дороге и отпускает ее. Поскольку тележка замедляется, наибольшее изменение энергии происходит с
а. химический для нагрева
б. химическое в кинетическое
c. нагрев до кинетического
d. кинетический в химический
e. кинетическая для нагрева
12. Девушке с массой 400 Н требуется 4 секунды, чтобы подняться по лестнице высотой 3 метра. Какая у нее средняя скорость?
а.0,75 м / с
б. 0,8 м / с
c. 1,25 м / с
д. 1,33 м / с
e. 12 м / с
13. Сколько потенциальной энергии она получает? (из вопроса 12)
а. 120 Дж
б. 200 Дж
г. 400 Дж
г. 1200 Дж
эл. 2000 J
14. Блок массой 2 кг скользит из состояния покоя на расстояние 20 м по спуску без трения высотой 10 м. Какова кинетическая энергия блока внизу склона? (g = 10 мс-2)
а. 20 Дж
б. 40 Дж
г. 200 Дж
г. 400 Дж
эл. 800 Дж
15.Каковы основные изменения энергии на гидроэлектростанции?
а. электрические -> кинетические -> тепловые
b. тепло -> электрический -> кинетический
c. кинетическая -> легкая -> электрическая
d. кинетическая -> потенциальная -> легкая
эл. потенциал -> кинетический -> электрический
16. Электродвигатель работает с постоянным входным напряжением 250 В и током 4 А, увеличивая при этом нагрузку в 1000 Н. Если предположить, что двигатель и трансмиссия имеют 100% КПД, сколько времени нужно, чтобы поднять груз вертикально на расстояние 10 м?
а.1 с
б. 1,5 с
г. 4 с
д. 10 с
e 250 с
17. Неподвижный объект не выполняет никаких действий, потому что
a. на объект не действует сила
b. расстояние не перемещается
c. тепло не производится
г. на объект действует трение
18. Груз весом 40 г поднимается вертикально от земли на высоту 50 см, работа, выполняемая при подъеме груза, составляет
a. 0,02J
б. 20J
г. 0.2J
г. 2000J
19. При свободном падении работу выполняет
a.сила трения
б. магнитная сила
c. гравитационная сила
d. центростремительная сила
20. Кинетическая энергия преобразуется в гравитационную потенциальную энергию, когда
a. капля дождя падает с неба
б. резинка натянута
гр. камень брошен вверх
d. пуля стреляет горизонтально
21. Молот копателя поднимается на высоту 2 м за 0,5 с. Если масса молота составляет 500 кг, мощность, необходимая для подъема, составляет
а. 500 Вт
б.1000 Вт
г. 2000Вт
г. 20000W
22. Автомобиль движется с постоянной скоростью 10 м / с. Какова мощность автомобиля, если общие силы сопротивления, действующие на него, составляют 400 Н?
а. 1/40 Вт
б. 40 Вт
г. 400Вт
г. 4000W
23. К объекту на горизонтальной поверхности без трения прилагается известная сила. Какое свойство объекта необходимо знать, чтобы рассчитать его ускорение?
а. плотность
б. масса
гр. площадь
дн. том
эл. вес
24.Какое выражение используется для вычисления силы?
а. частота x длина волны
b. масса x ускорение
c. мощность + время
д. давление x площадь
e. работа x расстояние
25. Что из следующего является векторной величиной?
а. энергия
б. масса
гр. температура
г. время
эл. скорость
26. Когда к телу прикладывается сила, возможны несколько эффектов. Какие из следующих эффектов не могли произойти?
а. тело разгоняется
б. корпус вращается на
c.тело меняет направление
d. давление на корпус увеличивается на
у.е. масса тела уменьшается
27. Девушке весом 400 Н требуется 4 секунды, чтобы подняться по лестнице, как показано на диаграмме. Какая у нее средняя скорость?
а. 0,75 м / с
б. 0,8 м / с
c. 1,25 м / с
д. 1,33 м / с
e. 12 м / с
28. Сколько потенциальной энергии она получает? (из кв. 27)
а. 120 Дж
б. 200 Дж
г. 400 Дж
г. 1200 Дж
г. 2000 Дж
29. Электродвигатель может поднять груз массой 2000 Н на высоту 10 м за 20 секунд.Какая мощность у мотора?
а. 10 Вт
б. 1000 Вт
г. 2000 Вт
г. 4000 Вт
эл. 400 000 Вт
30. Каковы основные изменения энергии на гидроэлектростанции?
а. электрические -> кинетические -> тепловые
b. тепло -> электрический -> kinetuc
c. кинетическая -> легкая -> электрическая
d. кинетическая -> потенциальная -> легкая
эл. потенциал -> кинетический -> электрический
31. Спиральная пружина имеет естественную длину 10,0 см.Когда груз 5 Н помещается на один конец, а другой конец закреплен на крючке, длина пружины становится 11,0 см. Какова новая длина пружины при нагрузке 20 Н?
а. 12,0см
б. 14.0см
г. 20.0см
г. 44,0см
32. Тело массой 4 кг кладут на поверхность без трения. Он приводится в движение пружинным балансом, а создаваемое ускорение составляет 1 м / с2. Что показывает весы на пружинах?
а. 4Н
б. 5Н
г. 36Н
г. 40Н
33.Тело весит 50 Н на Земле, где ускорение свободного падения составляет 10 м / с2. Когда его доставят на Луну, где ускорение свободного падения составляет 1,6 м / с2, тело будет иметь вес в ньютонах
а. ноль
б. 8
с. 50
г. 80
34. Парашютист, тело и оборудование которого имеют общую массу 150 кг, спускается вертикально по воздуху с постоянной скоростью 10 м / с. Принимая g = 10 м / с2, результирующая сила, действующая на него при этом спуске, составляет
а. 1500N вверх
б. 150N вверх
c.0N
г. 1500N вниз
35. Мужчина весит 600N. Он поднимается по лестнице общей высотой 4 метра за 3 секунды. Насколько силен этот человек?
а. 450 Вт
б. 800 Вт
г. 2400 Вт
г. 7200 W
36. Когда две силы объединяются, величина результирующей зависит от угла между двумя силами. Что из следующего не может быть равнодействующей при объединении сил величиной 3N и 4N?
а. 1 N
б. 3 Н
г. 7 N
г.8 N
37. Камень массой 20 кг движется в космосе со скоростью 6 м / с. Какова его кинетическая энергия?
а. 60 Дж
б. 120 Дж
г. 360 Дж
г. 720 Дж
38. Блок массой 6 кг протягивается по шероховатой поверхности силой 54 Н против силы трения F. Ускорение блока составляет 6 м / с2. Какое значение имеет F?
а. 9 Н
б. 18 N
г. 36 Н
г. 54 N
39. Девушка весом 500 N поднимается по лестнице за 10 с. Высота лестницы по вертикали 5 м.Какую среднюю силу развивает девушка?
а. 50 Вт
б. 100 Вт
г. 250 Вт
г. 1000 Вт
40. Когда деревянный брусок массой 2 кг толкают по горизонтальной плоской поверхности скамейки, сила трения составляет 4Н. Когда блок толкается по скамейке с силой 10 Н, он перемещается с постоянной величиной
а. скорость 3 м / с
б. скорость 5 м / с
c. ускорение 3 м / с2
d. ускорение 5 м / с2
41. Человек прикладывает горизонтальную силу 600 Н к коробке, которая также испытывает силу трения 200 Н.Если для перемещения коробки на 3,0 м требуется 4,0 с, какова средняя полезная мощность?
а. 150 Вт
б. 300 Вт
г. 450 Вт
г. 600 Вт
42. Что из следующего лучше всего описывает полезное изменение энергии, которое происходит внутри мобильного телефона при воспроизведении звука?
а. электрическая энергия -> звуковая энергия
b. химическая энергия -> электрическая энергия -> тепловая энергия
c. химическая энергия -> тепловая энергия -> электрическая энергия + звуковая энергия
d. химическая энергия -> электрическая энергия -> звуковая энергия
43.Автомобиль едет по склону с постоянной скоростью. Что из следующего описывает преобразование энергии в системе?
а. химическое превращение в кинетическое
б. химическое вещество в потенциал
c. кинетическая в потенциал
d. потенциал в кинетический
44. Автомобиль спускается по склону с постоянной скоростью. Что из следующего описывает преобразование энергии?
а. химическое превращение в кинетическое
б. химическое вещество в потенциал
c. кинетическая в потенциал
d. потенциал в тепло
45.Какое влияние оказывает сопротивление воздуха на падающий объект?
а. скорость объекта снижена
б. ускорение объекта снижено
c. расстояние, пройденное объектом уменьшается на
d. направление движения объекта изменяется
46. Объект движется строго на восток с постоянной скоростью 5 м / с, прежде чем на объект одновременно действуют две равные и противоположные силы в 10 Н. Объект будет
а. двигаться с большей скоростью в том же направлении
b.двигаться с меньшей скоростью в том же направлении
c. продолжить движение с той же скоростью в том же направлении
d. изменить направление движения и двигаться в противоположном направлении
47. На однородную прямоугольную доску размером 8 х 2 м действуют три силы по краям. X — стержень в центре доски.
Каким должно быть значение F, чтобы доска оставалась в равновесии?
а. 35Н
б. 40Н
г. 45Н
г. 50N
48. Человек прикладывает горизонтальную силу 500N к коробке, которая также испытывает силу трения 100N.Сколько работы выполняется против трения, когда ящик перемещается на 3 метра по горизонтали?
а. 300J
б. 1200J
г. 1500J
г. 1800J
50. К объекту на поверхности прилагается сила с силой трения 2,0 Н. Он производит ускорение 3 мс-2. Каковы возможные значения приложенной силы и массы объекта?
Сила / Н Масса / кг
а. 15 5
г. 6 2
г. 2 2
г.17 5
51. Тележка весом 5,0 Н тянется по ровной скамье с горизонтальным усилием 10 Н. Сила трения, действующая на колеса тележки, составляет 2,0 Н. Какова величина результирующей силы, заставляющей тележку ускоряться?
а. 3.0N
б. 8.0N
г. 10Н
г. 13N
52. Автобус имеет общую массу 12 000 кг. Он движется по горизонтальному участку дороги со скоростью 10 м / с. Затем он ускоряется, достигая конечной скорости 30 м / с через 16 секунд.Какова средняя равнодействующая сила, действующая на автобус при ускорении?
а. 7500N
б. 9600N
г. 15000Н
г. 22500N
53. Мальчик толкает игрушечную тележку по дороге и отпускает ее. Поскольку тележка замедляется, наибольшее изменение энергии происходит с
а. нагрев до кинетического
b. кинетическая для нагрева
c. кинетическая к потенциалу
d. потенциал к нагреву
54. На высоте 20 м над землей объект массой 4,0 кг выходит из состояния покоя.Когда он ударяется о землю, он движется со скоростью 20 м / с. Объект не отскакивает, а сила гравитационного поля составляет 10 Н / кг. Сколько энергии преобразуется в тепло и звук при ударе?
а. 40J
б. 80J
г. 800J
г. 1600J
55. Автомобиль движется с места с равномерным ускорением по горизонтальной дороге. Пройдя расстояние 100 м, он имеет кинетическую энергию, равную 200 000 Дж. Какая равнодействующая сила действует на машину?
а. 100Н
б. 1000N
г.2000Н
г. 20 000N
Ответы MCQ
1. a
2. a
3. c
4. a
5. c
6. b
7. b
8. b
9. c
10. d
11. e
12. c
13. d
14. c
15. e
16. d
17. b
18. b
19. c
20. c
21. d
22. d
23. b
24 . b
25. e
26. e
27. c
28. d
29. b
30. e
31. b
32. a
33. b
34. c
35. b
36. d
37. c
38. b
39.c
40. c
41. b
42. d (энергия сохраняется в телефоне в виде химической энергии в батарее)
43. b («постоянная скорость» означает отсутствие изменений кинетической энергии)
44. d (как указано выше )
45. b (сопротивление воздуха никогда не может замедлить падающий объект, но может вызвать только ускорение падающего объекта менее 10 м / с2)
46. c (когда на объект действует пара равной и противоположной силы, силы компенсируют усилия друг друга, и поэтому результирующая сила, действующая на объект, равна нулю.)
47. c
48. a
50. d
51. b
52. c
53. b
54. c
55. c
Структурированный вопрос и рабочие решения
1. Кратко опишите изменения энергии в производство электроэнергии от
а. сжигание угля
б. ветроэнергетика
c. деление ядра
Решение
а. химическая энергия -> тепловая и световая энергия -> скрытая энергия парообразования -> кинетическая энергия пара -> кинетическая энергия турбин -> кинетическая энергия генератора -> электрическая энергия
b.кинетическая энергия воздуха -> кинетическая энергия ветряка -> кинетическая энергия генератора -> электрическая энергия
c. ядерная энергия урана -> тепловая энергия -> скрытая теплота парообразования -> кинетическая энергия пара -> кинетическая энергия турбин -> кинетическая энергия генератора -> электрическая энергия
2. Мальчик массой 30 кг подбегает на полёт лестница на этаж высотой 5,5 м за 6,0 сек. Принимая вес 1 кг = 10 Н, рассчитайте
a. работа мальчика против силы тяжести
b.средняя сила, развиваемая мальчиком
Раствор
а. проделанная работа = вес x расстояние = 30 x 10 x 5,5 = 1650 Дж
b. средняя мощность = проделанная работа / время = 1650/6 = 275 Вт
3 Автомобиль с бензиновым двигателем ускоряется от состояния покоя до крейсерской скорости по прямой ровной дороге.
и. указать основные изменения энергии в автомобиле и его окружении
ii. теперь машина поднимается по склону без изменения скорости. Объясните, будет ли расход бензина увеличиваться, оставаться прежним или уменьшаться
Решение
i.химическая потенциальная энергия -> кинетическая энергия автомобиля -> внутренняя энергия, полученная дорогой и воздухом
Химическая энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию автомобиля и внутреннюю энергию, получаемую воздухом и дорогой в результате трения.
ii. скорость расхода бензина увеличивается. Когда автомобиль поднимается по склону, он получает потенциальную энергию гравитации из-за работы, выполняемой против силы тяжести.
4. Полезная выходная мощность небольшого двигателя постоянного тока используется для увеличения нагрузки до 0.75 кг на расстоянии 1,2 м по вертикали. Затраченное время — 18.0 с. Напряжение на двигателе и ток через него постоянны и составляют 6,0 В и 0,30 А соответственно. Предполагая, что сила тяжести, действующая на массу 1,0 кг, равна 10 Н, вычислите
i. потребляемая мощность двигателя
ii. проделанная работа по подъему груза
iii. полезная выходная мощность, развиваемая двигателем
Решение
I. Потребляемая мощность двигателя = IV = 0,30 x 6,0 = 1,80 Вт
ii. выполненная работа = сила x расстояние = 0.75 x 10 x 1,2 = 9 Дж
iii. выходная мощность = проделанная работа / время = 9/18 = 0,50 Вт
5 Каменщик поднимает 12 кирпичей каждый весом 20 Н на высоту 1,2 м по вертикали за 30 с. и разместите их на стене. Вычислить
а. работа проделана
б. средняя необходимая мощность
Решение
a. выполненная работа = общий вес x высота = 12 x 20 x 1,2 = 288 Дж
b. средняя необходимая мощность = выполненная работа / время = 288/30 = 9,6 Вт
6 Маленький твердый шар массой 0,14 кг бросается вертикально вверх и достигает высоты 12 м над точкой, из которой он был брошен.
Вычислите наименьшее количество энергии, которое должно быть отдано при броске. (примите силу тяжести на 1 кг равной 10 Н)
В безветренный день надутый шар гораздо большего объема, но с той же массой поднимается вверх с той же энергией. Достигает значительно меньшей высоты. Кратко объясните, почему это так.
Решение
Требуемая энергия = выполненная работа = сила x расстояние = 0,14 x 10 x 12 = 16,8 Дж
Чем больше объем, тем больше площадь поверхности шара, поэтому он будет испытывать большее сопротивление.Следовательно, теряется некоторая энергия, что приводит к уменьшению высоты.
7. Спортсмен метает копье массой 0,80 кг так, чтобы его центр тяжести был поднят с высоты 2,0 м над уровнем земли в момент выпуска до максимальной высоты 14,0 во время полета.
Рассчитайте энергию, чтобы поднять его против силы тяжести на эту высоту. (сила тяжести на 1 кг составляет 10 Н)
Объясните, почему энергия, с которой копье покидает руку спортсмена, значительно превышает энергию, рассчитанную выше.
Решение
вертикальное расстояние = 12 м
Сила = 0,8 x 10 = 8 Н
выполненная работа = сила x расстояние = 8 x 12 = 96 Дж
Это потому, что рассчитанная энергия относится к работе, выполненной для подъема копье вертикально вверх. В движении копье также движется по горизонтали. Поэтому для выполнения работы требуется дополнительная энергия.
8 Постоянная сила 6,0 Н прикладывается горизонтально к телу массой 4,0 кг, которое изначально находится в состоянии покоя. За 2,0 с, в течение которых действует сила, масса перемещается на 3.0 м в направлении силы. Предполагая, что движению нет сопротивления, найдите
a. работа проделана силой
б. результирующая кинетическая энергия тела
c. результирующая скорость тела
Решение
14a. выполненная работа = сила x расстояние = 6 x 3 = 18 Дж
14b. кинетическая энергия = проделанная работа = 18 Дж
14c, кинетическая энергия = 1/2 mv2
18 = 1/2 x 4v2
v = 3 м / с
9 Пустой лифт уравновешивается тяжелым куском металла.Некоторые люди общей массой 350 кг заходят в лифт и управляют им. Подъемник поднимается на 50 м за 60 с. Вычислить
а. проделанная работа по воспитанию людей
б. мощность, необходимая для этого
(примите вес 1 кг за 10 Н)
Решение
a. выполненная работа = сила x расстояние = 3500 x 50 = 175 000 Дж
b. мощность = проделанная работа / время = 175 000/60 = 2916,7 Вт
10. Пружина имеет длину 5,0 см, когда на ней не висит груз. Когда на него подвешивают груз весом 30 Н, его длина становится равной 11.0см. Как долго это будет, если вес груза будет изменен на 20Н?
Решение
9,0 см
11. Мальчик, едущий на велосипеде, имеет общую массу 60 кг и ускорение 0,6 м / с2. Рассчитайте ускоряющую силу, действующую на мальчика и велосипед.
Solution
36N
12. Масса 8 кг дает ускорение
a. 5 м / с2.
г. 40 см / с2.
Какая сила действует в каждом случае?
Решение
19a. 40Н
19б.3.2N
13. Масса поезда 2 х 106 кг. Двигатель развивает поступательное усилие 200 кН. При разгоне средняя сила лобового сопротивления составляет 80 кН.
а. Рассчитайте среднее ускорение поезда.
г. Поезд входит в туннель, как показано ниже, двигаясь под гору (A), горизонтально (B) и снова поднимаясь в гору (C).
По соображениям безопасности поезд должен поддерживать постоянную скорость в туннеле. Несмотря на то, что скорость остается постоянной, движущая сила двигателей меняется.
Укажите, больше ли движущая сила двигателя двигателя, меньше или равна силе сопротивления 80 кН на каждом из следующих участков пути. Предположим, что средняя сила сопротивления осталась прежней.
и. Скоростной спуск (A)
ii. Горизонтально (B)
iii. Восход (C)
Решение
a. F = ma
(200 x 1000N) — (80 x 1000N) = (2 x 106 кг) (a)
a = 0,060 мс-2
bi. Движущая сила меньше 80 кН
