Экспресс подготовка к ОГЭ по физике. Занятие ведет Антонина Васильевна — преподаватель-андроид, уволенная из Академии за насмешки над людьми.
Трудно дать человеческое определение работе. Это то — что было сделано. Скажем, если вы что-то перемещаете, то чем на более дальнее расстояние и большее количество ящиков вы тащите, тем большую совершаете работу. Хотя, лучше все-таки формулой:
A=F*S
A — механическая работа, измеряемая в джоулях (Дж), F — сила (Н), S — перемещение (м)
Более мощный работник или более мощная машина сможет выполнить одну и ту же работу быстрее. Таким образом, мощность — скорость выполнения работы. Формула:
N= A/t
N (или P) — мощность измеряемая в ваттах (Вт), A — работа (Дж), t — время (с).
Для механической мощности движущегося тела есть еще одна полезная формула через силу (F) и скорость (V):
N=F*V
Но чтобы совершить работу нужна энергия, которая тоже, кстати, измеряется в джоулях. Энергия переходит в работу, а работа — обратно в энергию.
Если разогнать тело, то оно приобретет кинетическую энергию
где m — масса, а u — скорость.
Изменение кинетическая энергия — работа совершаемая силой инерции. Но я уже говорила, что люди не очень любят говорить об этой силе.
Если же мы сожмем, скажем пружину, то она запасет потенциальную энергию
где k — жесткость пружины, ∆l — изменение длины.
Если же мы будем поднимать тело, то таким образом тоже запасем потенциальную энергию. Это будет потенциальная энергия силы тяжести и именно эта формула чаще используется в задачах.
g — ускорение свободного падения, h — высота.
Изменение потенциальной энергии — работа совершаемая соответствующей силой, например силой тяготения. Любой силой кроме силы инерции, которой соответствует кинетическая энергия.
Полная механическая энергия — сумма потенциальной и кинетической энергий. И если в условии задачи нет сил трения или сопротивления воздуха, то можно сказать, что полная механическая энергия меняться не будет. Она просто будет превращаться из потенциальной в кинетическую и обратно, но их сумма в каждый момент будет одинаковой и равной полной механической энергии.
Закон сохранения энергии не будет иметь исключений, если мы будем учитывать не только механическую, но и внутреннюю энергию. Например, когда тело падает, его полная потенциальная энергия сначала превращается в кинетическую, а после удара — во внутреннюю. Увеличение внутренней энергии, если не происходит изменения агрегатного состояния вещества, сопровождается увеличением температуры.
Обычно изменение внутренней энергии — нежелательное явление в механизмах. Это значит, что часть затраченной энергии тратится не для выполнения полезной работы, а на нагрев самого механизма и окружающей среды.
Коэффициент полезного действия КПД равен отношению полезной работы к затраченной работе или энергии. Или отношению мощностей.
Если умножим на 100, то получим КПД в процентах, но для решения задач проще использовать в десятичном виде.
Помимо закона сохранения энергии, существует и закон сохранения импульса. Но для начала, следует вспомнить, что такое импульс, вообще. Это векторная величина — произведение массы тела на его скорость.
Закон сохранения гласит, что сумма импульсов тел замкнутой системы не меняется. Так сумма импульсов тел до соударения и после — остается той же.
Например, рассмотрим неупругое соуларение двух тел, двигавшихся навстречу друг другу. Поскольку начальные скорости тел противоположны, то направление одного из них берем положительным, а другого, соответственно, отрицательным. А поскольку после неупругого соударения тела «склеиваются», то и движутся далее, как одно тело с суммарной массой. Поэтому уравнение, описывающее данную ситуацию, через закон сохранения импульса будет следующим:
m1u1-m2u2=(m1+m2)u3
Я обычно рассказываю о других мирах с удивительными законами, но есть то, чем удивляет пришельцев наш мир. Наша физика подчиняется принципу наименьшего действия. Все тела движутся по траекториям, при которых суммарная работа, совершаемая силами, в том числе и силой инерции, минимальна. Этакая ленивая физика.
Мы к такой физике привыкли, но на гостей из других миров она действует очень расслабляюще. Когда на пляже в Гренландии поселилась делегация из мира JQ4537, они были сначала чрезвычайно деятельны. Ее члены носились по всей территории, изучая новый для себя мир. Но очень быстро начали лениться, и уже через неделю посещали только научные видеоконференции, не выходя из своих номеров. А еще через неделю перестали включать видеокамеры на онлайн-встречах, объясняя это очень плохой в Гренландии связью. А сами в это время почти неподвижно лежали на всех кроватях и диванах в номерах гостиницы, не выпуская из рук свои гаджеты с играми и чатами. Пришлось их заменить на другую делегацию.
Задание 1
Брусок скользит вверх — следовательно, скорость падает, а высота увеличивается.
Ответ: 21 — _.........._
Задание 2
Санки скатываются — следовательно, высота уменьшается, скорость увеличивается.
Ответ: 1 — _.........._
Задание 3
Обратите внимание, что корабль собирается затормозить, а не ускориться.
Ответ: 2 — _..........._
Задание 4
Работа равносильна поднятию груза, равного массе воды, на данную высоту. А чтобы поднять — нужно приложить силу равную весу всей воды. Вспомните, что плотность воды — 1000 кг/м3
Ответ: 30 кДж -_.........._
Задание 5
Сначала найдите силу трения. Произведение этой силы на перемещение равно совершенной работе.
