Что тяжелее 1кг железа или 1кг пуха?
Вопрос явно не по математике, а по физике. Под тяжелее подразумевается что? Вероятно сравнивается сила, необходимая для подъема. Детский ответ на вопрос использует бытовое понимание веса. 1. В килограммах измеряется масса. Не вес, а именно масса. 2. Тело не весит ничего, пока оно не попадет в гравитационное поле. Сферический килограмм железа в вакууме не будет ничего весить. Если же в вакууме находятся оба наших килограмма, то весить они будут одинаково. Но также одинаково будут весить и яблоко с десятитонным блоком. Они попросту будут притягиваться друг к другу с одинаковой силой (третий закон Ньютона). Поэтому будем считать, что поднимаем железо и пух мы на Земле. 3. Если массы равны, то притяжение к Земле будет одинаково. 4. Земля имеет атмосферу. А это газ. Кислород, азот, итп. Проще говоря — воздух. И на все тела, которые в него погружены действует выталкивающая сила, равная весу воздуха в объеме тела(сила Архимеда). 5. Плотность железа больше плотности пуха. А значит 1кг железа будет занимать меньший объем. То есть Архимедова сила, действующая на килограмм железа и Архимедова сила килограмм пуха не равны. (Надо сказать, что воздух в пухе вообще можно не учитывать. Потому как Архимедова сила действующая на него, равна его весу) И сила действующая на килограмм железа меньше. Так что тяжелее? Тяжелее килограмм железа. потому как поднимать его тебе будет помогать меньшая Архимедова сила. Тяжелее ровно на вес воздуха в разнице их объемов. Немного, но тяжелее. Но мы можем погрузить оба килограмма в воду. И тогда разница будет уже намного ощутимее.
Инна 6 лет назад
1. Килограмм является мерой веса. 2. По своим свойствам железо плотнее чем пух, значит при одном и том же объеме железо будет тяжелее. 3. Но, так как по условию задачи сравнивается не одинаковый объем, а вес, а именно 1кг. железа и 1 кг. пуха, значит ничто не тяжелее, их веса равны.
Физика (7 класс)/Взаимодействие тел
Рассмотрим движение автомобиля. Например, если автомобиль за каждую четверть часа (15 мин) проходит 15 км, за каждые полчаса (30 мин) — 30 км, а за каждый час — 60 км, считается, что он движется равномерно.
Во сколько раз скорость первого тела больше (меньше) скорости второго тела, во столько раз масса первого тела меньше (больше) массы второго.
Чем меньше меняется скорость тела при взаимодействии, тем большую массу оно имеет. Такое тело называется более инертным.
И наоборот, чем больше меняется скорость тела при взаимодействии, тем меньшую массу оно имеет, тем меньше оно инертно.
Значит, что для всех тел характерно свойство по-разному менять свою скорость при взаимодействии. Это свойство называется инертностью.
Масса тела — это физическая величина, которая характеризует его инертность.
Следует знать, что любое тело: Земля, человек, книга и т.д. — обладает массой.
Масса обозначается буквой m. За единицу массы в СИ принят килограмм (1 кг).
Килограмм — это масса эталона. Эталон изготовлен из сплава двух металлов: платины и иридия. Международный эталон килограмма хранится в г. Севре (близ Парижа). С международного эталона сделано более 40 точнейших копий, разосланных в разные страны. Одна из копий международного эталона находится в нашей стране, в институте метрологии им. Д. И. Менделеева в Санкт-Петербурге.
На практике используют и другие единицы массы: тонна (т), грамм (г), миллиграмм (мг).
| 1 т | = 1000 кг (10 3 кг) | 1 г | = 0,001 кг (10 -3 кг) |
| 1 кг | = 1000 г (10 3 г) | 1 мг | = 0,001 г (10 -3 г) |
| 1 кг | = 1 000 000 мг (10 6 мг) | 1 мг | = 0,000001 кг (10 -6 кг) |
В дальнейшем при изучении физики понятие массы будет раскрыто глубже.
Измерение массы тела на весах.
Для того, чтобы измерить массу тела, можно использовать метод, описанный в параграфе 19.
Сравнивая скорости, приобретенные телами при взаимодействии, определяют, во сколько раз масса одного тела больше (или меньше) массы другого. Измерить массу тела этим способом можно, если масса одного из взаимодействующих тел известна. Таким способом определяют в науке массы небесных тел, а также молекул и атомов.
На практике массу тела можно узнать с помощью весов. Весы бывают различного типа: учебные, медицинские, аналитические, аптекарские, электронные и др.
Рассмотрим учебные весы. Главной частью таких весов, является коромысло. К середине коромысла прикреплена стрелка — указатель, которая движется вправо или влево. К концам коромысла подвешены чашки. При каком условии весы будут находиться в равновесии?
Поместим на чашки весов тележки, которые применялись в опыте (см. § 18). поскольку при взаимодействии тележки приобрели одинаковые скорости, то мы выяснили, что их массы одинаковы. Следовательно, весы будут находится в равновесии. Это значит, что массы тел, лежащих на чашках весов, равны друг другу.
Теперь на одну чашку весов, поместим тело, массу которого надо узнать. На другую будем ставить гирьки, массы которых известны, до тех пор, пока весы не окажутся в равновесии. Следовательно, масса взвешиваемого тела будет равна общей массе гирь.
При взвешивании используется специальный набор гирь.
Различные весы предназначены для взвешивания разных тел, как очень тяжелых, так и очень легких. Так, например, с помощью вагонных весов можно определить массу вагона от 50 т до 150 т. Массу комара, равную 1мг, можно узнать с помощью аналитических весов.
Плотность вещества.
Файл:Vzvesim cillindry alluminieviy svincoviy.jpg Взвешиваем два цилиндра равного объема. Один алюминиевый, а другой — свинцовый.
Тела, окружающие нас, состоят из различных веществ: дерева, железа, резины и т.д.
Масса любого тела зависит не только от его размеров, но и оттого, из какого вещества оно состоит. Поэтому тела, имеющие одинаковые объемы, но состоящие из разных веществ, имеют разные массы.
Проведем такой опыт. Взвесим два цилиндра одинакового объема, но состоящие из разных веществ. Например, один из — алюминия, другой из — свинца. Опыт показывает, что масса алюминиевого меньше свинцового, то есть, алюминий легче свинца.
В то же время тела с одинаковыми массами, состоящие из разных веществ, имеют разные объемы.
Файл:Zhelezniye brusy.jpg Железный брус массой 1 т занимает 0,13 кубических метров. А лед массой 1 т — объем 1,1 метров кубических.
Так, железный брус массой 1 т занимает объем 0,13 м 3 , а лед с такой же массой в 1 т — объем 1,1 м 3 . Объем льда почти в 9 раз больше объема железного бруса. Это объясняется тем, что разные вещества могут иметь разную плотность.
Отсюда следует, что тела объемом, например, 1 м 3 каждое, состоящие из разных веществ, имеют разные массы. Приведем пример. Алюминий объемом 1 м 3 имеет массу 2700 кг, свинец такого же объема имеет массу 11 300 кг. То есть, при одинаковом объеме (1 м 3 ), свинец, имеет массу, превышающую массу алюминия, примерно в 4 раза.
Плотность показывает, чему равна масса вещества, взятого в определённом объёме.
Как же можно найти плотность какого-либо вещества?
Пример. Мраморная плита имеет объем 2м 3 , а ее масса равна 5400 кг. Надо определить плотность мрамора.
Итак, нам известно, что мрамор объемом 2м 3 имеет массу 5400 кг. Значит, 1 м 3 мрамора будет иметь массу в 2 раза меньшую. В нашем случае — 2700 кг (5400 : 2 = 2700). Таким образом, плотность мрамора будет равна 2700 кг на 1 м 3 .
Значит, если известна масса тела и его объем, можно определить плотность.
Чтобы найти плотность вещества, надо массу тела разделить на его объем.
Плотность это физическая величина, которая равна отношению массы тела к его объему:
Обозначим величины, входящие в это выражение, буквами: плотность вещества — ρ (греч. буква «ро»), масса тела — m, его объем — V. Тогда получим формулу для вычисления плотности:
Единицей плотности вещества в СИ является килограмм на кубический метр (1кг/м 3 ).