Примечание: Движущая сила вместе с весом поезда на склоне уравновешивает среднюю силу сопротивления.
bii. Движущая сила 80 кН.
biii. Движущая сила более 80 кН.
Примечание. Движущая сила должна быть больше 80 кН, чтобы уравновесить среднее сопротивление и вес поезда на склоне.
14а. Определите мощность и укажите ее единицы измерения в единицах СИ.
г. Уголь можно сжигать для производства пара для вращения турбин, приводящих в действие электрогенератор. При производстве электроэнергии коэффициент ввода энергии в один генератор равен 1.2 x 1013 Дж / час, когда выходная электрическая мощность составляет 1,2 x 10-3 Вт. Определите КПД (% выходной мощности по сравнению с входной) системы, работающей с этой скоростью.
Ответы
а. Темп выполненных работ, Дж / с
б. 36%
15. Коробка массой 2 кг развивает постоянную скорость 4 м / с при приложении горизонтальной силы 10 Н.
а. Какая сила трения действует на коробку?
г. Опишите движение коробки при увеличении силы с 10 до 12 Н.
Решение
а.Приложенная сила — противодействующая сила = ma
10 — F = 2 x 0
F = 10N
2b. Приложенная сила — противодействующая сила = ма
12 — 10 = 2 x a
a = 1 м / с2
Коробка имеет постоянное ускорение 1 м / с2
Ch. 7 задач и упражнений — физика в колледже для курсов AP®
Хотите процитировать, поделиться или изменить эту книгу? Эта книга Лицензия Creative Commons Attribution 4.0 и вы должны указать OpenStax.
Информация об авторстве
Если вы распространяете всю книгу или ее часть в печатном формате, тогда вы должны указать на каждой физической странице следующую атрибуцию:
Доступ бесплатно по адресу https: // openstax.организация / книги / колледж-физика-ап-курсы / страницы / 1-соединение-для-ап-р-курсов
Если вы распространяете всю книгу или ее часть в цифровом формате, тогда вы должны включать при каждом просмотре цифровой страницы следующую атрибуцию:
Доступ бесплатно на https://openstax.org/books/college-physics-ap-courses/pages/1-connection-for-ap-r-courses
Информация о цитировании
Используйте информацию ниже, чтобы создать ссылку.Мы рекомендуем использовать инструмент цитирования, такой как Вот этот.
Авторы: Грегг Вулф, Эрика Гаспер, Джон Стоук, Джули Кретчман, Дэвид Андерсон, Натан Чуба, Судхи Оберой, Лиза Пуджи, Ирина Люблинская, Дуглас Инграм
Издатель / сайт: OpenStax
Название книги: Физика в колледже для курсов AP®
Дата публикации: 12 августа 2015 г.
Местоположение: Хьюстон, Техас
URL книги: https: // openstax.организация / книги / колледж-физика-ап-курсы / страницы / 1-соединение-для-ап-р-курсов
URL раздела: https://openstax.org/books/college-physics-ap-courses/pages/7-problems-exercises
© 16 декабря 2020 г. Учебный контент, созданный OpenStax, находится под лицензией Creative Commons Attribution License 4.0. Название OpenStax, логотип OpenStax, обложки книг OpenStax, название OpenStax CNX и логотип OpenStax CNX не подпадают под действие лицензии Creative Commons и не могут быть воспроизведены без предварительного и явного письменного согласие Университета Райса.
Небо — предел: краны и подъемные устройства с приводом от человека
От самых ранних цивилизаций до начала индустриальной Революция, люди использовали чистую мускульную силу, организационные навыки и гениальная механика для подъема тяжестей, с которыми было бы невозможно справиться большинством кранов, работающих сегодня.
Самый мощный ручной кран в истории увеличил силу своего оператор 632 раза
Самый распространенный башенный кран, используемый сегодня в строительстве, имеет подъемный мощность от 12 до 20 тонн.Для нескольких строительных проектов в древней истории этого типа подъемного крана было бы совершенно недостаточно.
Большинство камней, составляющих почти 140 обнаруженных египетских пирамиды имеют вес «всего» от 2 до 3 тонн каждая, но все они структуры (построенные между 2750 и 1500 годами до нашей эры) также содержат каменные блоки весом 50 тонн, а иногда и больше. Храм Амона-Ра в Карнаке содержит лабиринт из 134 колонн, высотой 23 метра (75 футов). и поддерживающие перекладины весом от 60 до 70 тонн каждая.
18 основных блоков колонны Траяна в Риме весят более 53 тонн, и они были подняты на высоту 34 метра (111 футов). Римский Юпитер храм в Баальбеке содержит каменные блоки весом более 100 тонн, поднятые на высоту 19 метров (62 фута). Сегодня, чтобы поднять вес от 50 до 100 тонн на эту высоту, вам понадобится кран вроде это.
Иногда наши предки поднимали и более тяжелые камни. Надгробие Теодориха Великого в Равенне (около 520 г. н.э.) представляет собой камень весом 275 тонн. блок, который был поднят на высоту 10 метров.Храм, посвященный Фараон Хефр в Египте состоит из монолитных блоков весом до 425 тонн.
Самый большой египетский обелиск весил более 500 тонн и высотой более 30 метров, а самый большой обелиск в Королевство Аксум в Эфиопии (4 век н.э.), выросшее до подобного высота, весила 520 тонн. Колоссы Мемнона, две статуи 700 тонн каждый, были возведены на высоту 18 метров, а стены в Римский храмовый комплекс Баальбек (I век до н.э.) насчитывает почти 30 монолиты массой от 300 до 750 тонн каждый.
Только самые мощные современные краны могут обрабатывать камни из этого вес (см. рисунок выше. характеристики здесь).
Поднять строительные материалы на внушительную высоту казалось невозможным. проблема тоже. Александрийский маяк (3 век до н.э.) стоял более более 76 метров (250 футов) в высоту. Египетские пирамиды возвышаются до 147 г. метров. В средние века около 80 больших соборов и около 500 построены большие церкви высотой до 160 метров — из охват всех, кроме самого последнего искателя топ-модели краны (рисунок ниже).
Подъемная сила человека
Принимая во внимание тип кранов, которые потребуются сегодня, возникает вопрос, как наши предки смогли поднять такие внушительные веса без посторонней помощи. сложной техники. Дело в том, что у них было продвинутой техники. в их распоряжении. Единственное отличие от современных кранов в том, что эти машины работали на людях, а не на ископаемом топливе.
По сути, нет предела тому весу, который люди могут поднять одним простым движением. сила мышц.Также нет ограничений по высоте, до которой этот вес можно поднять. Единственное преимущество, что краны на ископаемом топливе привезли нам, это более высокая подъемная скорость .
Конечно, это не означает, что один человек может поднять что-либо на любую высоту, или что мы можем поднять что угодно до любой высоты, если мы просто соберем вместе достаточно людей. Но, начиная более 5000 лет назад инженеры разработали коллекцию машины, которые значительно увеличили подъемную силу человека или группа людей.
Подъемные устройства в основном использовались для строительства проектов, но (позже) также для погрузки и разгрузки товаров, для подъем парусов на судах и для горных работ.
Единственное преимущество, которое нам дали краны, работающие на ископаемом топливе, — это более высокая скорость подъема
Первоначально скорость подъема подъемных машин была крайне низкой, в то время как количество рабочей силы, необходимой для их эксплуатации, оставалось очень высокая. Однако к концу девятнадцатого века, незадолго до сила пара взяла верх, подъемные устройства с приводом от человека стали настолько сложными что один человек мог поднять 15-тонный грузовик в мгновение ока, используя только одну руку.
Механическое преимущество
Любое подъемное устройство имеет определенное механическое преимущество (МА), коэффициент посредством которого он умножает входную силу на выходную силу. Более низкий входная сила всегда должна применяться на большем расстоянии, чем большая выходная сила перемещается, а отношение расстояний равно отношение скоростей (VR).
Теоретически механическое преимущество (MA) = отношение скоростей (VR), так что в машине с механическим преимуществом 2 к 1, входное усилие составляет половину выходной силы, но оно должно быть приложено. более чем вдвое большее расстояние.На практике трение всегда снижает идеальную механическое преимущество машины. (источник).
Пандусы и рычаги
некоторые думают, что у египтян был более сложный подъем машины в их распоряжении большинство историков сходятся во мнении, что Египтяне использовали только самые простые подъемные устройства: наклонные. самолеты (пандусы и рычаги (принцип качелей или качелей, иллюстрация справа). Пандусы (вероятно) также использовались для возведения обелисков.
При перемещении объекта вверх по рампе, а не полностью вертикально, количество требуемой силы уменьшается за счет увеличения расстояние, которое он должен пройти.Механическое преимущество наклонной плоскости равна длине, разделенной на высоту откоса. Механический преимуществом рычага является расстояние между точкой опоры и точкой где прикладывается сила, деленная на расстояние между точками опоры и вес, который нужно поднять.
В то время как методы египтян давали значительное механическое преимущество из-за простого подъема груза вертикально с помощью веревки, требуемая рабочая сила оставалась очень высокой: не только для буксировки или переворачивания камни (для буксировки 2.5-тонный камень блок), но и построить, а затем убрать огромные земляные пандусы.
По оценкам историков, рабочая сила, которая строила пирамиду, составляла от 20 000 до 50 000 человек, иногда больше. Хотя такую структуру можно было построить сегодня, через несколько лет, с мощными кранами и небольшой рабочей силой, большинство пирамиды строились десятилетиями.
Рождение крана: шкив
Первые журавли появляются в Греции примерно с конца 6-го или начала 5-го века. век до нашей эры. Римляне, более стремившиеся строить большие памятники, переняли технологии и развил ее дальше.Самые ранние краны состояли из веревка прошла через шкив. Раньше он нашел применение в лифтинге. Из предметов одиночный шкив использовался с 8-го или 9-го века до нашей эры. и далее для забора воды из колодцев ( шадуф).
Одиночный шкив сам по себе не дает механических преимуществ, но он меняет направление тяги: легче тянуть вниз, чем тянуть вверх. Если толкнуть одной рукой вертикально вверх, получится около 150 Ньютон, при нажатии вертикально вниз одной рукой генерируется около 250 Ньютон (источник).
Постепенно механическое преимущество кранов увеличивалось за счет дополнительных технология. Значительное улучшение с 4-го века до нашей эры и до сих пор используется. сегодня это составной шкив: комбинация отдельных шкивов в блокировать. Механическое преимущество равно количеству используемых шкивов.
Кран с тройным шкивом («Trispastos») имеет два прикрепленных шкива. к крану и подвешенный к ним свободный шкив. Он предлагает механическое преимущество 3: 1. Кран с пятью шкивами в аналогичном аранжировка (получившая название «Pentaspostos») предлагает механическое преимущество в 5 к 1.
Используя составной шкив, человек может поднять больше, чем он мог бы иначе. к. Если одинокий мужчина, тянущий за веревку, может приложить усилие в 50 кг, он сможет поднять (или опустить) 150 кг с помощью Trispastos и 250 кг с помощью Пентаспостос. То же самое и с веревкой. Веревка с прочностью на разрыв 50 кг можно использовать для подъема (или опускания) 150 кг, если 3 шкивы, и 250 кг, если используются 5 шкивов.
Кран с пятью шкивами позволяет поднимать в пять раз больше, чем вы в противном случае могут — но веревку нужно перетянуть пять раз расстояние
Обратной стороной составного шкива, опять же, является расстояние и, следовательно, подъем. скорость.Для подъема груза на 3 метра с помощью Trispastos потребуется тяга. веревка на 9 метров, подъем груза на 3 метра с помощью Pentaspastos будет требуется протянуть веревку на 15 метров.
Изображения: Джон Спирко.
Теоретически можно использовать любое количество шкивов, но из-за трения древние системы ограничивались пятью шкивами. Если бы больше подъемной силы было необходимо, а не увеличивать количество шкивов в каждом блоке, римляне использовали два или более набора из 3 или 5 шкивов с разными группами рабочий каждый («Полиспастос»).Конечно, любая веревка тоже может быть Тянуло сразу несколько мужчин. Потеря мощности из-за трения для Романа (и средневековые) журавли, по оценкам, не более 20 процентов (источник).
Лебедки и кабестаны
Еще одним усовершенствованием было введение лебедки (или лебедки) и шпиль, который заменяет натяжение веревки. Они были изобретены примерно в то же время, что и составной шкив. Единственный Разница между лебедкой и шпилем в том, что первая имеет ось горизонтальная, а последняя имеет вертикальную.
Оба используют шипы или рычаги, вставленные в пазы на барабане, чтобы получить механическое преимущество при круговом вращении, определяемое радиусом руки на радиус барабана или оси. Механическое преимущество Лебедка — это радиус оси к радиусу шипов.
Следовательно, ось 5 сантиметров (2 дюйма) с шипами 30 сантиметров (1 фут) в длину имеет механическое преимущество 6: 1. Мужчина Таким образом, лебедка может поднять в 6 раз больше, чем если бы тянуть веревку.Однако, чтобы намотать 1 метр веревки, шипы будут нужно повернуть на 6 метров.
Кран с гусеничным колесом использовался до конца 1800-х годов
В сочетании с составным шкивом лебедки или кабестаны уже предлагают впечатляющие представление. Один человек, управляющий Pentaspostos и силой 25 человек. или 50 кг на лебедке, описанной выше, может поднять груз от 750 до 1500 кг (25 или 50 кг x 6 x 5 = 750 или 1500 кг), а Египтянам требовалось от 30 до 60 человек, чтобы поднять каменный блок весом 1500 кг. пандус.
Так же, как канатами, лебедками и шпилями могут управлять несколько человек. (лебедки — два человека, кабестаны — многие другие). Кабестаны также могут быть эксплуатируется тягловыми животными. Четверо мужчин управляют шпилем с аналогичным механическое преимущество по сравнению с описанной выше лебедкой, каждая из которых 50 кг мощности, может поднимать — без учета трения — от 3 до 6 тонн (100 или 200 кг х 6 х 5 = 3000 или 6000 кг). Однако в обоих примерах для каждого метр груз поднят, придется тянуть 30 метров веревки.
Колеса
Еще более мощным подъемным средством, чем лебедка или шпиль, была беговое колесо. Впервые он был упомянут в 230 г. до н.э. и оставался очень популярным. важный элемент кранов до второй половины 19 век. Колеса, которые обычно имели диаметр от 4 до 5 метров, имеют большее механическое преимущество, чем лебедки или кабестаны, потому что больший радиус колеса по сравнению с радиусом оси.
Кроме того, энергия, генерируемая рукой и плечом человека, заменяется большей силой человека, идущего (не бегущего) внутри колеса.Колесо с радиусом колеса 7 футов (213 см) и радиусом барабана 0,5 фута (15 см) имеют механическое преимущество 14 к одному. Это касается беговое колесо диаметром 456 см: 2 x 213 см, радиус колесо + 2 x 15 см радиус барабана (диаметр = 2 x радиус). (источник).
Изображение предоставлено
.
С механическим преимуществом 14 к одному, один человек на колесе работает Таким образом, пентаспастос и сила в 50 килограммов могли поднять груз. 3500 килограмм или 3.5 тонн. Это примерно в 70 раз больше, чем он мог подъемник с простым шкивом.
Некоторые краны (особенно портовые краны средневековья и и далее) были оснащены двумя беговыми колесами, прикрепленными к одной оси, в результате общая грузоподъемность крана с приводом от человека составляет около 7000 килограммов или 7 тонн.
Потому что многие колеса были достаточно широкими для двух человек, идущих бок о бок, подъемный кран с двумя опорными колесами мог приводиться в движение 4 человека, что обеспечивает максимальную подъемную силу в 14 тонн — сопоставимо с обычным современным башенным краном.Даже принимая с учетом 20-процентных потерь из-за трения это все равно 11,2 тонны.
Большое колесо обеспечивает механическое преимущество от 14 до 1
Конечно, механическое преимущество 14: 1 также означало, что мужчины имели пройти 140 метров внутри колеса, чтобы поднять груз на высоту 10 метров. Если они пройдут 5 километров в час, груз будет подниматься со скоростью скорость 0,35 км / ч или почти 6 метров в минуту (скорость колесо, разделенное на скорость груза = радиус колеса, разделенный по радиусу барабана).(источник).
Башни подъемные
Хотя грузоподъемность древнего крана с гусеничным колесом впечатляет, внимательные читатели заметят, что римские здания были каменными. блоки, которые были значительно тяжелее этого.
Римляне также отправили несколько десятков обелисков из Египта и снова установили их в своих городах. — самые тяжелые из них весом более 500 тонн. Как они справиться с этим с помощью 6- или 12-тонных кранов? В основном так же, как мы справляться с очень тяжелыми грузами, комбинируя несколько подъемных устройств.
Один из способов заключался в строительстве гигантской подъемной башни, приводимой в действие несколькими кабестаны на земле. Хотя механическое преимущество шпиля значительно ниже, чем у колеса, они могут приводиться в действие гораздо большим количеством людей, и поэтому потребуется меньше машин.
Кроме того, они учитывали вспомогательную силу тягловых животных. башни кратко упоминаются некоторыми римскими авторами, но подробно информация об этом поступила от инженера, жившего 1000 лет спустя: Доменик Фонтана, мастер-строитель Ватикана.
