Формула потенциальной энергии упруго деформированного тела. Referat. Закон сохранения энергии. Центр масс и его движение

Учебная цель: добиться понимания физических понятийэнергии, работы, мощности и закона сохранения энергии. Привить навыки самостоятельного решения задач по данной теме.

Литература

Основная: Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1989. – Гл. 3, § 3.1 – 3.4; гл. 5, § 5.2.

Дополнительная: Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1987. – Т. 1, гл. 3, § 19 – 24.

Контрольные вопросы для подготовки к занятию

1. Поясните физический смысл понятий энергии, работы, мощности. Их единицы измерения.

2. Какие виды механической энергии известны? Чем они определяются?

3. Запишите и объясните формулы кинетической энергии поступательного и вращательного движения тела.

4. Каковы способы определения работы?

5. Как определяется работа сил упругой деформации и потенциальная энергия упруго деформированного тела?

6. По какой формуле можно определить потенциальную энергию гравитационного взаимодействия двух материальных точек (шаров)? Поясните, почему она является отрицательной величиной?

7. Дайте определение консервативной и диссипативной систем тел. Приведите примеры.

8. Сформулируйте, поясните и запишите закон сохранения энергии в механике.

Краткие теоретические сведения и основные формулы

Энергия – универсальная мера различных форм движения и взаимодействия всех видов материи.

Механическая энергия может быть обусловлена двумя причинами:

Движением тела с некоторой скоростью (кинетическая энергия);

Нахождением тела в потенциальном поле сил (потенциальная энергия).

Кинетическая энергия тела массой m , движущегося поступательно со скоростью

Кинетическая энергия вращающегося вокруг неподвижной оси тела

Потенциальная энергия тяготения двух материальных точек, массы которых и, находящихся на расстоянииr , при условии, что W  = 0, равна

где G = 6,67·10 -11 –гравитационная постоянная . Знак минус соответствует тому, что при r   потенциальная энергия двух взаимодействующих тел равна нулю; при сближении этих тел потенциальная энергия убывает.

Потенциальная энергия сил притяжения всегда является отрицательной. Область пространства, где действуют силы притяжения, называется потенциальной ямой.

Потенциальная энергия тела, поднятого на высоту h относительно тела отсчёта (например, Земли)

W n = m g h ,

где g = 9,81 – ускорение свободного падения.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела

где -коэффициент упругости , определяемый отношением упругой силы к величинеупругой деформации.

Закон сохранения энергии в механике: полная механическая энергия замкнутой системы, в которой действуют только консервативные силы, есть величина постоянная, т.е.

W k + W n = сonst.

Системы, в которых полная механическая энергия не сохраняется, называются диссипативными.

Мерой передачи движения, или мерой энергии, переданной от одного тела к другому, является работа .

На основании определения работы изменение полной механической энергии системы равно алгебраической сумме работ всех внешних и внутренних сил:

A = W 2 – W 1 Дж,

где W 2 и W 1 – полные энергии тел соответственно после и до взаимодействия.

Величину деформации оценивают отношением изменения размера тела к его первоначальному размеру

Это отвлеченное число указывающее, на какую часть увеличились или уменьшились размеры тела, называют относительной деформацией.

При всестороннем растяжении или сжатии х означает объем означает увеличение или уменьшение объема вызванное деформацией При продольном растяжении или сжатии х означает длину При сдвиге деформацию оценивают углом сдвига 6 (см. рис. 78, стр. 168).

Если мысленно рассечь упруго деформированное тело на две части, то одна из этих частей будег действовать на другую с некоторыми силами, распределенными по всему сечению. Силы эти называются внутренними упругими силами. Внешние силы, действующие на деформированное тело, уравновешиваются внутренними силами упругости. Величина и направление упругих сил зависят от вида деформации. Тело будет сопротивляться внешним воздействиям до тех пор, пока интенсивность внутренних сил не превзойдет известного предела, после чего тело или потеряет упругие свойства, или разрушится.