Плотность вещества выражают очень часто и в граммах на кубический сантиметр (1г/см 3 ).
Если плотность вещества выражена в кг/м 3 , то ее можно перевести в г/см 3 следующим образом.
Пример. Плотность серебра 10 500 кг/м 3 . Выразите ее в г/см 3 .
10 500 кг = 10 500 000 г (или 10,5 * 10 6 г),
1м3 = 1 000 000 см 3 (или 10 6 см 3 ).
Тогда ρ = 10 500 кг/м 3 = 10,5 * 10 6 / 10 6 г/см 3 = 10,5 г/см 3 .
Следует помнить, что плотность одного и того же вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях различна. Так, плотность льда равна 900 кг/м 3 , воды 1000 кг/м 3 , а водяного пара — 0,590 кг/м 3 . Хотя все это состояния того же вещества — воды.
Ниже приведены таблицы плотностей некоторых твердых тел, жидкостей и газов.
Плотности некоторых твердых тел (при норм. атм. давл., t = 20 °C)
| Твердое тело | ρ, кг/м 3 | ρ, г/см 3 | Твердое тело | ρ, кг/м 3 | ρ, г/см 3 |
|---|---|---|---|---|---|
| Осмий | 22 600 | 22,6 | Мрамор | 2700 | 2,7 |
| Иридий | 22 400 | 22,4 | Стекло оконное | 2500 | 2,5 |
| Платина | 21 500 | 21,5 | Фарфор | 2300 | 2,3 |
| Золото | 19 300 | 19,3 | Бетон | 2300 | 2,3 |
| Свинец | 11 300 | 11,3 | Кирпич | 1800 | 1,8 |
| Серебро | 10 500 | 10,5 | Сахар-рафинад | 1600 | 1,6 |
| Медь | 8900 | 8,9 | Оргстекло | 1200 | 1,2 |
| Латунь | 8500 | 8,5 | Капрон | 1100 | 1,1 |
| Сталь, железо | 7800 | 7,8 | Полиэтилен | 920 | 0,92 |
| Олово | 7300 | 7,3 | Парафин | 900 | 0,90 |
| Цинк | 7100 | 7,2 | Лед | 900 | 0,90 |
| Чугун | 7000 | 7 | Дуб (сухой) | 700 | 0,70 |
| Корунд | 4000 | 4 | Сосна (сухая) | 400 | 0,40 |
| Алюминий | 2700 | 2,7 | Пробка | 240 | 0,24 |
Плотности некоторых жидкостей (при норм. атм. давл. t=20 °C)
| Жидкость | ρ, кг/м 3 | ρ, г/см 3 | Жидкость | ρ, кг/м 3 | ρ, г/см 3 |
|---|---|---|---|---|---|
| Ртуть | 13 600 | 13,60 | Керосин | 800 | 0,80 |
| Серная кислота | 1 800 | 1,80 | Спирт | 800 | 0,80 |
| Мед | 1 350 | 1,35 | Нефть | 800 | 0,80 |
| Вода морская | 1030 | 1,03 | Ацетон | 790 | 0,79 |
| Молоко цельное | 1030 | 1,03 | Эфир | 710 | 0,71 |
| Вода чистая | 1000 | 1,00 | Бензин | 710 | 0,71 |
| Масло подсолнечное | 930 | 0,93 | Жидкое олово (при t = 400 °C) | 6800 | 6,80 |
| Масло машинное | 900 | 0,90 | Жидкий воздух (при t = -194 °C) | 860 | 0,86 |
Плотности некоторых газов (при норм. атм. давл. t=20 °C)
| Газ | ρ, кг/м 3 | ρ, г/см 3 | Газ | ρ, кг/м 3 | ρ, г/см 3 |
|---|---|---|---|---|---|
| Хлор | 3,210 | 0,00321 | Оксид углерода (2) (угарный газ) | 1,250 | 0,00125 |
| Оксид углерода (4) (углекислый газ) | 1,980 | 0,00198 | Природный газ | 0,800 | 0,0008 |
| Кислород | 1,430 | 0,00143 | Водяной пар (при t = 100 °C) | 0,590 | 0,00059 |
| Воздух (при 0 °C) | 1,290 | 0,00129 | Гелий | 0,180 | 0,00018 |
| Азот | 1,250 | 0,00125 | Водород | 0,090 | 0,00009 |
Расчет массы и объема по его плотности.
Знать плотность веществ очень важно для различных практических целей. Инженер, проектируя машину, заранее по плотности и объему материала может рассчитать массу будущей машины. Строитель может определить, какова будет масса строящегося здания.
Следовательно, зная плотность вещества и объем тела, всегда можно определить его массу.
Поскольку плотность вещества можно найти по формуле ρ = m/V, то отсюда можно найти массу т.е.
Чтобы вычислить массу тела, если известны его объем и плотность, надо плотность умножить на объем.
Пример. Определите массу стальной детали объем 120 см 3 .
По таблице 2 находим, что плотность стали равна 7,8 г/см 3 . Запишем условие задачи и решим ее.
m = 120 см 3 · 7,8 г/см 3 = 936 г.
Ответ: m = 936 г.
Если известна масса тела и его плотность, то объем тела можно выразить из формулы m = ρV, т.е. объем тела будет равен:
Чтобы вычислить объем тела, если известна его масса и плотность, надо массу разделить на плотность.
Пример. Масса подсолнечного масла, заполняющего бутылку, равна 930 г. Определите объем бутылки.
По таблице 3 находим, что плотность подсолнечного масла равна 0,93 г/см 3 .
Запишем условие задачи и решим ее.
V = 930/0.93 г/см 3 = 1000 см 3 = 1л.
Ответ: V = 1 л.
Для определения объема пользуются формулой, как правило, в тех случаях, когда объем сложно найти с помощью простых измерений.
Сила.
Каждый из нас постоянно встречается с различными случаями действия тел друг на друга. В результате взаимодействия скорость движения какого-либо тела меняется. Вам уже известно, что скорость тела меняется тем больше, чем меньше его масса. Рассмотрим некоторые примеры, подтверждающие это.
Толкая руками вагонетку, мы можем привести ее в движение. Скорость вагонетки меняется под действием руки человека.
Кусочек железа, лежащий на пробке, опущенной в воду, притягивается магнитом. Кусочек железа и пробка изменяют свою скорость под действием магнита.
Действуя на пружину рукой, можно ее сжать. Сначала в движение приходит конец пружины. Затем движение передается остальным ее частям. Сжатая пружина, распрямляясь, может, например, привести в движение шарик.
При сжатии пружины действующим телом была рука человека. Когда пружина распрямляется, действующим телом является сама пружина. Она приводит в движение шарик.
Ракеткой или рукой можно остановить или изменить направление движения летящего мячика.
Во всех приведенных примерах одно тело под действием другого тела приходит в движение, останавливается, или изменяет направление своего движения.
Таким образом, скорость тела меняется при взаимодействии его с другими телами.
Часто не указывается какое тело и как действовало на данное тело. Просто говорится, что на тело действует сила или к нему приложена сила. Значит, силу можно рассматривать как причину изменения скорости движения.
| Файл:Tolkaya vegometku.jpg Толкая руками вагонетку, мы можем привести ее в действие. | Файл:Kusochek zheleza i magnit.jpg Опыт с кусочком железа и магнитом. | Файл:Deystvuya na pruzhinu rukoy.jpg Опыт с пружиной. Приводим в движение шарик. | Файл:Raketka i letyashiy sharik.jpg Опыт с ракеткой и летящим шариком. |
Сила, действующая на тело, может не только изменить скорость своего тела, но и отдельных его частей.
Файл:Doska prigibaetsya pod chelovekom.jpg Доска, лежащая на опорах, прогибается, если на нее садится человек.
Например, если надавить пальцами на ластик или кусочек пластилина, он сожмется и изменит свою форму. Это называется деформацией.
Деформацией называется любое изменение формы и размера тела.
Приведем другой пример. Доска, лежащая на опорах, прогибается, если на нее садится человек, или любой другой груз. Середина доски перемещается на большее расстояние, чем края.
Под действием силы скорость различных тел за одно и то же время может измениться одинаково. Для этого необходимо к этим телам приложить разные силы.