В 1586 году Папа Сикст V решил, что 344-тонный обелиск в Цирке Максимусу пришлось перебраться на площадь перед недавно построенным зданием Св. Базилика Петра. Всего на 256 метров дальше, но, тем не менее, огромная камень нужно было спустить, перевезти и снова воздвигнуть.
Фонтана подробно описал это предприятие в своей книге 1589 года «Движение обелиск Ватикана ». К тому времени подъемные материалы, устройства и методы практически не изменилась со времен Римской империи, поэтому мы можем предположить, что римляне подобным же образом поднял тот же камень.
Работа выполнена с использованием деревянной конструкции высотой 27,3 метра, канаты вверх. до 220 метров, 40 кабестанов, 800 человек и 140 лошадей (при спуске на обелиске рабочая сила насчитывала 907 человек и 75 лошадей).
В то время как вся работа заняла более года, включая транспортировку обелиск (на роликах) и сборка башни, кабестанов и другая грузоподъемная техника — камень возведен всего за 13 часов 52 часа. минут. В результате этой успешной операции появилось еще много обелисков. были перемещены по Риму, один из них весил 510 тонн.
Обелиск был поднят с помощью деревянной подъемной башни высотой 27,3 метра, канаты длиной до 220 метров, 40 шпилей, 800 человек и 140 лошадей
Зрителям, наблюдающим за мероприятием, было приказано не говорить и не делать никаких шум под страхом смерти, и полиция использовалась для обеспечения соблюдения заказы. Молчание было решающим в поддержании общения между этими людьми. наблюдение за тросами и шкивами наверху башни и теми, что на ней земля, управляющая кабестанами. Был дан сигнал к повороту трубой; сигнал об остановке подавался звонком.(источник).
Новое изобретение журавлей в средние века
После упадка Западная Римская империя, использование сложных кранов в Европе в основном исчез более 800 лет назад. Краны с лебедками бывают снова зарегистрировано с конца XII века, большое колесо журавли вновь появляются только в 13-м (Франция) и 14-м (Англия) веках — немного позже ветряных мельниц и водяные колеса.
По сравнению с римскими временами, было написано очень мало технической информации. вниз в средние века.Большинство наших исторических знаний происходит от картины и иллюстрации в рукописях. Ниже фрагмент «Вавилонская башня» Питера Брейгеля Старшего (1563).
К счастью, несколько кранов с гусеничным колесом сохранились, все они в чердаки церквей и соборов. Большие краны были абсолютным необходимость строительства готических церквей в позднем средневековье. Века, здания, которые были намного выше, чем даже самые высокие римские памятники. Кроме того, рабочая зона на этих сайтах была довольно ограничены по сравнению с римскими условиями, и оба фактора привели к различное использование кранов.
Готические церкви и соборы
Скорее всего, краны были установлены внутри здания, изначально на земли, и двинулся вверх (а также в сторону), поскольку конструкция работы продолжались, многократно разбирались и собирались заново. Когда церковь была закончена, некоторые из этих кранов остались над сводом] ({filename} /posts/tiles-vaults.md) и под крышей, где они могут пригодиться при ремонте. (иллюстрация ниже, источник).
Один из этих кранов с гусеничным колесом в британском Кентерберийском соборе был использовался для ремонта в 1970-х годах (рисунок ниже, источник).Датируется концом 15-го века, мог вместить от одного до двух рабочих и имел диаметр 4,6 метра.
Средневековые иллюстраторы иногда изображали кранов, установленных на снаружи стен, но это было сделано, вероятно, потому, что это сделало картины лучше — стены готических церквей и соборов были как правило, слишком тонкие, чтобы выдержать тяжелый кран и его груз.
Еще одно хорошо описанное средневековое подъемное устройство — большое ступенчатое колесо. поворотный кран, который стоял на вершине Кельнского собора высотой 157 метров в Германии почти 450 лет (рисунок выше, источник).
Построен в 1400 году, демонтирован только в 1842 году. На кране размещались два колеса, высотой 15,7 метра и удлиненной стрелой 15,4 метра, может проходить через всю рабочую зону — в основном работая как современный башенный кран.
Портовые краны
Новой разработкой в средние века стал стационарный портовый кран, приводятся в действие колесами. Его не использовали ни греки, ни римляне, возможно потому, что у них был достаточно большой резервуар рабского труда в их распоряжение.Римский стандартный транспортный контейнер, амфора, был довольно маленький, и его можно было легко и быстро загружать и выгружать с помощью конвейерная лента для людей и пандус (источник).
Портовые краны впервые появились во Фландрии, Голландия (иллюстрация выше, источник) и Германия в 13 веке, а в Англии в 14 веке. Они были более мощными, чем строительные краны, и были оснащены не одно, а два колеса с большим диаметром до 6,5 метров.
Эти более мощные «двигатели» были нацелены не столько на большие нагрузки, сколько на скорее при более высоких скоростях подъема (и опускания).При погрузке и разгрузке товаров, скорость была важнее, чем в строительстве, где темп был продиктован медленным прогрессом каменщиков и плотников.
Построено слесарем
Портовые краны с гусеничным колесом часто закрывались деревянной крышей, чтобы защитить механиков и рабочих от дождя. Эти постоянные конструкции имели много общего с ветряными мельницами, и они были вероятно, построен теми же мастерами.
По аналогии с ветряными мельницами и башней. ветряные мельницы были почтовые и башенные краны: первые были деревянными. конструкции, которые вращались на центральной вертикальной оси, последняя (в основном построены в Германии) представляли собой каменные башни с вращающимися только колпаком и стрелой.
Портовые краны не были приняты в Южной Европе, и их общее количество количество во всей средневековой Европе было довольно ограниченным по сравнению с количество ветряных мельниц: около сотни крупных портовых кранов был обнаружен (источник). Около десятка из них все еще стоя.
Самые мощные портовые краны имели два гусеничных колеса, каждое на 3 ступени. до 4 мужчин
Самые мощные портовые краны с гусеничным колесом построены в Лондоне. Доклендс в 1850-х годах, имея два колеса шириной до 3 метров, каждый прошел от 3 до 4 мужчин (источник).Их не следует путать с еще более широкими колесами, используемыми в 19 век тюрьмы где мужчины ходили по внешней стороне колеса.
На двух изображениях выше показаны средневековые портовые краны из Брюгге. Первая картина поздняя модель, построена в 1765 году и снесена в 1886 году. (источник). На втором фото похожий кран 1500-х годов. (источник).
Краны повышенной гибкости
Современные краны могут поворачивать стрелу на 360 градусов (поворот) и перемещать грузить горизонтально вдоль гуська.Первоначально большинство кранов использовалось в средневековье. строительные работы были под силу только вертикальному лифту. Нагрузка могла манипулировать ими только сбоку мастер крана на земле, используя небольшая веревка, прикрепленная к грузу. Портовые краны представили поворотные журавль, первые свидетельства которого появляются в 14 веке.
Поворотный механизм стал обычным явлением строительных кранов в 1600-х годах. (рисунок справа), что значительно сократило рабочие циклы.
Появился первый кран, позволяющий перемещать груз по горизонтали. в книге Георгия Агриколы 1550 г., но реальная версия запущен в 1666 году французом Клодом Перро.Тележка двигалась по всей длине стрелы с помощью сложной тросовой системы в две веревки наматывались и разматывались через веретено, прикрепленное к тележка. (источник).
Не будем забывать, что греческие и римские журавли были способны очень ограниченное горизонтальное движение также путем опускания или подъема мачт на немного. Более того, греки уже сконструировали своего рода поворотный кран, который был подъемным устройством, как описано ранее, но опирался только на один мачта, управляемая и удерживаемая в равновесии дополнительными людьми на земле, держащими тросы.
Предохранительные механизмы (для предотвращения падения грузов и внезапного реверса). вращение бегового колеса или шпиля) вводились только в конце восемнадцатый век.
Краны железные
В 19 веке появились три важных нововведения. Первый было использование железа вместо деревянных конструкций и зубчатых колес, что сделало краны сильнее и эффективнее. Первый чугунный кран был построен в 1834 году. В том же году был изобретен трос, более прочная альтернатива веревке из натурального волокна или металлу цепь.Наконец, в 1851 году появилось третье революционное новшество: паровой кран. С приходом энергии пара любая нагрузка могла быть поднимался на любой скорости, пока двигатель был достаточно мощным. (источник)
Вскоре веревка
получила широкое распространение, но оставались только две другие новинки. поймали медленно. Дерево, иногда в сочетании с железом, продолжало оставаться материал, который выбирают многие краны в двадцатом веке, особенно в регионах, где было много древесины.И пока еще и больше паровых кранов появилось во второй половине девятнадцатого века, ручные краны продолжали продаваться и использоваться в больших количествах. Книга о крановой техники, опубликованной в 1904 году, до сих пор половина своих страниц краны с ручным управлением. Велосипедные краны тоже продавались (фото ниже, источник).
По логике вещей, именно в эту эпоху появились самые мощные мышцы. механические краны, когда-либо разработанные: состоящие из железных конструкций и зубчатые передачи, использующие тросы, но еще не приводимые в действие паром.Один своеобразный пример этой промежуточной технологии показан выше: рука 1843 г. кран козловой с приводом для перегрузки тележек. Не менее интересно, хотя эти краны с гусеничным колесом начала 1900-х годов сделаны полностью из дерева, в Нидерланды, используется для буксировки лодок по суше (рисунок ниже).
В книге по крановой технике, опубликованной в 1904 году, до сих пор половина страниц посвящена кранам с ручным управлением
Лучшим примером, однако, являются портовые краны Уильяма Фэйрберна, запатентован в 1850 г.Фэйрбэрн склепал вместе две железные пластины, создав арочный кливер, который был намного более устойчивым и практичным, чем предыдущие прямые деревянные или железные укосины. Паровые краны Fairbairn стали очень хорошо известны, и некоторые из них сохранились.
Самый мощный ручной кран в истории
Гораздо менее известно, что в течение короткого времени эти мощные краны использовались продаются как машины с ручным приводом. Поскольку Fairbairn описал эти журавли подробно в издании 1860 г. его книги «Полезные сведения для инженеры », мы точно знаем, в чем — впечатляющее — механическое преимущество их передач было.
Первые портовые краны Fairbairn с ручным приводом были предназначены для подъема весом до 12 тонн на высоте 30 футов (9 метров) над землю, и облететь этот груз по кругу в 65 футов (20 метров) в диаметре (рисунок слева).
Затем был построен 60-тонный кран для новых доков в Кейхэме, который мог поднимать грузы в пять раз тяжелее на высоту 60 футов (18 метров) и по кругу диаметром 104 фута (32 метра).
Именно этот «колоссальный кран», наверное, самый мощный с ручным приводом. когда-либо построенный кран, который подробно описан Fairbairn:
«Цепь проходит вокруг 4 шкивов, двух подвижных и двух неподвижных, в конец стрелы.Затем он опускается внутрь стрелы. более трех роликов к стволу, который также находится в трубе возле земля. По бокам крана закреплена прочная чугунная рама для получение осей прямозубых колес и шестерен ».
«Четыре человека, каждый из которых работает с лебедкой с радиусом 18 дюймов, действуют двумя шестидюймовыми шестерни на колесе диаметром 5 футов 3,75 дюйма, это, в свою очередь, перемещает прямозубое колесо диаметром 6 футов 8 дюймов с помощью 8-дюймовой шестерни, и на оси первого закреплен бочонок цепи диаметром 2 фута.”
«Следовательно, преимущество передаточного механизма будет W / P = 18 x 63,75 x 80. / 6 x 8 x 12 = 158 или количество зубцов в каждом колесе W / P = 18 x 95 x 100/12 x 9 x 10 = 158, и, поскольку этот результат увеличивается в четыре раза фиксированные и подвижные шкивы, сила мужчин приложена к ручкам умножается на шестерню и блоки в 632 раза. Двое мужчин достаточно для перемещения крана с 60-тонным подвешенным к крайняя точка стрелы ».
Механическое преимущество 632: 1 означает, что каждый из четырех мужчин имел применить силу всего 23.7 кг, чтобы поднять вес 60 тонн — и это при использовании лебедки вместо более эффективного шагового колеса.
Мы предпочитаем поднимать вещи с помощью силовых механизмов и бегаем (а не ходим) по беговая дорожка в спортзале для поддержания формы
Самый мощный кран в мире Cегодня (с сентября 2009 г.) имеет грузоподъемность 20 000 тонн. Если это будет оснащена зубчатой передачей, предлагающей такую же механическую Преимущество вышеописанного крана Fairbairn, вес 20 000 тонн могли поднять 1265 человек, каждый из которых приложил 25 килограммов силы.
Это сопоставимо с рабочей силой, которая требовалась для подъема 340-тонный обелиск XVI века. И конечно, нет никаких сомнений что мы могли бы улучшить механизм передач 19 века и сделать механическое преимущество еще выше.
Мы можем поднять что угодно без ископаемого топлива. Тем не менее, помимо их использование некоторыми хардкорными экологическими архитекторами, краны с приводом от человека полностью исчезли даже для самых легких грузов. Мы предпочитаем поднимая вещи с помощью силовой техники, и мы бежим (не ходим) на беговой дорожке в спортзале, чтобы поддерживать форму.
© Крис Де Декер (под редакцией Винсента Грожана)
Чтобы оставить комментарий, отправьте электронное письмо на адрес solar (at) lowtechmagazine (dot) com. Ваш адрес электронной почты не используется для других целей и будет удален после публикации комментария. Если вы не хотите, чтобы ваше настоящее имя публиковалось, подпишите электронное письмо тем именем, которое хотите указать.
Источники (в порядке важности)
«История кранов (Классическая конструкция Серия) », Оливер Бахманн (1997).Эта книга дает подробное обзор подъемных устройств с древнейших времен до конца 20 век. Он также показал мне путь ко многим отличным фотографиям.
«Оксфордский справочник по инженерии и технологии в классической Мир », Джон Питер Олесон (2008). Здесь я нашел большую часть информация о механическом преимуществе подъемных устройств.
«Средневековые колеса: взгляд художников на здания. строительство », Андреа Л. Маттис (1992). Это исследование дает осознанный взгляд на средневековое колесо. краны, в том числе как рассчитать механическое преимущество колеса.
“Полезная информация для инженеры », Уильям Фэйрбэрн (1860, первое издание — все более поздние издания не содержит главу о ручных кранах). Эта книга дала доказательство впечатляющая производительность современных кранов с ручным приводом.
«Строительство кранов и других грузоподъемных техника », Эдвард Чарльз Роберт Маркс, (1904). Подробная информация о поздних ручные краны.
«Здание Траяна столбец», (.pdf), Американский журнал археологии, Линн Ланкастер (1999).Римские подъемные техники и использование подъемных башен.
«Обработка тяжелых грузов до девятнадцатого век », F.R. Форбс Тейлор (1963). Исследовательская статья с завышенной ценой по сравнению с Андреа Л. Мэттис, но дает некоторые интересные дополнительные информация о портовых кранах. Также называет оценку для количество средневековых портовых кранов в Европе.
«Журавль», г. Википедия. Общее введение, основанное на двух авторитетных немецких книги.См. Также: список гавани краны.
«Клод Филипп », иллюстрации древних журавлей
«Theatrum instrumentorum et. Machinarum », Якоби Бессони (1582). Древние и средневековые типы кранов.
«Инженерное дело в истории» (Dover Books on Engineering) », Ричард Шелтон Кирби (1990). Дополнительная информация о древнеримские и египетские подъемные устройства.
«Подъем в древнегреческом архитектура », Журнал Греческие исследования, Дж. Дж. Коултон (1974).
«Начальный трактат по конструкции кранов и техника », Джозеф Глинн (1849)
Физика 9702 Сомнения | Страница справки 30
Вопрос 183: [Мощность> Эффективность]
Поезд по горной железной дороге перевозит 200 человек средней массой 70 кг. уклон под углом 30 ° к горизонтали и со скоростью 6,0 м с ^–1. Тренироваться Сам по себе имеет массу 80 000 кг. Процент мощности двигателя, который используется для подъема пассажиров и поезда на 40%.
Какая мощность у двигателя?
A 1,1 МВт B 2,8 МВт C 6,9 МВт D 14 МВт
Ссылка: Документ прошедшего экзамена — июнь 2013 Документ 12 Q17
Решение 183:
Ответ: C.
Общая масса в системе = Масса пассажиров + Масса поезда
Общая масса в системе = 200 (70) + 80000 = 94000 кг
Вес действует вертикально вниз.[Weight = mg] Так как наклон находится под углом 30 ^o к по горизонтали составляющая веса, действующего (вниз) по склону, составляет
Составляющая веса по уклону = (94000×9,81) sin30
Мощность требуемый [выход] = выполненная работа / время = сила x скорость
Чтобы двигаться с постоянной скорость 6,0 мс-1, сила, создаваемая двигателем, должна быть равной (и противоположной) к компоненту веса вдоль склона, так что результирующий ускорение равно нулю.
Сила, требуемая двигателем = (94000×9.81) sin30
Мощность двигателя = Fv = [(94000×9,81) sin30] x 6,0 = 2766420 Вт
Эффективность = Мощность мощность / потребляемая мощность = 40% = 0,4
Потребляемая мощность = 2766420 / 0,40 = 6,9 МВт

