Mechanická práca

Teleso koná mechanickú prácu W, ak pôsobí silou na iné teleso, ktoré sa pôsobením tejto sily premiestňuje po určitej trajektórii.

W = F . s ..... W - mechanická práca, F - sila, s - dráha. Jednotka mechanickej práce je Joule [džaul], J.

Mechanická energia

Mechanická energia telesa môže mať dve formy:

1. potenciálna energia Ep - je schopnosť telesa konať prácu, napr. stlačená pružina, alebo teleso vo výške

2. pohybová (kinetická) energia Ek - je schopnosť pohybujúceho sa telesa konať prácu

Tiažová potenciálna eneria

Ep = G . h = m . g . h

Príklad: Automobil má hmotnosť 2 000 kg a je na kopci vo výške 100 m. Akú má polohovú energiu?
m = 2 000 kg, h = 200 m, g = 10 m.s^-2
E_p = m . g . h = 2 000 kg . 10 m.s-2 . 100 m = 2 000 000 J = 2 MJ
(na to je potrebná asi 0,2 l benzínu/nafty)

Kinetická energia

E_k = F_G . h = m . g . 1/2 . g . t² = 1/2 . m . g² . t² = 1/2 . m . v²
Ek = 1/2 . m . v²

Príklad: Automobil má hmotnosť 2 000 kg a rýchlosť 72 km/h. Akú má pohybovú energiu?
m = 1 000 kg, v = 72 km/h = 20 m/s
Ek = 1/2 . m . v2 = 0,5 . 2 000 kg . (20 m.s-1)2 = 1 000 . 400 J = 400 000 J = 400 kJ

Príklad: Koľko energie treba na vyzdvihnutie betónového bloku s hmotnosťou 2 tony do výšky 20 m ?
m = 2 t = 2 000 kg, h = 20 m
Ep = m . g . h = 2 000 kg . 10 m.s-2 . 20 m = 200 000 J = 200 kJ

Príklad: Aká je kinetická energia nákladného vlaku s hmotnosťou 2 000 ton pri rýchlosti 36 km/h ?
m = 2 000 t = 2 000 000 kg, v = 36 km/h = 10 m/s
Ek = 1/2 . m . v2 = 0,5 . 2 000 000 kg . ( 10 m.s-1 )2 = 1 000 000 . 100 J = 100 000 000 J = 100 MJ

Zákon zachovania mechanickej energie

Celková mechanická energia voľne padajúceho telesa sa počas pohybu nemení. Polohová energia (výška) sa mení na kinetickú (rýchlosť).

v bode 1 ..... E = Ep + Ek = 1 000 J + 0 J = 1 000 J
v bode 2 ..... E = Ep + Ek = 0 J + 1 000 J = 1 000 J

Výkon a účinnosť

Priemerný výkon P určíme ako podiel mechanickej práce W a času t za ktorý bola práca vykonaná.
P = W / t ..... Jednotkou je watt, W. Stroj má výkon 1 W, ak vykoná prácu 1 J za 1 s.

Príklad: Stroj vykoná prácu 10 000 J za 2 sekundy. Aký má výkon ?
P = W / t = 10 000 J / 2 s = 5 000 W = 5 kW

Stroj premieňa dodanú prácu W₀ na užitočnú prácu W. Účinnosť stroja η je podiel užitočnej a dodanej práce.
  η = W / W₀ ..... W - užitočná práca (J), W₀ - dodaná práca (J)
  η = P / P₀ ..... P - užitočný výkon (W), P₀ - dodávaný výkon (J)

Príklad: Z energie paliva 50 MJ vytvorí motor mechanickú energiu 15 MJ. Aká je účinnosť motora?
η = W / Wo = 15 MJ / 50 MJ = 0,3 = 30 %

Príklad: Aká je účinnosť elektromotora, ak odoberá zo siete 2 kW a premení na mechanickú prácu 1 800 W?
P = 1 800 W, Po = 2 kW = 2 000 W
η = P / Po = 1 800 W / 2 000 W = 0,9 = 90 %

Príklad: Aký je priemerný výkon stroja, ak za 1 hodinu vykonal prácu 3,6 MJ ?
t = 1 hod = 3 600 s
W = 3,6 MJ = 3 600 000 J = W / t = 3 600 000 J / 3 600 s = 1 000 W = 1 kWwww.klasici.sk/node/216