Так, чтобы привести в движение грузовую машину, необходима большая сила, чем для легкового автомобиля. Значит, числовое значение силы может быть различным: большим или меньшим. Что же такое сила?
Сила является мерой взаимодействия тел.
Сила — физическая величина, значит, ее можно измерить.
Файл:Chertezh pryamaya so strelkoy.jpg На чертеже сила отображается в виде отрезка прямой со стрелкой на конце.
Сила, как и скорость, является векторной величиной. Она характеризуется не только числовым значением, но и направлением. Сила обозначается буквой F со стрелочкой (как мы помним стрелочкой обозначается направление), а ее модуль тоже буквой F, но без стрелочки.
Когда говорят о силе, важно указывать, к какой точке тела приложена действующая сила.
На чертеже силу изображают в виде отрезка прямой со стрелкой на конце. Начало отрезка — точка А есть точка приложения силы. Длина отрезка условно обозначает в определенном масштабе модуль силы.
Итак, результат действия силы на тело зависит от ее модуля, направления и точки приложения.
Явление тяготения. Сила тяжести.
Файл:Kamen padaet na zemlu.jpg Выпустим камень из рук — он упадет на землю.
Если выпустить камень из рук — он упадет на землю. То же самое произойдет и с любым другим телом. Если мяч бросить в горизонтальном направлении, он не летит прямолинейно и равномерно. Его траекторией будет кривая линия.
Искусственный спутник Земли также не летит по прямой, он летит вокруг Земли.
Файл:Iskusstvenniy sputnik Zemli.jpg Искусственный спутник движется вокруг Земли.
В чем же причина наблюдаемых явлений? А вот в чем. На эти тела действует сила — сила притяжения к Земле. Из-за притяжения к Земле падают тела, поднятые над Землей, а потом опущенные. А также, из-за этого притяжения, мы ходим по Земле, а не улетаем в бесконечный Космос, где нет воздуха, чтоб дышать.
Листья деревьев опускаются на Землю, потому что Земля притягивает их. Благодаря притяжению к Земле течет вода в реках.
Земля притягивает к себе любые тела: дома, людей, Луну, Солнце, воду в морях и океанах и др. В свою очередь, и Земля притягивается ко всем этим телам.
Притяжение существует не только между Землей и перечисленными телами. Все тела притягиваются друг к другу. Притягиваются между собой Луна и Земля. Притяжение Земли к Луне вызывает приливы и отливы воды. Огромные массы воды поднимаются в океанах и морях дважды в сутки на много метров. Вам хорошо известно, что Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца, притягиваясь к нему и друг к другу.
Притяжение всех тел Вселенной друг к другу называется всемирным тяготением.
Английский ученый Исаак Ньютон первым доказал и установил закон всемирного тяготения.
Согласно этому закону, силы притяжения между телами тем больше, чем больше массы этих тел. Силы притяжения между телами уменьшаются, если увеличивается расстояние между ними.
Для всех живущих на Земле одна из особенно важных значений имеет сила притяжения к Земле.
Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, называется силой тяжести.
Сила тяжести обозначается буквой F с индексом: Fтяж . Она всегда направлена вертикально вниз.
Земной шар немного сплюснут у полюсов, поэтому тела, находящиеся у полюсов расположены немного ближе к центру Земли. Поэтому, сила тяжести на полюсе немного больше, чем на экваторе, или на других широтах. Сила тяжести на вершине горы несколько меньше, чем у ее подножия.
Сила тяжести прямо пропорциональна массе данного тела.
Если сравнивать два тела с разной массой, то тело с большей массой — тяжелее. Тело же с меньшей массой — легче.
Во сколько раз масса одного тела больше массы другого тела, во столько же раз и сила тяжести, действующая на первое тело, больше силы тяжести, действующей на второе. Когда массы тел одинаковы, то одинаковы и действующие на них силы тяжести.
Сила упругости. Закон Гука.
Вам уже известно, что на все тела, находящиеся на Земле, действует сила тяжести.
На книгу, лежащую на столе, также действует сила тяжести, но она не проваливается сквозь стол, а находится в покое. Повесим-ка тело на нити. Оно падать не будет.
Почему же покоятся тела, лежащие на опоре или подвешенные на нити? По-видимому, сила тяжести уравновешивается какой-то другой силой. Что же это за сила и откуда она берется?
Проведем опыт. На середину горизонтально расположенной доски, расположенную на опоры, поставим гирю. Под действием силы тяжести гиря начнет двигаться вниз и прогнет доску, т.е. доска деформируется. При этом возникает сила, с которой доска действует на тело, расположенное на ней. Из этого опыта можно сделать вывод, что на гирю, кроме силы тяжести направленной вертикально вниз, действует другая сила. Эта сила направлена вертикально вверх. Она и уравновесила силу тяжести. Эту силу называют силой упругости.
Итак, сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение, называется силой упругости.
Силу упругости обозначают буквой F с индексом Fупр.
Чем сильнее прогибается опора(доска), тем больше сила упругости. Если сила упругости становится равной силе тяжести, действующей на тело, то опора и тело останавливаются.
Теперь подвесим тело на нити. Нить (подвес) растягивается. В нити (подвесе), также как и в опоре, возникает сила упругости. При растяжении подвеса сила упругости будет равна силе тяжести, то растяжение прекращается. Сила упругости возникает только при деформации тел. Если исчезает деформация тела, то исчезает и сила упругости.
Файл:Opyt s telom na niti.jpg Опыт с телом, подвешенным на нити.
Деформации бывают разных видов: растяжения, сжатия, сдвига, изгиба и кручения.
С двумя видами деформации мы уже познакомились — сжатия и изгиба. Более подробно эти и другие виды деформации вы изучите в старших классах.
Теперь попытаемся выяснить, от чего зависит сила упругости.
Файл:Opyt s pezinovym shnurom i girey.jpg Модуль силы упругости упругости при растяжении (или сжатии) тела прямо пропорционален изменению длины тела.
Английский ученый Роберт Гук, современник Ньютона, установил, как зависит сила упругости от деформации.
Рассмотрим опыт. Возьмем резиновый шнур. Один его конец закрепим в штативе. Первоначальная длина шнура была l0. Если к свободному концу шнура подвесить чашку с гирькой, то шнур удлинится. Его длина станет равной l. Удлинение шнура можно найти так:
Если менять гирьки на чашке, то будет меняться и длина шнура, а значит, ее удлинение Δl .
Опыт показал, что модуль силы упругости при растяжении (или сжатии) тела прямо пропорционален изменению длины тела.
В этом и заключается закон Гука. Записывается закон Гука следующим образом:
Файл:Ves tela.jpg Вес тела — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.
где Δl — удлинение тела (изменение его длины), k — коэффициент пропорциональности, который называется жесткостью.
Жесткость тела зависит от формы и размеров, а также от материала, из которого оно изготовлено.
Закон Гука справедлив только для упругой деформации. Если после прекращения действий сил, деформирующих тело, оно возвращается в исходное положение, то деформация является упругой.
Более подробно закон Гука и виды деформаций вы изучите в старших классах.
Вес тела.
В повседневной жизни очень часто используется понятие «вес» . Попытаемся выяснить что же это за величина. В опытах, когда тело ставили на опору, сжималась не только опора, но и тело, притягиваемое Землей.
Деформированное, сжатое тело давит на опору с силой, которую называют весом тела. Если тело подвешено на нити, то растянута не только нить, но и само тело.
Вес тела — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.
Вес тела — это векторная физическая величина и обозначается она буквой P со стрелочкой над этой буквой, направленная вправо.
Однако следует помнить, что сила тяжести приложена к телу, а вес приложен к опоре или подвесу.
Если тело и опора неподвижны или движутся равномерно и прямолинейно, то вес тела по своему числовому значению равен силе тяжести, т.е.
Следует помнить, что сила тяжести является результатом взаимодействия тела и Земли.
Итак, Вес тела — это результат взаимодействия тела и опоры (подвеса). Опора (подвес) и тело при этом деформируются, что приводит к появлению силы упругости.
Единицы силы. Связь между силой тяжести и массой тела.
Вам уже известно, что сила — это физическая величина. Она кроме числового значения (модуля) имеет направление, т. е. это векторная величина.