Вопрос 184: [Мощность]
На схеме показано колесо с окружностью 0,30 м. Веревка крепится одним концом к измеритель силы. Канат проходит над колесом и выдерживает свободно висящий груз 100 Н.Колесо приводится в движение электродвигателем с постоянной скоростью 50 оборотов в минуту. второй.
Когда колесо вращается с такой скоростью, измеритель силы показывает 20 Н.

Какая выходная мощность двигателя?
A 0,3 кВт B 1,2 кВт C 1,8 кВт D 3,8 кВт
Ссылка: Отчет о прошедшем экзамене — июнь 2013 Документ 11 Q19
Решение 184:
Ответ: Б.
Сила за счет 100Н нагрузка заставляет правый конец веревки ускоряться вниз (это одновременно заставляет левый конец двигаться снизу вверх).Сила из-за 20 Н на измерителе силы вызывает левый конец ускоряется вниз (это одновременно заставляет правый конец двигаться вверх). Даже если и 100n, и 20N действуют вниз, они оказывают противоположное влияние на трос и направление вращения колеса.
Поскольку нагрузка 100N больше, чем сила 20 Н от измерителя силы, возникает результирующая сила, действующая вниз при нагрузке (эта сила заставит колесо повернуться по часовой стрелке, если не сбалансирован) в веревке.
Чтобы сохранить нагрузку от двигаясь, колесо должно также прилагать силу, равную по величине (и противоположную направлении) на веревке [из закона Ньютона 3 ^rd, поскольку равнодействующая сила веревки 100 — 20 = 90 Н вниз].
Сила, прилагаемая колесом к трос = (100-20 =) 80 Н
Колесо вращается против часовой стрелки. направление со скоростью 50 оборотов в секунду. Расстояние переместилось против сила за одну секунду составляет 50 × 0,30 = 15 м. [Расстояние сдвинуто на 1 секунда = скорость]
Мощность, обеспечиваемая двигателем = Fv = 80 Н × 15 м с ^–1 = 1200 Вт = 1.2кВт
Вопрос 185: [Мощность]
Для подъема крюка крана с постоянной скоростью требуется усилие 1000 Н. Кран затем используется для подъема груза массой 1000 кг со скоростью 0,50 м с ^–1.
Сколько мощности, развиваемой двигателем крана, используется для подъема крюк и груз? Предположим, что ускорение свободного падения g равно 10 м с ^–2.
A 5,0 кВт B 5,5 кВт C 20 кВт D 22 кВт
Ссылка: Документ прошедшего экзамена — июнь 2010 Документ 11 Q15 и документ 12 Q16 и статья 13 Q18
Решение 185:
Ответ: Б.
Для постоянной скорости результирующая сила в системе должна быть равна нулю (равнодействующая ускорение нулевое). Итак, сила, необходимая для движения постоянная скорость должна быть равна общей силе в системе.
Общая сила в системе = усилие 1000 Н, необходимое для подъема крюка + вес груза
Вес груза = 1000 x 10 = 10000N
Общая необходимая сила = 10000 + 1000 = 11000N
Мощность = Работа / время = Сила x расстояние / время = сила x скорость
Мощность = (10000 + 1000) x 0.50 = 5,5 кВт
Вопрос 186: [Материя> Модуль Юнга]
Композитный стержень изготавливается путем прикрепления стержня из армированного стекловолокном пластика и нейлона. стержень конец в конец, как показано.