Интенсивность упругих сил характеризуют величиной силы, действующей на единицу площади поперечного сечения, взятого в направлении, нормальном или касательном к действующим силам. Эти величины называют нормальным и касательным напряжениями деформированного тела. При равномерном распределении усилий, для того чтобы найти напряжение надо разделить силу на площадь поперечного сечения, по которому эта сила распределена:

Нормальное напряжение, сжимающее тело, иначе называют давлением.

Когда говорят о давлении или напряжении в какой-либо точке, то условно понимают под «точкой» элементарно малый участок поверхности Вследствие предельной малости выделенного таким образом участка поверхности можно считать, что сила действующая на этот участок, распределена по площади участка равномерно Поэтому под давлением и напряжением в точке поверхности подразумевают отношение

Применяют различные единицы для измерения давления. В абсолютной системе единицей силы является 1 дина и единицей площади поэтому единицей давления служит - так называемая бария.

В технике единицей давления часто служит

В качестве единиц давления применяют также физическую и техническую атмосферы. Физическая (нормальная) атмосфера есть то давление, которое своим весом производит столб ртути высотой в Нетрудно подсчитать, что физическая атмосфера Технической атмосферой называют давление в на

Английский физик Роберт Гук в 1675 г. обнаружил, что напряжение деформированного тела пропорционально относительной деформации:

Коэффициент К называют модулем упругости.

Закон Гука справедлив только до известных пределов. При некотором напряжении нарушается прямая пропорциональность между напряжением и деформацией. Это напряжение называют пределом пропорциональности При несколько большем напряжении, называемом пределом упругости тело теряет свои упругие свойства; при устранении внешних сил форма тела восстанавливается не полностью; остается так называемая остаточная деформация.

Рис. 77. График работы, совершаемой при деформации.

Если все физические свойства тела, в частности упругие свойства, в любом участке тела одинаковы по всем направлениям, то тело называют изотропным. Стекловидные твердые тела обычно изотропны. У кристаллов некоторые физические свойства, в частности упругость, не одинаковы для разных направлений. Такие тела называют анизотропными.

Работа внешних сил обращается при упругой деформации тела в потенциальную энергию деформированного тела.

Потенциальная энергия упругих деформаций является физической величиной, которая равна половине произведения квадрата деформации тела и его жесткости. Рассмотрим некоторые теоретические вопросы, связанные с данной величиной.

Особенности

Потенциальная энергия упругих деформаций зависит от расположения частей анализируемого тела. Например, выявлена связь между количеством витков пружин и энергией

Потенциальная энергия упругих деформаций определяется начальным и конечным положением пружины, то есть ее деформацией. Сначала вычисляют работу, совершаемую растянутой пружиной в момент возвращения в исходный вид. После этого рассчитывается потенциальная энергия упругой деформации пружины.

Вычисления

Она равна работе, совершаемой силой упругости при переходе упругого тела в состояние, при котором величина деформации равна нулю.

При растяжении с одинаковой силой различных пружин, им будет сообщаться разная величина потенциальной энергии. Выявлена обратно пропорциональная зависимость между жесткостью пружины и величиной потенциальной энергии. Чем более жесткой будет взятая пружина, тем меньшее значение будет принимать Ер.

Таким образом, потенциальная энергия при упругой деформации тел связана с коэффициентом упругости. Работа силы упругости представляет собой величину, которая совершается силой во время изменения величины деформации пружины от первоначального (исходного) значения Х1 до конченого положения Х2.

Разницу между этими значениями называют деформацией пружины. Потенциальная энергия упругих деформаций определяется именно с учетом данного показателя.

Коэффициент жесткости пружины зависит от качества материала, из которого изготавливают рабочее тело. Кроме того, на него влияют геометрические размеры и форма анализируемого объекта. Данную физическую величину обозначают буквой к, используют единицы измерения Н/м.

Выявлена зависимость силы упругости от расстояния между взаимодействующими участками рассматриваемого упругого тела.

Работа силы упругости не связана с формой траектории. В случае перемещения по замкнутому циклу, ее суммарное значение равно нулю. Именно поэтому силы упругости считают потенциальными, и вычисляют их с учетом коэффициента жесткости пружины, величиной деформации пружины.