Силу, как и любую физическую величину, можно измерить, сравнить с силой, принятой за единицу.
Единицы физических величин всегда выбирают условно. Так, за единицу силы можно принять любую силу. Например, можно принять за единицы силы силу упругости какой-то пружины, растянутой до определенной длины. За единицу силы, можно принять и силу тяжести, действующей на тело.
Вы знаете, что сила является причиной изменения скорости тела. Именно поэтому за единицу силы, принята сила, которая за время 1с изменяет скорость тела массой 1 кг на 1 м/с.
В честь английского физика Ньютона эта единица названа ньютоном (1 Н). Часто применяют и другие единицы — килоньютоны (кН), миллиньютоны (мН):
1кН=1000 Н, 1Н = 0,001 кН.
Попытаемся определить величину силы в 1 Н. Установлено, что 1 Н приблизительно равен силе тяжести, которая действует на тело массой 1/10 кг, или более точно 1/9,8 кг (т. е. около 102 г).
Необходимо помнить, что сила тяжести, действующая на тело, зависит от географической широты, на которой находится тело. Сила тяжести меняется при изменении высоты над поверхностью Земли.
Если известно, что единицей силы является 1 Н, то как рассчитать силу тяжести, которая действует на тело любой массы?
Известно, что, во сколько раз масса одного тела, больше массы другого тела, во столько же раз сила тяжести, действующей на первое тело, больше силы тяжести, действующей на второе тело. Таким образом, если на тело массой 1/9,8 кг действует сила тяжести равная 1 Н, то на тело 2/9,8 кг будет действовать сила тяжести, равная 2 Н.
На тело массой 5/9,8 кг — сила тяжести равная — 5 Н, 5,5/9,8 кг — 5,5 Н, и т. д. На тело массой 9,8/9,8 кг — 9,8 Н.
Поскольку 9,8/9,8 кг = 1 кг, то на тело массой в 1 кг будет действовать сила тяжести, равная 9,8 Н. Значение силы тяжести, действующей на тело массой 1 кг, можно записать так: 9,8 Н/кг.
Значит, если на тело массой 1 кг действует сила, равная 9,8 Н, то на тело массой 2 кг будет действовать сила, в 2 раза большая. Она будет равна 19,6 Н, и так далее.
Таким образом, чтобы определить силу тяжести, действующую на тело любой массы, необходимо 9,8 Н/кг умножить на массу этого тела.
Масса тела выражается в килограммах. Тогда получим, что:
Fтяж = 9,8 Н/кг · m.
Величину 9,8 Н/кг обозначают буквой g, и формула для силы тяжести будет иметь вид:
где m — масса, g — называется ускорением свободного падения. (Понятие ускорения свободного падения будет дано в 9 классе.)
При решении задач где не требуется большой точности, g = 9,8 Н/кг округляют до 10 Н/кг.
Вам уже известно, что P = Fтяж , если тело и опора неподвижны или движутся равномерно и прямолинейно. Следовательно, вес тела можно определить по формуле:
Пример. На столе стоит чайник с водой массой 1,5 кг. Определите силу тяжести и вес чайника. Покажите эти силы на рисунке 68.
Fтяж = P ≈ 10 Н/кг · 1,5 кг = 15 Н.
Ответ: Fтяж = P = 15 Н.
Теперь изобразим силы графически. Выберем масштаб. Пусть 3 Н будет равен отрезку длиной 0,3 см. Тогда силу в 15 Н. необходимо начертить отрезком длиной 1,5 см.
Следует учитывать, что сила тяжести действует на тело, а значит, приложена к самому телу. Вес действует на опору или подвес, т. е. приложен к опоре, в нашем случае к столу.
Динамометр.
Файл:Dinamometr svoini rukami.jpg Простейший динамометр.
На практике часто приходится измерять силу, с которой одно тело действует на другое. Для измерения силы используется прибор, который называется динамометр (от греч. динамис — сила, метрео — измеряю).
Динамометры бывают различного устройства. Основная их часть — стальная пружина, которой придают разную форму в зависимости от назначения прибора. Устройство простейшего динамометра основывается на сравнении любой силы с силой упругости пружины.
Простейший динамометр можно изготовить из пружины с двумя крючками, укрепленной на дощечке. К нижнему концу пружины прикрепляется указатель, а на доску наклеивается полоска бумаги.
Отметим на бумаге черточкой положение указателя при не натянутой пружине. Эта отметка будет нулевым делением.
Затем к крючку будем подвешивать груз массой 1/9,8 кг, т. е. 102 г.На этот груз будет действовать сила тяжести 1 Н. Под действием этой силы (1 Н) пружина растянется, указатель опустится вниз. Его новое положение отмечаем на бумаге и ставим цифру 1. После чего, подвешиваем груз массой 204 г и ставим отметку 2. Это означает, что в таком положении сила упругости пружины равна 2 Н. Подвесив груз массой 306 г, наносим отметку 3, и т. д.
Для того, чтобы нанести десятые доли ньютона, надо нанести деления — 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 и т. д. Для этого расстояния между каждыми целыми отметками делятся на десять равных частей. Так можно сделать, учитывая, что сила упругости пружины Fупр увеличивается во столько раз, во сколько увеличивается ее удлинение Δl . Это следует из закона Гука: Fупр = kΔl, т. е. сила упругости тела при растяжении прямо пропорциональна изменению длины тела.
Проградуированная пружина и будет простейшим динамометром.
С помощью динамометра измеряется не только сила тяжести, но и другие силы, такие как — сила упругости, сила трения и т. д.
Так, например, для измерения силы различных мышечных групп человека используется медицинские динамометры.
Для измерения мускульной силы руки при сжатии кисти в кулак применяется ручной динамометр — силомер.
Применяются также ртутные, гидравлические, электрические и другие динамометры.
В последнее время широко применяются электрические динамометры. У них имеется датчик, преобразующий деформацию в электрический сигнал.
Для измерения больших сил, таких, например, как тяговые усилия тракторов, тягачей, локомотивов, морских и речных буксиров, используют специальные тяговые динамометры. Ими можно измерить силы до нескольких десятков тысяч ньютонов.
Файл:Slozheniya dvyh sil.jpg Опыт. Равнодействующая двух сил, действующих на тело по одной прямой в одну сторону.
Сложение двух сил, направленных по одной прямой. Равнодействующая сил.
В большинстве случаев, с которыми мы встречаемся в жизни, на тело действует не одна, а сразу несколько сил. Так, например, на парашютиста, спускающегося на Землю, действуют сила тяжести и сила сопротивления воздуха. На тело, висящее на пружине, действуют две силы: сила тяжести и сила упругости пружины.
В каждом подобном случае можно заменить несколько сил, в действительности приложенных к телу, одной силой, равноценной по своему действию этим силам.
Сила, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называется равнодействующей этих сил.
Найдем равнодействующую этих двух сил, действующих на тело по одной прямой в одну сторону.
Обратимся к опыту. К пружине один под другим подвесим два груза массой 102 г и 204 г, т. е. весом 1 Н и 2 Н. Отметим длину, на которую растянулась пружина. Снимем эти грузы заменим одним грузом, который растягивает пружина на такую же длину. Вес этого груза оказывается равным 3 Н.
Из опыта следует, что: равнодействующая сил, направленных по одной прямой в одну и ту же сторону, а ее модуль равен сумме модулей составляющих сил.
На рисунке равнодействующая сил, действующих на тело, обозначена буквой R, а слагаемые силы — буквами F1 и F2. В этом случае
Выясним теперь, как найти равнодействующую двух сил, действующих на тело по одной прямой в разные стороны. Тело — столик динамометра. Поставим на столик гирю весом 5 Н, т.е. подействуем на него силой 5 Н, направленной вниз. Привяжем к столику нить и подействуем на него с силой, равной 2 Н, направленной вверх. Тогда динамометр покажет силу 3 Н. Эта сила есть равнодействующая двух сил: 5 Н и 2Н.