Стержни имеют одинаковую площадь поперечного сечения, длина каждой стержня составляет 1,00 м. Модуль Юнга E _p пластмассы составляет 40 ГПа и модуль Юнга E _n нейлон — 2,0 ГПа.
Композитный стержень сломается, когда его общая длина достигнет 3,0 мм.
Какое наибольшее растягивающее напряжение может быть приложено к композитному стержню прежде чем он сломается?
А 7.1 × 10 ^–14 Па
B 7,1 × 10 ^–2 Па
C 5,7 × 10 ⁶ Па
D 5,7 × 10 ⁹ Па
Ссылка: Документ прошедшего экзамена — июнь 2014 Документ 12 Q21
Решение 186:
Вопрос 187: [Работа, энергия, сила]
Мяч, выпущенный с высоты h ₀ над горизонтальной поверхностью отскакивает на высоту h ₁ после одного отскока. График, связывающий h ₀ на h ₁ показано ниже.

Если мяч (массы m) упал с начальной высоты h и сделал три отскакивает кинетическая энергия мяча сразу после третьего удара поверхность была
A (0,8) ³ мг
B (0,8) ² мг
C 0,8 мг (ч / 3)
D [1 — (3×0,2)] mgh
E [1 — (0.8) ³] mgh
Ссылка: Отчет о прошедшем экзамене — N81 / II / 2
Решение 187:
Ответ: A.
Первоначально потенциальная энергия шара = mgh
h ₀ — высота до выпуска, а h ₁ — высота. после одного отскока.
Поскольку график представляет собой прямую линию, отношение h ₁ / h ₀ (градиент) постоянный.
Градиент = Δh ₁ / Δh ₀ = (80-0) / (100-0) = 0,8
Таким образом, после одного прыжка потенциальная энергия становится равной 0,8 начальной потенциальной энергии.
Кинетическая энергия мяча сразу после удара о поверхность. такая же, как и потенциальная энергия на максимальной высоте [все кинетическая энергия преобразуется в потенциальную].
После 1 ^{отскока}, кинетическая энергия = 0,8 мг / ч
После 2 ^и отскока, кинетическая энергия = 0,8 [0,8 мг / ч] = (0,8) ² mgh
После 3 ^rd отскока, кинетическая энергия = (0,8) ³ mgh
Вопрос 188: [Работа, энергия, мощность]
Масса m движется по неровной плоскости, наклоненной под углом θ к горизонтальный и при движении испытывает постоянную силу трения F. Масса M прикреплена к нему с помощью легкого неэластичного шнура, проходящего через гладкий шкив.Масса M может упасть на вертикальное расстояние x, в результате чего m переместится вверх по плоскости, как показано на диаграмме ниже.