Заключение

Независимо от внешнего вида, любая современная конструкция в определенной степени деформируется, то есть изменяет свои первоначальные размеры, при действии внешних нагрузок, приложенных к телу. Для того чтобы проверить устойчивость и жесткость такой конструкции, важно определять те перемещения, которые вызваны деформацией ее отдельных элементов. Важным моментом является и определение перемещений рассматриваемой системы. Подобные вычисления проводят при расчетах прочности зданий и сооружений. Проведение разнообразных расчетов, касающихся определения работы потенциальных сил, является обязательным этапом при создании чертежей будущих конструкций во всех сферах промышленности.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГ МОДУЛЯ

ПМ 02 «Организация сетевого администрирования» для специальности 09.02.02 «Компьютерные сети»

(базовая подготовка)

Рабочая программа профессионального модуля (далее рабочая программа) – является частью примерной основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС по специальности (специальностям) СПО 230111 Компьютерные сети (базовой и углубленной подготовки) в части освоения основного вида профессиональной деятельности (ВПД): Организация сетевого администрирования и соответствующих профессиональных компетенций (ПК):

ПК 2.1. Администрировать локальные вычислительные сети и принимать меры по устранению возможных сбоев.

ПК 2.2. Администрировать сетевые ресурсы в информационных системах.

ПК 2.3. Обеспечивать сбор данных для анализа использования и функционирования программно-технических средств компьютерных сетей.

ПК 2.4. Взаимодействовать со специалистами смежного профиля при разработке методов, средств и технологий применения объектов профессиональной деятельности.

OK 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), за результат выполнения заданий.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

Рабочая программа профессионального модуля может быть использована в дополнительном профессиональном образовании и профессиональной подготовке работников в области информатики и вычислительной техники при наличии среднего (полного) общего образования. Опыт работы не требуется.

1.2. Цели и задачи профессионального модуля – требования к результатам освоения профессионального модуля

С целью овладения указанным видом профессиональной деятельности и соответствующими профессиональными компетенциями обучающийся в ходе освоения профессионального модуля должен:

иметь практический опыт:

Настройки сервера и рабочих станций для безопасной передачи информации;

Установки web-сервера;

Организации доступа к локальным и глобальным сетям;

Сопровождения и контроля использования почтового сервера, SQL сервера;

Расчёта стоимости лицензионного программного обеспечения сетевой инфраструктуры;

Сбора данных для анализа использования и функционирования программно – технических средств компьютерных сетей;

уметь:

Администрировать локальные вычислительные сети;

Принимать меры по устранению возможных сбоев;

Устанавливать информационную систему;

Создавать и конфигурировать учетные записи отдельных пользователей и пользовательских групп;

Регистрировать подключения к домену, вести отчётную документацию;

Рассчитывать стоимость лицензионного программного обеспечения сетевой инфраструктуры;

Устанавливать и конфигурировать антивирусное программное обеспечение, программное обеспечение баз данных, программное обеспечение мониторинга;

Обеспечивать защиту при подключении к Интернет средствами операционной системы;

знать:

Основные направления администрирования компьютерных сетей;

Типы серверов, технологию «клиент – сервер»;

Способы установки и управления сервером;

Утилиты, функции, удаленное управление сервером;

Порядок использования кластеров;

Порядок взаимодействия различных операционных систем;

Алгоритм автоматизации задач обслуживания;

Порядок мониторинга и настройки производительности;

Технологию ведения отчётной документации;

Классификацию программного обеспечения сетевых технологий и область его применения;

Порядок и основы лицензирования программного обеспечения;

Оценку стоимости программного обеспечения в зависимости от способа и места его использования.

максимальной учебной нагрузки обучающегося – 606 часов, в том числе:

всего– 536 часов, включая:

обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося – 140 часов;

самостоятельной работы обучающегося – 70 часов;

учебной и производственной практики – 396 часов,

в том числе

учебной практики по программированию – 216 часов,

производственной практики (по профилю специальности) 180 часов.

{edocs}poks/rp_modulPM02_090202.pdf,700,500{/edocs}