Итак, равнодействующая двух сил, направленных по одной прямой в противоположные стороны, направлена в сторону большей по модулю силы, а ее модуль равен разности модулей составляющих сил (рис.):
Если к телу приложены две равные и направленные противоположно силы, то равнодействующая этих сил равна нулю. Например, если в нашем опыте за конец потянуть силой в 5 Н, то стрелка динамометра установится на нулевом делении. Равнодействующая двух сил в этом случае равна нулю:
Тело под действием двух равных и противоположно направленных сил будет находится в покое или двигаться равномерно и прямолинейно.
| Файл:Slozheniya dvyh sil 2.jpg Равнодействующая двух сил. Схема. | Файл:Slozheniy dvuh sil 1.jpg Опыт. Равнодействующая двух сил, действующих не тело по одной прямой в разные стороны. | Файл:Slozheniy dvuh sil.jpg Равнодействующая двух сил. Схема. |
Сила трения.
Файл:Sani i treniye.jpg Сани скатившиеся с горы, в скором времени останавливаются.
Сани, скатившись с горы, движутся по горизонтальному пути неравномерно, скорость их постепенно уменьшается, и через некоторое время они останавливаются. Человек, разбежавшись, скользит на конька по льду, но, как бы ни был гладок лед, человек все-таки останавливается. Останавливается и велосипед, когда велосипедист прекращает крутить педали. Мы знаем, что причиной таких явлений, является сила. В данном случае это сила трения.
При соприкосновении одного тела с другим получается взаимодействие, препятствующее их относительному движению, которое называется трением. А сила, характеризующая это взаимодействие называется силой трения.
Сила трения — это еще один вид силы, отличающийся от рассмотренных ранее силы тяжести и силы упругости.
Одна из причин возникновения силы трения, является шероховатость поверхностей соприкасающихся тел.
Файл:Sherohovatost poverhnostey tel.jpg Одна из причин возникновения силы трения является шероховатость поверхностей соприкасающихся тел.
Даже гладкие на вид поверхности тел имеют неровности, бугорки и царапины. На рисунке 79, а неровности изображены в увеличенном виде. Когда одно тело скользит или катится по поверхности другого, эти неровности цепляются друг за друга, так, что получается некоторая сила, задерживающая движение.
Другая причина трения — взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел.
Возникновение силы трения обусловлено главным образом первой причиной, когда поверхности тел шероховаты. Но если поверхности хорошо отполированы, то при соприкосновении часть их молекул располагается очень близко друг от друга. В этом случае начинает заметно проявляться притяжение между молекулами соприкасающихся тел.
Файл:Opyt s bruskom.jpg Опыт с бруском и динамометром. Измеряем силу трения.
Силу трения можно уменьшить во много раз, если ввести между трущимися поверхностями смазку. Слой смазки разъединяет поверхности трущихся тел. В этом случае соприкасаются не поверхности тел, а слои смазки. Смазка же в большинстве случаев жидкая, а трение слоев жидкости меньше, чем твердых поверхностей. Например, на коньках малое трение при скольжении по льду объясняется также действием смазки. Между коньками и льдом образуется тонкий слой воды. В технике в качестве смазки широко применяют различные масла.
При скольжении одного тела по поверхности другого возникнет трение, которое называют трением скольжения. Например, такое трение возникнет при движении саней и лыж по снегу.
Если же одно тело не скользит, а катится по поверхности другого, то трение, возникающее при этом, называют трением качения. Так, при движении колес вагона, автомобиля, при перекатывании бревен или бочек по земле проявляется трение качения.
Силу трения можно измерить. Например, чтобы измерить силу трения скольжения деревянного бруска по доске или по столу, надо прикрепить к нему динамометр. Затем равномерно двигать брусок по доске, держа динамометр горизонтально. Что при этом покажет динамометр? На брусок в горизонтальном направлении действуют две силы. Одна сила — сила упругости пружины динамометра, направленная в сторону движения. Вторая сила — это сила трения, направленная против движения. Так как брусок движется равномерно, то это значит, что равнодействующая этих двух сил равна нулю. Следовательно, эти силы равны по модулю, но противоположны по направлению. Динамометр показывает силу упругости (силу тяги), равную по модулю силе трения.
Таким образом, измеряя силу, с которой динамометр действует на тело при его равномерном движении, мы измеряем силу трения.
Если на брусок положить груз, например гирю, и измерить по описанному выше способу силу трения, то она окажется больше силы трения, измеренной без груза.
Чем больше сила, прижимающая тело к поверхности, тем больше возникающая при этом сила трения.
Положив деревянный брусок на круглые палочки, можно измерить силу трения качения. Она оказывается меньше силы трения скольжения.
Таким образом, при равных нагрузках сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения. Именно поэтому, люди еще в древности применяли катки для перетаскивания больших грузов, а позднее стали использовать колесо.
Трение покоя.
Файл:Treniye pokoya.jpg Трение покоя.
Мы познакомились с силой трения, возникающей при движении одного тело по поверхности другого. Но можно ли говорить о силе трения между соприкасающимися твердыми телами, если они находятся в покое?
Когда тело находится в покое на наклонной плоскости, оно удерживается на ней силой трения. Действительно, если бы не было трения, то тело под действием тяжести соскользнуло бы вниз по наклонной плоскости. Рассмотрим случай, когда тело находится в покое на горизонтальной плоскости. Например, на полу стоит шкаф. Попробуем его передвинуть. Если бы шкаф нажать слабо, то с места он не сдвинется. Почему? Действующая сила в этом случае уравновешивается силой трения между полом и ножками шкафа. Так как эта сила существует между покоящимися друг относительно друга телами, то эта сила называется силой трения покоя.
На рисунке изображен транспортер, с помощью которого поднимаются тюки с хлóпком. Тюки удерживаются на ленте транспортера силой трения покоя.
Сила трения покоя удерживает гвоздь, вбитый в доску, не дает развязаться банту на ленте, удерживает нитку, которой сшиты два куска ткани, и т. п.
Трение в природе и технике.
Файл:Sila treniya i shiny.jpg Сила трения трения останавливает автомобиль при торможении, но без трения покоя он не смог бы и начать движение.
В природе и технике трение имеет большое значение. Трение может быть полезным и вредным. Когда оно полезно, его стараются увеличить, когда вредно — уменьшить.
Без трения покоя ни люди, ни животные не смогли бы ходить по земле, так как при ходьбе мы отталкиваемся от земли. Когда трение между подошвой обуви и земли (или льдом) малó, например, в гололедицу, то отталкиваться от земли очень трудно, ноги скользят. Чтобы ноги не скользили, тротуары посыпаются песком. Это увеличивает силу трения между подошвой обуви и льдом.
Не будь трения, предметы выскальзывали бы из рук.
Сила трения останавливает автомобиль при торможении, но без трения он не смог бы стоять на месте, буксовал. Что-бы увеличить трение, поверхность шин у автомобиля делаются с ребристыми выступами. Зимой, когда дорога бывает особенно скользкая, ее посыпают песком, очищают ото льда.
У многих растений и животных имеются различные органы, служащие для хватания (усики растений, хобот слона, цепкие хвосты лазающих животных). Все они имеют шероховатую поверхность для увеличения трения.
Файл:Podshipniki dlya umensheniya treniya.jpg Для уменьшения трения, так же используются подшипники.
Вам уже известно, что в некоторых случаях трение вредно и с ним приходится бороться. Например, во всех машинах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними вводят смазку. Что-бы уменьшить трение вращающихся валов машин и станков, их опирают на подшипники. Деталь подшипника, непосредственно соприкасающуюся с валом, называется вкладышем. Вкладыши делают из твердых металлов — бронзы, чугун или стали. Внутреннюю поверхность их покрывают особыми материалами, чаще всего баббитом (это сплав свинца или олова с другими металлами), и смазывают. Подшипники, в которых вал при вращении скользит по поверхности вкладыша, называют подшипниками скольжения.
Мы знаем, что сила трения качения при одинаковой нагрузке значительно меньше силы трения скольжения. На этом явлении основано применение шариковых и роликовых подшипников. В таких подшипниках вращающийся вал не скользит по неподвижному вкладышу подшипника, а катится по нему на стальных шариках или роликах.
Устройство простейших шарикового и роликового подшипников изображено на рисунке. Внутреннее кольцо подшипника, изготовленное из твердой стали, насажено на вал. Наружное же кольцо закреплено в корпусе машины. При вращении вала внутреннее кольцо катится на шариках или роликах, находящихся между кольцами. Замена в машине подшипников скольжения шариковыми или роликовыми подшипниками позволяет уменьшить силу трения в 20-30 раз.