Сколько тепла выделяется трением в этом процессе?
A Fx
B мгх
С Mgx sinθ
D Mgx sinθ — Fx
E Mgx sin x + Fx
Ссылка: Прошлый экзамен — J88 / I / 6
Решение 188:
Ответ: A.
Масса M не испытывает силы трения. Только масса m, которая находится на шероховатой поверхности, испытывает силу трения F.
Когда масса M падает на расстояние x, масса m также перемещается на расстояние x вверх по самолет. Обратите внимание, что это расстояние вдоль поверхность в направлении, точно противоположном вектору силы трения F (пройденное расстояние не находится под углом к силе).
Количество тепла, выделяемого трением, равно работе, выполняемой сила трения F. {Когда масса m движется, она испытывает силу трения. Итак, здесь сила трения F действует на расстояние x — расстояние, пройденное массой}
Выполненная работа = Сила x расстояние, перемещенное в направлении силы
Выполненная работа = Fx
Вопрос 189: [Работа, энергия, мощность]
Что такое мощность требуется для придания телу массы ma поступательного ускорения a когда он движется со скоростью v вверх по бесконтактной дорожке, наклоненной под углом θ к горизонтали?
A mavg sin θ
B mav sin θ + mgv
C mav + mgv sin θ
D (mav + mgv) sin θ
E (mav + mgv) / sin θ
Ссылка: Прошлый экзамен — N88 / I / 5
Решение 189:
Ответ: C.
Мощность = выполненная работа / время = Сила x скорость
Гусеница не имеет трения, поэтому сила трения не действует на массу.
Если гусеница была горизонтальной , мощность, необходимая для получения массы m a прямое ускорение a, когда он движется со скоростью v, определяется выражением
Мощность = Сила x скорость = (ma) x v = mav
Но в этом случае гусеница наклонена под углом θ к горизонтали. В составляющая веса массы (против движения) по трассе — mg sin θ.Следовательно, требуется сила, чтобы удерживать массу в неподвижном состоянии. (от спуска по наклонной дорожке). Эта сила должна быть равна по величине составляющей веса, чтобы результирующее ускорение (если рассматривать только составляющая веса и этой силы) равна нулю.
Эта сила дает степень mg sin θ x v = mgv sin θ.
Общая необходимая мощность = mav + mgv sin θ
Вопрос 190: [Работа, энергия, мощность]
Взаимная потенциальная энергия V двух молекул, разделенных расстоянием x, равна показано на схеме.

Что из следующего правильно описывает силу между молекулами? Ссылка: Отчет о прошедшем экзамене — J89 / I / 6
Решение 190:
Ответ: E.
Между двумя молекулами действуют две силы. Одна сила привлекательна и преобладает, когда молекулы находятся далеко друг от друга, а другая сила отталкивает и преобладает, когда молекулы находятся близко друг к другу.
Итак, существует определенное разделение молекул, когда притягивающая баланс сил отталкивания.То есть происходит разделение, когда результирующая сила между молекулами равна нулю.
Сила F связана с потенциальной энергией V соотношением
F = — dV / dr
Таким образом, когда сила равна нулю, dV / dr равно нулю. То есть градиент потенциальной энергии V относительно разделения r график равен нулю. Это происходит там, где график либо максимум, либо минимум. Эта точка обозначена r ₂ в вопросе.
Итак, для расстояний менее r ₂ сила между молекулами является отталкивающим, а для расстояний больше r ₂ сила равна привлекательный.
Вопрос 191: [Работа, энергия, мощность]
Объект массы m проходит точку X со скоростью v и скользит вверх по наклон без трения для остановки в точке Y, которая находится на высоте h выше X.
Второй объект массой ½ м проходит X со скоростью ½ v. На какую высоту он поднимется?
A ¼ h B ½ h C (1 / √2) h D h E h√2
Ссылка: Отчет о прошедшем экзамене — J87 / I / 5
Решение 191:
Ответ: A.
Для объекта массы m и скорости v ,
В точке X кинетическая энергия = ½ мв ²
Из сохранения энергии
Потенциальная энергия в точке Y = кинетическая энергия в точке X
mgh = ½ mv ²
Высота, h = v ² / 2g
Для объекта с массой m / 2 и скоростью v / 2 ,
В точке X кинетическая энергия = ½ (м / 2) ( v / 2) ² = mv ²/16
Потенциальная энергия в точке Y = кинетическая энергия в точке X
Пусть высота в точке Y = x
(м / 2) gx = mv ²/16
Высота, x = v ² / 8g = (v ² / 2g) / 4 = h / 4
Вопрос 192: [Работа, энергия, мощность]
На схеме показаны два тела X и Y, соединенные световым шнуром, проходящим через световой, свободный шкив.X начинает с покоя и движется по гладкой плоскости наклонен под углом 30 ^o к горизонтали.