Ответ: 120м — _..........._
Задание 6
Найдите время, затем совершенную работу. А затем, с учетом КПД, найдите затраченную энергию. Чтобы посчитать массу бензина — поделите на удельную теплоту сгорания бензина (44MДж/кг).
Ответ: 16кг — _..........._
Задание 7
Можете считать, что его отпускают на высоте 2 м и теперь спрашивается какая у него будет кинетическая энергия? В кинетическую перешла потенциальная энергия «между» этими двумя точками. А расстояние между ними — 1,5 м. Фактически, нужно посчитать по формуле потенциальной энергии, взяв h=1.5 м.
Ответ: 2 — _.........._
Задание 8
Если бы мы не учитывали сопротивление воздуха, то сказали бы, что полная механическая энергия меняться не будет. Но в данном случае, часть механической энергии постоянно будет переходить в тепловую. И не важно, в какую сторону летит камень — сила сопротивления воздуха всегда будет направлена против движения.
Ответ: 4 — _..........._
Задание 9
Чем хороши задачи на энергию — не нужно отвлекаться на детали. Нам не нужно знать угол наклона горки. Просто вся кинетическая энергия перейдет в потенциальную. Приравняйте формулы этих энергий и выразите h. Масса сократится. Только сначала переведите скорость в м/с.
Ответ: 5м — _.........._
Задание 10
Задача очень простая — на формулу импульса.
Ответ: 1200 — _.........._
Задание 11
Формулу зависимости изменения импульса от разгоняющей силы мы знаем. Вспомните ее и …. можете пока забыть … на интересующем нас интервале разгоняющая сила равна нулю.
Ответ: 2 — _..........._
Задание 12
Если бы мы хотели использовать принцип реактивного двигателя и ускорить лодку, то бросали бы камень против направления движения (в обратную сторону).
Ответ: 3 — _.........._
Задание 13
Нужно найти скорость тела, через 2 с после броска. А скорость с каждой секундой уменьшается на 10 м/с (ускорение свободного падения).
Ответ: 50Дж — _..........._
Задание 14
Сначала, применив закон сохранения импульса, найдите скорость после неупругого соединения. Это будет общая скорость. А затем посчитайте энергию именно первого шара.
Ответ: 0,2Дж — _.........._
Задание 15
Удельная теплота сгорания бензина 47МДж/кг. Сначала посчитайте теплоту, которая выделится за 1 час при сгорании 10 кг бензина. Затем эту величину поделите на время (3600с) и получите мощность затраченную. Осталось найти процент полезной мощности.
Ответ: 56,5% — _..........._
Задание 16
Можем смело предположить, что шарик тонет. Сила тяжести направлена вниз, а сила выталкивания вверх. Нужно посчитать равнодействующую силу. Величина силы сопротивления будет такой же. Работа этой силы перейдет в тепловую энергию. Осталось расписать уравнение, выразить объем и посчитать.
Ответ: 0,0045 — _..........._
Задание 17
Сумма векторов p1 и p2 должна быть равна p.
Ответ: 2 — _.........._
Задание 18
Эту задачу можно решить интуитивно. Неподвижный блок не дает выигрыша в силе. Поскольку КПД не 100% , следовательно, силу придется прикладывать большую, чем вес.
Ответ: 125 — _.........._
Задание 19
Сначала посчитайте суммарную кинетическую энергию двух шаров до соударения. Затем, используя закон сохранения импульса, найдите скорость после соударения. Найдите кинетическую энергию после соударения. Удивитесь, насколько она стала меньше по сравнению с начальной. Исчезнувшая кинетическая энергия перешла в тепло.
Ответ: 12Дж — _..........._
***
Весть о том, что кто-то из демонов проник в чужой мир и почти разрушил его, быстро распространилась. Миры не настолько хорошо могли общаться, чтобы передавать детали, но общий смысл был ясен. Демонов нужно было надежно изолировать, чтобы они больше никому не навредили. Установилась полная блокада это уже ненавистного всем мира.
Не осталось ни одной возможности, чтобы объясниться и понять демонов, и не осталось ни единой возможности детям попасть обратно домой.
Оля продолжала учиться магии. Что-то получалось у нее хуже, а что-то лучше. Но в одном она была превосходна — в установлении связи с духами. Ее наставникам казалось, что она видит призраков, но девочка лишь, раз за разом, сквозь миры и вселенные пыталась пробиться к своей маме.
Блокада мира Демонов не мешала Оле. Ее способности имели другую, еще малоизученную природу. И однажды она познакомилась с девочкой-подростком из совсем другого мира. Это видение обладало особой энергией. С новой подружкой можно было весело болтать и даже играть. Ее звали Лорин.
Лорин — девочка из мира богов. Про него мы и сейчас знаем очень мало. Легенды рассказывают о всемогущих существах, которые обладают безграничными возможностями, однако, совсем не имеют желаний. Поэтому они только наблюдают за происходящим в мирах, но ни во что не вмешиваются — не хотят. Исключение составляют лишь дети этого мира, желания и эмоции они теряют постепенно, по мере взросления.
Лорин и Оля встречались почти каждый день и кружились в пространстве между мирами, который был похож на луг с огромными одуванчиками и переливающийся всеми цветами радуги.