Шариковые и роликовые подшипники используются в разнообразных машинах: автомобилях, токарных станках, электрических двигателях, велосипедах, и т. д. Без подшипников (они используют силу трения), невозможно представить современную промышленность и транспорт.
Ссылки
Закон сохранения механической энергии
Физика — такая клевая наука, в которой ничего не исчезает бесследно. В том числе энергия. Вернее: особенно энергия. О том, куда она девается, если не бесследно — в этой статье.
· Обновлено 23 июня 2023
Энергия: что это такое
Если мы погуглим определение слова «Энергия», то скорее всего найдем что-то про формы взаимодействия материи. Это верно, но совершенно непонятно.
Поэтому давайте условимся здесь и сейчас, что энергия — это запас, который пойдет на совершение работы.
Энергия бывает разных видов: механическая, электрическая, внутренняя, гравитационная и так далее. Измеряется она в Джоулях (Дж) и чаще всего обозначается буквой E.
Лучшие университеты для поступления в 2024 году
Перечень вузов России с рекомендациями, как пройти на бюджет
Механическая энергия
Механическая энергия — это энергия, связанная с движением объекта или его положением, способность совершать механическую работу.
Она представляет собой совокупность кинетической и потенциальной энергии. Кинетическая энергия — это энергия действия. Потенциальная — ожидания действия.
Представьте, что вы взяли в руки канцелярскую резинку, растянули ее и отпустили. Из растянутого положения резинка просто «полетит», как только вы ей позволите это сделать. В этом процессе в момент натяжения резинка обладает потенциальной энергией, а в момент полета — кинетической.
Еще один примерчик: лыжник скатывается с горы. В самом начале — на вершине — у него максимальная потенциальная энергия, потому что он в режиме ожидания действия (ждущий режим ��), а внизу горы он уже явно двигается, а не ждет, когда с ним это случится — получается, внизу горы кинетическая энергия.
Кинетическая энергия
Еще разок: кинетическая энергия — это энергия действия. Величина, которая очевиднее всего характеризует действие — это скорость. Соответственно, в формуле кинетической энергии точно должна присутствовать скорость.
Кинетическая энергия
Ек — кинетическая энергия [Дж]
m — масса тела [кг]
Чем быстрее движется тело, тем больше его кинетическая энергия. И наоборот — чем медленнее, тем меньше кинетическая энергия.
Задачка раз
Определить кинетическую энергию собаченьки массой 10 кг, если она бежала за мячом с постоянной скоростью 2 м/с.
Решение:
Формула кинетической энергии
Ответ: кинетическая энергия пёсы равна 20 Дж.
Задачка два
Найти скорость бегущего по опушке гнома, если его масса равна 20 кг, а его кинетическая энергия — 40 Дж
Решение:
Формула кинетической энергии
Ответ: гном бежал со скоростью 2 м/с.
Онлайн-уроки физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!
Потенциальная энергия
В отличие от кинетической энергии, потенциальная чаще всего тем меньше, чем скорость больше. Потенциальная энергия — это энергия ожидания действия.
Например, потенциальная энергия у сжатой пружины будет очень велика, потому что такая конструкция может привести к действию, а следовательно — к увеличению кинетической энергии. То же самое происходит, если тело поднять на высоту. Чем выше мы поднимаем тело, тем больше его потенциальная энергия.
Потенциальная энергия деформированной пружины
Еп — потенциальная энергия [Дж]
k — жесткость [Н/м]
x — удлинение пружины [м]
Потенциальная энергия в поле тяжести
Еп = mgh
Еп — потенциальная энергия [Дж]
m — масса тела [кг]
g — ускорение свободного падения [м/с 2 ]
На планете Земля g ≃ 9,8 м/с 2
Задачка раз
Найти потенциальную энергию рака массой 0,1 кг, который свистит на горе высотой 2500 метров. Ускорение свободного падения считать равным 9,8 м/с 2 .
Решение:
Формула потенциальной энергии Еп = mgh
Eп = 0,1 · 9,8 · 2500 = 2450 Дж
Ответ: потенциальная энергия рака, свистящего на горе, равна 2450 Дж.
Задачка два
Найти высоту горки, с которой собирается скатиться лыжник массой 65 кг, если его потенциальная энергия равна 637 кДж. Ускорение свободного падения считать равным 9,8 м/с 2 .
Решение:
Формула потенциальной энергии Еп = mgh
Переведем 637 кДж в Джоули.
637 кДж = 637000 Дж
Ответ: высота горы равна 1000 метров.
Задачка три
Два шара разной массы подняты на разную высоту относительно поверхности стола (см. рисунок). Сравните значения потенциальной энергии шаров E1 и E2. Считать, что потенциальная энергия отсчитывается от уровня крышки стола.
Решение:
Потенциальная энергия вычисляется по формуле: E = mgh
По условию задачи
Таким образом, получим, что
Как получить дополнительные баллы к ЕГЭ
Чтобы поступить куда хочется, а не куда получится
Закон сохранения энергии
В физике и правда ничего не исчезает бесследно. Чтобы это как-то выразить, используют законы сохранения. В случае с энергией — Закон сохранения энергии.
Закон сохранения энергии
Полная механическая энергия замкнутой системы остается постоянной.
Полная механическая энергия — это сумма кинетической и потенциальной энергий. Математически этот закон описывается так:
Закон сохранения энергии
Еполн. мех. — полная механическая энергия системы [Дж]
Еп — потенциальная энергия [Дж]
Ек — кинетическая энергия [Дж]
const — постоянная величина
Задачка раз
Мяч бросают вертикально вверх с поверхности Земли. Сопротивление воздуха пренебрежимо мало. Как изменится высота подъёма мяча при увеличении начальной скорости мяча в 2 раза?
Решение:
Должен выполняться закон сохранения энергии:
В начальный момент времени высота равна нулю, значит Еп = 0. В этот же момент времени Ек максимальна.
В конечный момент времени все наоборот — кинетическая энергия равна нулю, так как мяч уже не может лететь выше, а вот потенциальная максимальна, так как мяч докинули до максимальной высоты.
Это можно описать соотношением:
Разделим на массу левую и правую часть
Из соотношения видно, что высота прямо пропорциональна квадрату начальной скорости, значит при увеличении начальной скорости мяча в два раза, высота должна увеличиться в 4 раза.
Ответ: высота увеличится в 4 раза
Задачка два
Тело массой m, брошенное с поверхности земли вертикально вверх с начальной скоростью v0, поднялось на максимальную высоту h0. Сопротивление воздуха пренебрежимо мало. Чему будет равна полная механическая энергия тела на некоторой промежуточной высоте h?
Решение
По закону сохранения энергии полная механическая энергия изолированной системы остаётся постоянной. В максимальной точке подъёма скорость тела равна нулю, а значит, оно будет обладать исключительно потенциальной энергией Емех = Еп = mgh0.
Таким образом, на некоторой промежуточной высоте h, тело будет обладать и кинетической и потенциальной энергией, но их сумма будет иметь значение Емех = mgh0.
Задачка три
Мяч массой 100 г бросили вертикально вверх с поверхности земли с начальной скоростью 6 м/с. На какой высоте относительно земли мяч имел скорость 2 м/с? Сопротивлением воздуха пренебречь.
Решение:
Переведем массу из граммов в килограммы:
m = 100 г = 0,1 кг
У поверхности земли полная механическая энергия мяча равна его кинетической энергии:
На высоте h потенциальная энергия мяча есть разность полной механической энергии и кинетической энергии:
Ответ: мяч имел скорость 2 м/с на высоте 1,6 м
Новые правила поступления в вузы РФ
Скачайте, чтобы не пропустить важные даты и критические обновления
Переход механической энергии во внутреннюю
Внутренняя энергия — это сумма кинетической энергии хаотичного теплового движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. То есть та энергия, которая запасена у тела за счет его собственных параметров.
Часто механическая энергия переходит во внутреннюю. Происходит этот процесс путем совершения механической работы над телом. Например, если сгибать и разгибать проволоку — она будет нагреваться.
Или если кинуть мяч в стену, часть энергии при ударе перейдет во внутреннюю.