Какой будет полная кинетическая энергия системы, когда X пролетит 2,0 м по плоскости? (г = 9,8 мс ^-2)
A 20J B 59J C 64J D 132J E 137J
Ссылка: Отчет о прошедшем экзамене — J90 / I / 7
Решение 192:
Ответ: B.
Ускорение (под действием силы тяжести) равно 9.8мс ^-2 и далее вниз Y, так как он свободно висит.
Вес Y = mg = 5,0 x 9,8 = 49N
Однако это не только заставляет Y двигаться. X, который присоединен к Y, будет также двигаться. Таким образом, ускорение во всей системе составляет НЕ . 9,8 мс ^-2. Результирующее ускорение (которое действует на общую массу в системе) должно быть рассчитано .
Также следует отметить, что составляющая веса X также будет действовать. в системе.Этот компонент действует (вниз) вдоль плоскости и противостоит направление движения X (X должен переместиться на 2,0 [вверх] по склону).
Составляющая веса X вдоль плоскости = mg sin (30) = 4.0 x 9.8 x sin (30) = 19.6N
{Вес Y способствует силе (вверх) вдоль наклон, в то время как компонент веса X вносит силу (вниз) вдоль наклон}
Результирующая сила в системе = ma = 49 — 19,6
(4,0 + 5,0) a = 29,4 Н
Ускорение, a = 29,4 / 9,0 = 3,27 мс ^-2
Это результирующее ускорение по каждой оси X и Y .
Первоначально и X, и Y находятся в состоянии покоя.
Рассмотрим уравнение равноускоренного движения: v ² = u ² + 2as
Начальная скорость, u = 0
Конечная скорость = v
Пройденное расстояние, s = 2,0 м
Ускорение, a = 3,27 мс ^-2
v ² = 0 ² + 2 (3,27) ( 2,0)
Конечная скорость, v = √ [2 (3,27) (2,0)] = 3,62 мс ^-1
Кинетическая энергия X = ½ (4,0) (3,62) ²
Кинетическая энергия Y = ½ ( 5.0) (3,62) ²
Полная кинетическая энергия системы = ½ (4,0) (3,62) ² + ½ (5,0) (3,62) ² = 58.96 = 59N
Сколько веса снимает шкив?
Шкив не использует топливо или электричество, и он не работает сам по себе, но это все же машина. Не машина в том смысле, в каком это слово определено в словаре Мерриама-Вебстера, а машина в том смысле, в котором инженеры определяют это слово: «Простые машины — это устройства, которые можно использовать для увеличения или увеличения силы, которую мы применяем. — часто за счет расстояния, на котором мы прикладываем силу.»
У каждой машины есть механическое преимущество
Список простых машин включает предметы, которые люди используют каждый день, такие как молотки, отвертки и дверные ручки. Все эти приспособления относятся к одной из шести классических категорий простых машин. Категории являются:
Колесо и ось
Шкив
Рычаг
Наклонная плоскость
Винт
Клин
Некоторые ученые рассматривают винт и клин как особые типы наклонных плоскостей, что сокращает список до четырех позиций.Вы даже можете рассматривать шкив как частный случай колеса и оси и сократить список до трех пунктов. Однако независимо от того, сколько элементов находится в списке, шкив квалифицируется как машина.
Отношение выходной силы станка к прилагаемой к нему силе известно как механическое преимущество станка (MA). Чтобы машина была машиной, выходная сила должна быть больше, чем входная сила, а это означает, что механическое преимущество всегда должно быть больше 1. Чем больше механическое преимущество, тем меньше силы вы должны приложить к машине, чтобы заставить ее сделать это. Работа.
Механическое преимущество шкивной системы
Вы можете рассчитать механическое преимущество шкивной системы, рассчитав силу, необходимую для подъема груза на определенную высоту без шкива (выходное усилие, F _O), а затем рассчитав усилие, необходимое для этого со шкивом (входное усилие F _I). Механическое преимущество заключается в соотношении выходной силы к входной: MA = F _O / F _I. Чем меньше входная сила по сравнению с выходной силой, тем больше механическое преимущество.
Для простой системы шкивов вычислить ее механическое преимущество до смешного легко. Вы просто подсчитываете количество веревок, поддерживающих груз.
Зная механическое преимущество, вы можете рассчитать силу, необходимую для подъема известного веса. Сила и вес означают одно и то же, поэтому, рассчитав механическое преимущество, вы сможете определить уменьшение нагрузки на шкив.
Чтобы получить механическое преимущество, вам нужно потянуть больше веревки
«Подождите», — скажете вы.«Откуда вы знаете, что механическое преимущество равно количеству веревок?» Чтобы ответить на этот вопрос, вам нужно знать, что такое work , а не то, что вы делаете на своей работе с 9 до 5.
Что касается физиков, вы выполняете работу (W), прикладывая силу (F) на расстоянии (d). Вы вычисляете работу, умножая силу на расстояние:
Работа связана с энергией, и поскольку один из самых фундаментальных законов природы заключается в том, что энергия всегда сохраняется, работа должна сохраняться.Если сила, приложенная к системе шкивов, меньше, чем сила, необходимая для подъема груза, что-то должно измениться, чтобы объем выполняемой вами работы был равен количеству работы, необходимой для подъема груза.
Количество, которое изменяется, — это расстояние. При использовании системы шкивов вы прикладываете меньшее усилие для подъема груза, но вам нужно тянуть больше веревки, чтобы поднять груз на определенную высоту. Если у вас система с двумя шкивами, вам придется тянуть вдвое больше веревки; в системе с тремя шкивами вы должны тянуть в три раза больше и так далее.Фактически, для любой системы шкивов вы можете рассчитать количество дополнительной веревки, которую вам нужно натянуть, посчитав количество веревок, поддерживающих нагрузку.
Вес, сила и уменьшение нагрузки на шкив
Вес и сила — не разные величины. Вес объекта — это не что иное, как сила, действующая на него под действием гравитации, поэтому, когда вы поднимаете объект, вы должны приложить силу, равную силе гравитации. Если у вас система с одним шкивом, шкив позволяет вам тянуть веревку вниз, а не вверх, что определенно проще, но сила , которую вы прикладываете , по-прежнему равна весу груза , который вы поднимаете.
Если вы добавите шкив под первым, обвяжите трос вокруг обоих шкивов и подвесьте груз на втором шкиве, груз теперь будет поддерживаться двумя тросами. Таким образом, механическое преимущество этой новой усовершенствованной системы шкивов составляет 2, а это означает, что вам нужно приложить только усилие , равное половине веса груза , чтобы поднять его. Подвесьте третий шкив к первому, пропустите веревку так, чтобы три веревки удерживали груз, а сила, которую вы должны приложить, чтобы поднять груз, составляла лишь одну треть его веса.
В целом можно сказать, что уменьшение нагрузки на шкив является обратной величиной количества канатов, поддерживающих нагрузку, но немногие практические системы шкивов имеют более четырех канатов. Следовательно, максимальное снижение нагрузки на шкив, которое вы можете реализовать, составляет четверть веса груза. На самом деле фактическое снижение нагрузки немного меньше, потому что вы должны учитывать трение в шкивах.
Пример калькулятора веса шкива
Предположим, вы можете поднять человека весом 200 фунтов самостоятельно, но это предел ваших возможностей в тяжелой атлетике.Не могли бы вы изобрести систему шкивов, чтобы поднять автомобиль весом 2000 фунтов? Вероятно, не потому, что даже система с четырьмя шкивами уменьшит вес всего на четверть, а это все еще 500 фунтов.
Предположим, вы могли бы установить пару систем шкивов и попросить друга, такого же сильного, как вы, потянуть за одну из них. У вас все еще будут проблемы, но вы сможете это сделать, потому что каждый шкив поднимет половину веса, или 1000 фунтов, а четверть этого веса составляет 250 фунтов. Однако если вы добавите к работе третий шкив и третьего человека, каждому человеку нужно будет приложить только 167 фунтов силы, что вполне в их силах, поэтому эта система будет работать легко.
Калькулятор веса шкива не зависит от того, какой груз поднимется первым при натяжении веревки, потому что, если один человек потянет раньше, чем двое других, машина не двинется. Все три человека должны тянуть одновременно, чтобы правильно распределить нагрузку и равномерно распределить вес между тремя шкивами. Когда три человека работают одновременно, фактически имеется 12 тросов, поддерживающих автомобиль, что дает механическое преимущество системы 12 шкивов и снижает чистую силу, необходимую для подъема транспортного средства, до 2000 ÷ 12 = 167 фунтов.
Partsam 440 фунтов Автоматическая подъемная электрическая кабельная лебедка с беспроводным дистанционным управлением Мостовой кран 120 В Лебедка потолочного шкива гаража с буксировочным ремнем Высота подъема 38 футов Электрическая тросовая лебедка
Partsam 440 фунтов Автоматическая подъемная электрическая тросовая лебедка с беспроводным дистанционным управлением Мостовой кран 120 В Лебедка потолочного шкива гаража w Буксирный ремень Стропа Высота подъема 38 футов Электрический тросовый подъемник
Home
Partsam 440 фунтов Электрический подъемник с автоматическим подъемом и беспроводным дистанционным управлением Мостовой кран 120 В Гаражный потолочный шкив Лебедка с буксировочным ремнем Высота подъема 38 футов Электрический тросовый подъемник
Partsam 440lbs Автоматический подъемник с электрическим кабелем и беспроводным дистанционным управлением Мостовой кран 120V Гаражная лебедка потолочного шкива с буксирным ремнем, электрическая тросовая лебедка, высота подъема 38 футов: промышленные и научные.Купить Электрическая канатная лебедка с автоматическим подъемом Partsam 440 фунтов с беспроводным дистанционным управлением Мостовой кран 120 В Гаражная лебедка с буксировочным ремнем, канатная электрическая лебедка, высота подъема 38 футов: электрические лебедки — ✓ БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА при определенных покупках. Особенности: Эта легкая электрическая канатная таль поднимает в воздух до 39 футов, что позволяет быстро и безопасно поднимать любой груз без проблем. Линейный кабель из высокопрочной углеродистой стали. Максимальная грузоподъемность до 440 фунтов / 200 кг.Нагрузка на одну линию 220 фунтов / 100 кг и двойная нагрузка на линию 440 фунтов / 200 кг. Максимальная высота подъема 38 футов одинарной линии, 19 футов двойной линии; 。 Встроенный предохранительный тормозной механизм и двигатель Cooper: с простой панелью дистанционного управления, полностью автоматический подъемник, не требует ручного проворачивания. Изделие оснащено функцией автоматического торможения со встроенным предохранительным тормозным механизмом и устройством тепловой защиты для обеспечения безопасности и позволяет легко перемещать груз в любом положении; Высококачественный мотор Cooper обеспечивает высокую мощность при относительно низком потреблении электроэнергии; 。 Система беспроводного дистанционного управления: с помощью этого беспроводного управления вы можете управлять подъемником для подъема, позиционирования и опускания груза одним человеком.В течение многих лет стандартные подъемники выпускались с подвесным управлением, но теперь это не так. Основное преимущество использования беспроводного пульта дистанционного управления для канатного подъемника состоит в том, что он устраняет зависимость от привязки к самому подъемнику; 。 Простота эксплуатации: эта электрическая канатная таль на 110 В отличается компактной и легкой конструкцией и идеально подходит для подъема непостоянных грузов. Просто собран и готов к использованию. Компактная конструкция, легкий вес, простота в эксплуатации, идеально подходит для подъема небольших двигателей, трансмиссий, инструментов в крупных магазинах или строительных материалов на заводах, складах и грузовых причалах; 。 Надежность: мы действительно предлагаем 1 год гарантии на все товары в нашем магазине.Кроме того, мы предлагаем стропы Extra, чтобы облегчить вашу работу. Высокая скорость и высокая эффективность дают вам лучший опыт работы; 。

ОБРАЗОВАНИЕ
Partsam 440 фунтов Автоматическая подъемная электрическая тросовая лебедка с беспроводным дистанционным управлением Мостовой кран 120 В Гараж Лебедка потолочного шкива с буксирным ремнем Высота подъема 38 футов Электрический тросовый подъемник w Буксировочный ремень Высота подъема 38 футов Электрический тросовый подъемник, электрический трос с беспроводным дистанционным управлением Мостовой кран 120 В Лебедка потолочного шкива гаража w Буксирный ремень Высота подъема 38 футов Электрический канатный подъемник Partsam Автоматический подъемник 440 фунтов, высота подъема 38 футов: электрические лебедки — ✓ БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА при подходящих покупках: Купить Электрическая тельфовая лебедка Partsam 440 фунтов с автоматическим подъемом и беспроводным дистанционным управлением Мостовой кран 120 В Лебедка для потолочного шкива гаража с буксирным ремнем, трос с электроприводом, абсолютно выгодная цена Онлайн-продажи дешевых экспертов, доставляющих их по всему миру Отдел бутиков Интернет-магазин покупки! Электрический подъемник с автоматическим подъемом и беспроводным пультом дистанционного управления Мостовой кран 120 В Лебедка потолочного шкива гаража с буксировочным ремнем Высота подъема 38 футов Электрический тросовый подъемник Partsam 440 фунтов.

Partsam 440 фунтов Автоматическая подъемная электрическая тросовая лебедка с беспроводным дистанционным управлением Мостовой кран 120 В Гаражный потолочный шкив Лебедка с буксировочным ремнем Высота подъема 38 футов Электрический тросовый подъемник

Partsam 440 фунтов Автоматическая подъемная электрическая таль с беспроводным дистанционным управлением Мостовой кран 120 В Гараж Лебедка потолочного шкива с буксирным ремнем Высота подъема 38 футов Электрическая канатная лебедка