Задачка
Какая часть начальной кинетической энергии мяча при ударе о стену перейдет во внутреннюю, если полная механическая энергия вначале в два раза больше, чем в конце?
Решение:
В самом начале у мяча есть только кинетическая энергия, то есть Емех = Ек.
В конце механическая энергия равна половине начальной, то есть Емех/2 = Ек/2
Часть энергии уходит во внутреннюю, значит Еполн = Емех/2 + Евнутр
Ответ: во внутреннюю перейдет половина начальной кинетической энергии
Онлайн-школа ЕГЭ и ОГЭ от Skyeng — подготовка «под ключ» на год с гарантией 240+ баллов за 3 предмета Получить консультацию
Закон сохранения энергии в тепловых процессах
Чтобы закон сохранения энергии для тепловых процессов был сформулирован, было сделано два важных шага. Сначала французский математик и физик Жан Батист Фурье установил один из основных законов теплопроводности. А потом Сади Карно определил, что тепловую энергию можно превратить в механическую.
Вот что сформулировал Фурье:
При переходе теплоты от более горячего тела к более холодному температуры тел постепенно выравниваются и становятся едиными для обоих тел — наступает состояние термодинамического равновесия.
Таким образом, первым важным открытием было открытие того факта, что все протекающие без участия внешних сил тепловые процессы необратимы.
Дальше Карно установил, что тепловую энергию, которой обладает нагретое тело, непосредственно невозможно превратить в механическую энергию для производства работы. Это можно сделать, только если часть тепловой энергии тела с большей температурой передать другому телу с меньшей температурой и, следовательно, нагреть его до более высокой температуры.
Закон сохранения энергии в тепловых процессах
При теплообмене двух или нескольких тел абсолютное количество теплоты, которое отдано более нагретым телом, равно количеству теплоты, которое получено менее нагретым телом.
Математически его можно описать так:
Уравнение теплового баланса
Qотд — отданное системой количество теплоты [Дж]
Qпол — полученное системой количество теплоты [Дж]
Данное равенство называется уравнением теплового баланса. В реальных опытах обычно получается, что отданное более нагретым телом количество теплоты больше количества теплоты, полученного менее нагретым телом:
Это объясняется тем, что некоторое количество теплоты при теплообмене передаётся окружающему воздуху, а ещё часть — сосуду, в котором происходит теплообмен.
Чтобы разобраться в задачках, читайте нашу статью про агрегатные состояния вещества.
Задачка раз
Сколько граммов спирта нужно сжечь в спиртовке, чтобы нагреть на ней воду массой 580 г на 80 °С, если учесть, что на нагревание пошло 20% затраченной энергии.
Удельная теплота сгорания спирта 2,9 · 107 Дж/кг, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг · °С).
Решение:
При нагревании тело получает количество теплоты
где c — удельная теплоемкость вещества
При сгорании тела выделяется энергия
где q — удельная теплота сгорания топлива
По условию задачи нам известно, что на нагревание воды пошло 20% энергии, полученной при горении спирта.
Ответ: масса сгоревшего топлива равна 33,6 г.
Задачка два
Какое минимальное количество теплоты необходимо для превращения в воду 500 г льда, взятого при температуре −10 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь. Удельная теплоемкость льда равна 2100 Дж/кг · ℃, удельная теплота плавления льда равна 3,3 · 10 5 Дж/кг.
Решение:
Для нагревания льда до температуры плавления необходимо:
Qнагрев = 2100 · 0,5 · (10 − 0) = 10 500 Дж
Для превращения льда в воду:
Qпл = 3,3 · 10 5 · 0,5 = 165 000 Дж
Таким образом, для превращения необходимо затратить:
Q = Qнагрев + Qпл = 10 500 + 165 000 = 175 500 Дж = 175,5 кДж
Ответ: чтобы превратить 0,5 кг льда в воду при заданных условиях необходимо 175,5 кДж тепла.
Как похудеть за 2 недели на 5 кг и 10 кг
Можно ли за две недели похудеть на 5 или 10 кг? Избавиться от пары и даже пяти килограммов лишнего веса вполне возможно, и вы узнаете, как это сделать. А вот сбросить 10 кг за такой короткий срок вряд ли получится. Объясняем, почему.
81083 просмотров
Поделиться
В избранное
Как похудеть за две недели на 5 кг
Избавиться от пяти килограммов за две недели будет сложнее. И делать это можно лишь тем, кто достаточно молод и практически здоров — физиологичным, как мы помним, считается похудение на 500–1500 г в неделю. “Все, что быстрее — стресс для организма, — говорит Кристина Вагапова. — Вес после довольно стремительного снижения всеми силами старается вернуться, да ещё и с лихвой — на случай новой “голодовки”. Наш организм настолько сложно организован и имеет такое количество защитных механизмов на все случаи жизни, что его трудно перехитрить”.
Читайте также:
Поэтому лучше дать себе на обретение стройности больше времени. Вот здесь вы узнаете, как похудеть безопасно и с комфортом на 5-7 кг за 4 недели.
Если возраст и состояние здоровья позволяют подвергнуть организм испытаниям, мы все равно не рекомендуем прибегать к экстремальным способам похудения — все они несбалансированные и в той или иной степени лишают организм витаминов и минералов, питательных веществ. «Часто для быстрого снижения веса рекомендуют безуглеводные диеты, так называемая «сушка», — говорит Кристина Вагапова. — Дело в том, что при таком питании вода максимально выводится из организма (именно углеводы и соленая пища способствуют задержке жидкости), соответственно, и потеря веса в первую очередь идет за счет потери жидкости, а не жировой ткани. И возвращается все на круги своя очень быстро. Безопасно? Нет, обезвоживание никогда не было полезным. Эффективно? Да, но ненадолго. Еще один способ быстро скинуть лишнее — жесткий дефицит калорий. Если резко урезать калорийность рациона, вес, конечно, пойдет вниз. Но вот только за счет распада мышечной ткани. Как уже говорила, организм наш невероятно умен, гормоны стресса, повышаясь в условиях голода, не дадут расходовать запасы, это «подушка безопасности», это гарантия выживаемости организма. А вот при возвращении к прежнему питанию и прежней калорийности в первую очередь будет не мышечная ткань заново формироваться, а запасаться жировая. На всякий случай. Как итог — вес скорее всего вернется, но вот уже в другом качестве. Безопасно? Нет. Эффективно? Да, но не без последствий».
- Как стресс влияет на эндокринную систему
- Гормоны и лишний вес
Чтобы похудеть эффективно и при этом максимально безопасно, советуем включить в меню для тех, кто хочет похудеть на 2 кг за 2 недели, 1-2 разгрузочных дня. Следует заметить, что большинство диетологов относится к разгрузочным дням без особого восторга, но допускают их. «Проводите разгрузки не чаще двух раз в неделю с перерывом в 2-3 дня, — говорит Михаил Гаврилов, врач-психотерапевт, к.м.н., автор запатентованной методики коррекции пищевого поведения и снижения веса, член Института функциональной медицины (IFM, США) — И выбирайте достаточно сытные варианты — голодные разгрузки плохо переносятся не только физически, но и психологически. Просидев целый день на кефире, вы запросто объедитесь на ночь или компенсируете ограничения обильным пиршеством на следующий день. Гораздо лучше будет разгрузка сытная. Не сидите на одном продукте. Желательно, чтобы в меню были и белки, и жиры, и углеводы. Сохраняя баланс поступающих с пищей веществ (белков, жиров, углеводов), вы не собьете систему контроля аппетита. В разгрузочный день можно есть, например, тушеные овощи (кроме крахмалистых), постное запеченное или вареное мясо (птицу) с салатом из огурцов и зелени, белок куриного яйца плюс те же овощи. Ключевой момент разгрузки — это сокращение обычного количества калорий примерно на 50%, а не употребление лишь одного вида продукта. Калорийность рациона в разгрузочный день должна быть от 700 до 1200 калорий. Выбирайте для разгрузки пищу, которую любите. Но она не должна иметь высокий гликемический индекс (ГИ)».
«От «быстрых» углеводов придется отказаться совсем, — говорит Кристина Вагапова. — Особенное внимание стоит уделить скрытым углеводам — это йогурты с наполнителем, высокобелковые творожки, фитнес-батончики, хлопья и мюсли. От того, что на яркой упаковке большими буквами написано «легкий», «без сахара», «0 калорий» и тд, вреда не стало меньше. Только появилась ложная уверенность в том, что мы все делаем правильно, а вот вес почему-то не двигается с места. Фруктоза и другие заменители сахара ничем не лучше в плане снижения веса. Поэтому заменять обычный сахар тростниковым или кокосовым, фруктозой или сорбитом — совершенно бессмысленно».
- Правила питания: медленные углеводы
- Питание: диета для плоского живота
Еще больше полезной информации о том, как проводить разгрузку, а также варианты меню для разгрузочного дня, вы найдете здесь и здесь.
За пример рациона на неделю можно также взять куриную диету, которая считается достоточно эффективной и сбалансированной.
Примерное меню на неделю
Следуя предложенному меню, вы будете худеть на один килограмм в неделю.
Понедельник
Завтрак: порция гречки (100 г), можно на нежирном молоке (1,5 %), фрукт, чай или кофе.
Перекус:сэндвич из ломтика цельнозернового хлеба с нежирным сыром или мясом, кусочками помидора и огурца, чай.
Обед: запеченная на гриле рыба (100 г) с овощным салатом, заправленным соком лимона и оливковым маслом.
Полдник: нежирный творог (50 г) и 1 фрукт, чай.
Ужин: порция салата из свежих овощей с морепродуктами и небольшим количеством твердого сыра, заправленная небольшим количеством оливкового масла.
Вторник
Завтрак: порция овсянки (100 г), можно на нежирном молоке (1,5%), 1 фрукт, чай или кофе.
Перекус: 1 ст. нежирного натурального йогурта с горсткой орехов или семечек.
Обед: запеченная куриная грудка (90 г) с салатом из свежих овощей, заправленных лимонным соком с уксусом.
Полдник: 1 авокадо, фаршированное нежирным творогом со свежими травами, чай.
Ужин: блюдо из бобовых (фасоль, бобы, чечевица) со свежим салатом.
Среда
Завтрак: порция киноа (100 г), 1 фрукт, чяй или кофе.
Перекус: 1 фрукт или 100-150 г ягод.
Обед. отварная индейка (90 г) с гарниром из овощей, приготовленных на пару и заправленных оливковым маслом.
Полдник: стакан нежирного кефира или ряженки, 1 фрукт.
Ужин: омлет с грибами, порция салата из свежих овощей, заправленных лимонным соком с оливковым маслом.
Четверг
Завтрак: паста из твердых сортов пшеницы (100 г) с 2 ст. л. тертого пармезана, 1 фрукт, чай.
Перекус: яблоко, запеченное с 1 ч. л. меда и корицей, чай.
Обед. порция семги (90 г), запеченной с овощами гриль, порция бурого риса (100 г).
Полдник: фруктовый салат (200 г), заправленный лимонным соком или нежирным йогуртом, горстка орехов или семечек.
Ужин: сырники с изюмом и ложкой нежирной сметаны (10%).
Пятница
Завтрак: домашние мюсли (60 г) с сухофруктами и нежирным натуральным йогуртом, чай или кофе.
Перекус: тост из цельнозернового хлеба и 1 ч. л. меда, чай.
Обед: порция отварной телятины (90 г) с овощным рагу и свежей зеленью.
Полдник: нежирный творог (50 г) с сухофруктами, чай.
Ужин: 2 яйца, фаршированные шампиньонами, салат из свежих овощей, заправленный лимонным соком с оливковым маслом.
Суббота
Завтрак: ризотто с овощами (100 г), 1 фрукт, чай и или кофе.
Перекус: цельнозерновой хлебец с 1 ч. л. меда, чай или кофе.
Обед: скумбрия, приготовленная на гриле с овощами гриль, можно запеченными или отварными (90 г) и свежей зеленью.
Полдник: 1 авокадо с лимонным соком.
Ужин: салат из свежих овощей и морепродуктов, заправленный оливковым маслом и лимонным соком.
Воскресенье
Завтрак: порция овсянки (100 г), 1 фрукт, чай или кофе.
Перекус: несоленый нежирный сыр (50 г), чай или кофе.
Обед: треска в маринаде (60 г), салат из свежих овощей с оливковым маслом, порция бурого риса (100 г).
Полдник: порция фруктового салата (150 г), 6 орехов или 1 ст. л. семян.
Ужин: отварная куриная грудка (60 г) и овощное рагу (200 г), чай.
Как похудеть за две недели на 10 кг
В интернете можно найти чудо-диеты, обещающие прямо-таки фантастический результат — минус 5-7 кг за неделю. Похудеть таким способом можно, но какой ценой? «Все экспресс-диеты недостаточны по каллоражу и количеству питательных элементов, — напоминает Михаил Гаврилов. — Низкая калорийность рациона может негативно сказаться на деятельности щитовидной железы, снизив синтез ее гормонов. Соответственно, упадет и скорость обменных процессов. На таком рационе организм теряет большое количество жидкости и белка, но не сликшом много жира — примерно 1/10 часть от потерянного веса, Все экспресс-диеты — жесткие. Это большой стресс для организма. Поэтому с возращением к обычному режиму питания он стремится немедленно восполнить потерю. В результате вас одолевают приступы неконтролируемого аппетита., и если с ним еще можно справиться, то вот снова активизировать метаболизм будет сложно. Скорость обмена веществ из-за жестких ограничений снижается до минимума. Поэтому по окончании любых экстремальных экспериментов с пищей организм будет вновь активно запасать жир».
- Как ускорить обмен веществ
- Вся правда о быстром метаболизме
- Как увеличить обмен веществ
- Правда о лишнем весе, похудении и обмене веществ
- Рабочий обмен веществ
Чем еще чревато такое стремительное похудение?«Потеря мышечной массы, — говорит Наталья Григорьева, anti-age эксперт, врач-диетолог, генеральный директор клиники «Премиум Эстетикс». — Это первое, что наш организм начнет расщеплять в случае нехватки калорий и питательных веществ. Сама по себе потеря скелетной мускулатуры вещь нежелательная. Но основная опасность в данном случае кроется в развитии слабости сердечной мышцы. В случае большого дефицита по белкам, сердце, как мышечный орган, теряет массу. Частые эксперименты с такими низкокалорийными диетами, в разы повышают риски развития кардиомиопатии, что может привести к внезапной остановке сердца. Кроме этого обостряется холецистит. Это заболевание желчного пузыря, которое диагностируется достаточно часто. Когда мы снижаем количество еды, желчный пузырь перестает расходовать желчь, вырабатываемую им для переваривания пищи. Она скапливается в его полости, провоцируя воспаление и образование камней. Если в желчном пузыре уже были небольшие кумушки (многие не догадываются, что они у ни в принципе есть), то эксперименты с ограничивающими диетами могут привести к состоянию острого живота. А это уже госпитализация и операция. Снижается и ферментная активность. В частности, выработка ферментов поджелудочной железы. На восстановление ее нормальной деятельности потом уходит несколько месяцев. Нарушается перестальтика кишечника. Снижается количество еды, в том числе и овощей, богатых клетчаткой. Все это влияет на мышечную активность кишечника. – Дефицит макро и микронутриентов непременно отразится на внешности. Цвет кожи потускнеет, она будет шелушится, истончаться, на ней станут более заметными мелкие морщинки, снизится ее тонус. Изменится структура ногтей и волос. Причем волосу могут начать выпадать в больших количествах».
- Как составить диету при болезнях желчного пузыря
- Диета для поддержания поджелудочной железы
- Почему нельзя есть на ночь
Если вам нужно похудеть на 10 кг, следуйте нашей комплексной программе, разработанной вместе со специалистами. В неделю, вы, конечно, будете терять не 5 килограммов, а значительно меньше, но, придерживаясь этой схемы, вы без вреда для здоровья и особых усилий достигните своей цели, и, что немаловажно, сохраните достигнутое.
- К отпуску: как похудеть на 5 кг за 2 недели
- Самые эффективные диеты на две недели
- Эффективная диета 2 на 2: похудеть за 3 недели
- Похудеть без диет: минус 3 кг за 4 недели
- Детокс-программа от «ЖИВИ!»: минус 4 кг за четыре недели!
- Как перейти на правильное питание