Высота подъема 38 футов: электрические лебедки — ✓ Возможна БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА при соответствующих критериях покупки. Автоматическая подъемная электрическая канатная таль с беспроводным пультом дистанционного управления Мостовой кран 120 В, лебедка для потолочного шкива гаража с буксировочной стропой, электрическая тросовая лебедка, абсолютно выгодная цена. Интернет-продажа дешевых экспертов, доставляющих их по всему миру. Покупка в универмаге бутик онлайн!
Гравитационная потенциальная энергия | Физика
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
Объясните потенциальную энергию гравитации в терминах работы, совершаемой против силы тяжести.
Покажите, что гравитационная потенциальная энергия объекта массой m на высоте h на Земле определяется как PEg = mgh .
Покажите, как знание потенциальной энергии как функции положения можно использовать для упрощения вычислений и объяснения физических явлений.
Работа против силы тяжести
Подъем по лестнице и подъем предметов — это работа как в научном, так и в повседневном смысле, это работа, совершаемая против силы тяжести.Когда есть работа, происходит преобразование энергии. Работа, проделанная против силы тяжести, превращается в важную форму накопленной энергии, которую мы исследуем в этом разделе.
Рис. 1. (a) Работа, проделанная для подъема груза, сохраняется в системе масса-Земля в виде потенциальной энергии гравитации. (б) Когда груз движется вниз, эта гравитационная потенциальная энергия передается часам с кукушкой.
Рассчитаем работу, проделанную при подъеме объекта массой м на высоту х , как на рисунке 1.Если объект поднимается прямо вверх с постоянной скоростью, то сила, необходимая для его подъема, равна его весу мг . Работа, проделанная с массой, будет равна W = Fd = mgh . Мы определяем это как гравитационную потенциальную энергию (PE _g), вложенную (или полученную) в систему объект-Земля. Эта энергия связана с состоянием разделения между двумя объектами, которые притягиваются друг к другу гравитационной силой. Для удобства мы называем это PE _g, полученным объектом, признавая, что это энергия, запасенная в гравитационном поле Земли.Почему мы используем слово «система»? Потенциальная энергия — это свойство системы, а не отдельного объекта из-за его физического положения. Гравитационный потенциал объекта обусловлен его положением относительно окружающей среды в системе Земля-объект. Сила, приложенная к объекту, является внешней силой извне системы. Когда он совершает положительную работу, он увеличивает гравитационную потенциальную энергию системы. Поскольку гравитационная потенциальная энергия зависит от относительного положения, нам нужен опорный уровень, на котором можно установить потенциальную энергию равной 0.Обычно мы выбираем эту точку как поверхность Земли, но это произвольно; важно то, что разность гравитационной потенциальной энергии, потому что эта разница относится к проделанной работе. Разница в гравитационной потенциальной энергии объекта (в системе Земля-объект) между двумя ступенями лестницы будет такой же для первых двух ступеней, как и для двух последних ступеней.
Преобразование между потенциальной и кинетической энергией
Гравитационная потенциальная энергия может быть преобразована в другие формы энергии, например в кинетическую.Если мы высвободим массу, гравитационная сила совершит над ней работу, равную mgh , тем самым увеличив ее кинетическую энергию на ту же величину (по теореме работы-энергии). Нам будет более полезным рассмотреть просто преобразование PE _g в KE без явного рассмотрения промежуточного этапа работы. (См. Пример 2.) Этот ярлык упрощает решение проблем с использованием энергии (если возможно), а не с явным использованием сил.
Точнее, мы определяем изменение гравитационной потенциальной энергии ΔPE _g как ΔPE _g = mgh , где для простоты мы обозначаем изменение высоты h , а не обычным Δ h .2 = 4,90 \ text {J} \ end {array} \\ [/ latex]
Обратите внимание, что единицы гравитационной потенциальной энергии оказываются джоулями, такими же, как для работы и других форм энергии. По мере того, как часы идут, масса снижается. Мы можем думать о массе как о постепенном отказе от 4,90 Дж гравитационной потенциальной энергии, , без прямого учета силы тяжести, которая выполняет работу .
Использование потенциальной энергии для упрощения вычислений
Рис. 2. Изменение гравитационной потенциальной энергии (ΔPEg) между точками A и B не зависит от пути.
Уравнение ΔPE _g = mgh применимо для любого пути, высота которого изменяется на h , а не только тогда, когда груз поднимается прямо вверх. (См. Рис. 2.) Гораздо проще вычислить mgh (простое умножение), чем вычислить работу, проделанную по сложному пути. Идея гравитационной потенциальной энергии имеет двойное преимущество: она очень широко применима и упрощает вычисления.
С этого момента мы будем считать, что любое изменение вертикального положения h массы m сопровождается изменением гравитационной потенциальной энергии mgh , и мы будем избегать эквивалентной, но более сложной задачи расчета проделанной работы. силой или против силы тяжести.
ΔPEg = mgh для любого пути между двумя точками. Гравитация — это один из небольшого класса сил, где работа, выполняемая силой или против нее, зависит только от начальной и конечной точек, а не от пути между ними.
Пример 1. Сила, чтобы не падать
Человек весом 60,0 кг прыгает на пол с высоты 3,00 м. Если он приземляется жестко (коленные суставы сжимаются на 0,500 см), рассчитайте силу, действующую на коленные суставы.
Стратегия
Энергия этого человека в этой ситуации сведена к нулю из-за работы, выполняемой над ним полом, когда он останавливается.Исходный PE _g превращается в KE по мере его падения. Работа, выполняемая полом, сводит эту кинетическую энергию к нулю.
Решение
Работа, выполняемая человеком у пола, когда он останавливается, определяется как W = Fd cos θ = — Fd со знаком минус, потому что смещение при остановке и сила от пола противоположны направления (cos θ = cos 180º = −1). Пол отводит энергию от системы, поэтому он выполняет негативную работу.
Кинетическая энергия, которую человек имеет при достижении пола, представляет собой количество потенциальной энергии, потерянной при падении с высоты ч : KE = −ΔPEg = — мг / ч.
Расстояние d , на которое сгибаются колени человека, намного меньше высоты h падения, поэтому дополнительное изменение гравитационной потенциальной энергии во время сгибания колена игнорируется.
Работа W , выполняемая полом над человеком, останавливает человека и сводит кинетическую энергию человека к нулю: W = −KE = mgh .5 \ text {N} \\ [/ latex]
Обсуждение
Такой большой силы (в 500 раз превышающей вес человека) за короткое время удара достаточно, чтобы сломать кости. Гораздо лучший способ смягчить удар — это согнуть ноги или кататься по земле, увеличивая время действия силы. Изгибающее движение на 0,5 м таким образом дает силу в 100 раз меньшую, чем в примере. Прыжки кенгуру демонстрируют этот метод в действии. Кенгуру — единственное крупное животное, которое использует прыжки для передвижения, но шок при прыжках смягчается сгибанием его задних ног при каждом прыжке.(См. Рисунок 3.)
Рис. 3. Работа, выполняемая землей над кенгуру, снижает его кинетическую энергию до нуля при приземлении. Однако, если приложить силу земли к задним ногам на большем расстоянии, воздействие на кости уменьшается. (Источник: Крис Сэмюэл, Flickr)
Пример 2. Определение скорости американских горок по их высоте
Какова конечная скорость американских горок, показанных на рисунке 4, если они начинаются с покоя на вершине холма высотой 20,0 м, а работа, выполняемая силами трения, незначительна?
Какова его конечная скорость (опять же при незначительном трении), если его начальная скорость равна 5.00 м / с?
Рис. 4. Скорость американских горок увеличивается по мере того, как сила тяжести тянет их вниз, и максимальна в самой нижней точке. С точки зрения энергии, потенциальная энергия гравитационной системы «американские горки-Земля» преобразуется в кинетическую энергию. Если работа, выполняемая трением, незначительна, все ΔPEg преобразуется в KE.
Стратегия
Американские горки теряют потенциальную энергию при спуске с горы. Мы пренебрегаем трением, так что остающаяся сила, действующая на гусеницу, является нормальной силой, которая перпендикулярна направлению движения и не действует. 2 \\ [/ latex].2} \\\ text {} & = & 20.4 \ text {m / s} \ end {array} \\ [/ latex]
Обсуждение и последствия
Во-первых, обратите внимание, что масса отменяется. Это вполне согласуется с наблюдениями, сделанными в Falling Objects, о том, что все объекты падают с одинаковой скоростью, если трение незначительно. Во-вторых, учитывается только скорость американских горок; информации о его направлении нет ни в какой точке. Это раскрывает еще одну общую истину. Когда трение незначительно, скорость падающего тела зависит только от его начальной скорости и высоты, а не от его массы или пройденного пути.Например, американские горки будут иметь одинаковую конечную скорость независимо от того, падают ли они на 20,0 м прямо вниз или выбирают более сложный путь, подобный показанному на рисунке. В-третьих, и, возможно, неожиданно, конечная скорость в части 2 больше, чем в части 1, но намного меньше, чем 5,00 м / с. Наконец, обратите внимание, что скорость может быть найдена на любой высоте по пути, просто используя соответствующее значение h в интересующей точке.
Мы видели, что работа, выполняемая силой гравитации или против нее, зависит только от начальной и конечной точек, а не от пути между ними, что позволяет нам определить упрощенную концепцию гравитационной потенциальной энергии.Мы можем сделать то же самое с несколькими другими силами, и мы увидим, что это приводит к формальному определению закона сохранения энергии.
Установление соединений: домашнее исследование — преобразование потенциала в кинетическую энергию
В этом эксперименте можно изучить преобразование потенциальной гравитационной энергии в кинетическую. На гладкой ровной поверхности используйте линейку, имеющую канавку по длине, и книгу, чтобы сделать наклон (см. Рисунок 5). Поместите шарик на линейке на высоте 10 см и дайте ему скатиться по линейке.Когда он упадет на ровную поверхность, измерьте время, за которое он перекатится на один метр. Теперь поместите шарик в позиции 20 см и 30 см и снова измерьте время, необходимое для катания 1 м по ровной поверхности. Найдите скорость шарика на ровной поверхности для всех трех положений. Постройте квадрат скорости в зависимости от расстояния, пройденного шариком. Какова форма каждого сюжета? Если форма представляет собой прямую линию, график показывает, что кинетическая энергия шарика внизу пропорциональна его потенциальной энергии в точке высвобождения.
Рис. 5. Шарик скатывается по линейке, и измеряется его скорость по ровной поверхности.
Сводка раздела
Работа, выполняемая против силы тяжести при подъеме объекта, становится потенциальной энергией системы объект-Земля.
Изменение гравитационной потенциальной энергии, ΔPE _g, составляет ΔPE _g = mgh , где h — это увеличение высоты, а g — ускорение свободного падения.
Гравитационная потенциальная энергия объекта у поверхности Земли обусловлена его положением в системе масса-Земля.Физическое значение имеют только различия в гравитационной потенциальной энергии ΔPE _g.
Когда объект спускается без трения, его гравитационная потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию, соответствующую увеличению скорости, так что ΔKE = −ΔPE _g
Концептуальные вопросы
В Примере 2 мы рассчитали конечную скорость американских горок, которые спустились на 20 м в высоту и имели начальную скорость 5 м / с на спуске. Предположим, что американские горки вместо этого имели начальную скорость 5 м / с в гору, а затем пошли в гору, остановились, а затем скатились вниз до конечной точки на 20 м ниже старта.В этом случае мы обнаружили бы, что у него была такая же конечная скорость. Объясните с точки зрения сохранения энергии.
Зависит ли работа, которую вы выполняете с книгой, когда вы поднимаете ее на полку, от пройденного пути? По затраченному времени? По высоте полки? О массе книги?
Задачи и упражнения
Гидроэлектростанция (см. Рис. 6) преобразует гравитационную потенциальную энергию воды за плотиной в электрическую энергию. (а) Какова гравитационная потенциальная энергия относительно генераторов озера объемом 50?0 км ³ (масса = 5,00 × 10 ¹³ кг), учитывая, что озеро имеет среднюю высоту 40,0 м над генераторами? (б) Сравните это с энергией, запасенной в 9-мегатонной термоядерной бомбе.
Рис. 6. Гидроэлектростанция (кредит: Денис Белевич, Wikimedia Commons)
(a) Сколько гравитационной потенциальной энергии (относительно земли, на которой она построена) хранится в Великой пирамиде Хеопса, учитывая, что ее масса составляет около 7 × 10 ⁹ кг, а ее центр масс равен 36.5 м над окружающей землей? б) Как эта энергия соотносится с ежедневным потреблением пищи человеком?
Предположим, кукабарра весом 350 г (большая птица-зимородок) берет змею весом 75 г и поднимает ее на 2,5 м от земли на ветку. а) Сколько работы птица проделала со змеей? б) Сколько работы было проделано, чтобы поднять собственный центр масс на ветку?
В Примере 2 мы обнаружили, что скорость американских горок, спустившихся на 20,0 м, была лишь немного выше, когда они имели начальную скорость 5.00 м / с, чем при старте из состояния покоя. Отсюда следует, что ΔPE >> KE _i. Подтвердите это утверждение, взяв отношение ΔPE к KE _i. (Обратите внимание, что масса отменяется.)
Игрушечная машинка весом 100 г приводится в движение сжатой пружиной, которая приводит его в движение. Автомобиль следует по изогнутой дороге на рисунке 7. Покажите, что конечная скорость игрушечного автомобиля составляет 0,687 м / с, если его начальная скорость составляет 2,00 м / с, и он движется по склону без трения, набирая высоту 0,180 м.
Рис. 7. Игрушечная машинка движется по наклонной дороге.(Источник: Leszek Leszczynski, Flickr)
В гонках на горных лыжах, как ни удивительно, мало преимуществ дает разбег. (Это связано с тем, что начальная кинетическая энергия мала по сравнению с увеличением гравитационной потенциальной энергии даже на небольших холмах.) Чтобы продемонстрировать это, найдите конечную скорость и время, необходимое для лыжника, который пролетает 70,0 м по склону 30 ° без учета трения: (а) Начиная с покоя.

Подъемный кран равномерно поднимает груз массой 100 кг на высоту 20 м: Подъемный кран равномерно поднимает груз массой 100 кг на высоту 20 м. Какую по модулю работу

контрольная работа «Работа. Мощность. Энергия» 7 класс

контрольная работа «Работа. Мощность. Энергия» 7 класс

Решение текстовых задач по физике № 23-25 при подготовке к ОГЭ

Задачи и упражнения к главе III. Работа и мощность

Страница не найдена

Физика. Текстовые задачи. 9 класс

ВАРИАНТ №10 — ГИА-ЕГЭ 2021

Алгоритм решения задач на ЗСЭ

Физическая академия (O — Уровень …

Ch. 7 задач и упражнений — физика в колледже для курсов AP®

Небо — предел: краны и подъемные устройства с приводом от человека

Подъемная сила человека

Механическое преимущество

Пандусы и рычаги

Рождение крана: шкив

Лебедки и кабестаны

Колеса

Башни подъемные

Новое изобретение журавлей в средние века

Готические церкви и соборы

Портовые краны

Построено слесарем

Краны повышенной гибкости

Краны железные

Самый мощный ручной кран в истории

Источники (в порядке важности)

Физика 9702 Сомнения | Страница справки 30

Сколько веса снимает шкив?

У каждой машины есть механическое преимущество

Механическое преимущество шкивной системы

Чтобы получить механическое преимущество, вам нужно потянуть больше веревки

Вес, сила и уменьшение нагрузки на шкив

Пример калькулятора веса шкива

Share This Story, Choose Your Platform!

Related Posts

Leave A Comment Отменить ответ