Пример 9.1. Механическая работа

Механическое и тепловое взаимодействия термодинамической системы осуществляются через контрольные поверхности. При механическом взаимодействии самой системой или над системой совершается работа. (В общем случае на систему могут действовать также электрические, магнитные и другие силы, под воздействием которых система будет совершать работу. Эти виды работ также могут быть учтены в рамках термодинамики, но нами в дальнейшем рассматриваться не будут). В нашем примере механическая работа производится при перемещении поршня и сопровождается изменением объема. Тепловое взаимодействие заключается в переходе теплоты между отдельными телами системы и между системой и окружающей средой. В рассматриваемом примере теплота может подводиться к газу через стенки цилиндра. [c.7]

В рассмотренном примере механическая работа превращалась в теплоту путем действия сил трения. Поэтому полученный результат можно сформулировать еще и следующим образом никаким способом нельзя полностью обратить процесс, п р и котором за счет трения возникает теплота. [c.53]

В качестве простого примера механической работы приведем работу, совершаемую телом с массой т при свободном падении под действием земного притяжения (характеризуемого ускорением силы тяжести g) с некоторой высоты Ь. Эта работа в соответствии с формулой равна mgh. Таким образом, тело, на высоте Н, обладает тем свойством, что при определенных условиях, т.е. при падении, оно может производить работу. В таком случае говорят, что тело с массой т на высоте Ь (относительно высоты Ь=0) обладает потенциальной энергией (энергией положения) mgh. После падения на уровень Ь=0 потенциальная энергия становится равной нулю (тело уже не способно производить дальнейшую работу), но теперь оно приобретает "новое" свойство, а именно скорость V (V=2gh), и, следовательно, обладает кинетической энергией (энергией движения) равной тУ 2. [c.18]

На рис. 26.3, а—в показаны примеры конструкции некоторых ЭМУ, где указаны их основные размеры и тяговые характеристики / э=/(8) (сплошные линии), в ненагретом состоянии при различных значениях намагничивающих сил Г, а также кривые условной механической работы W = Рз,рЬ (пунктирные линии). [c.305]

Для обратного протекания процесса необходима затрата извне некоторого количества энергии. Ряд простых примеров подтверждает эти выводы. Газ всегда вытекает из резервуара в окружающее пространство, если в этом пространстве давление ниже, чем в резервуаре. Для подачи газа в резервуар необходимо использовать компрессоры, потребляющие извне механическую работу. Теплота может переходить только от горячего тела к холодному, но для обратного направления теплового потока необходимо применение холодильных машин, которые, получая извне механическую работу, заставляют теплоту перетекать от холодного тела к теплому. Из этих примеров видно, что обратное направление любого действительного (необратимого) процесса возможно только при условии подведения к системе, в которой происходит этот процесс, дополнительного количества энергии извне. [c.50]

Рассмотренные примеры действительных процессов показывают, что все явления в природе проходят в направлениях, приводящих к равновесию в системе эти явления идут в направлении уравнивания давлений и температур. Особо следует отметить естественное направление процессов превращения механической работы в теплоту. [c.50]

Из сказанного следует, что работа потока связана с изменением термодинамического состояния рабочего тела и является поэтому такой же термодинамической величиной, как и работа изменения объема. Вместе с тем рабочее тело в потоке может совершать работу без изменения термодинамического состояния. Примером такой работы является переход кинетической энергии потока в техническую работу (или наоборот). Переход одной формы механического движения в другую не является предметом изучения термодинамики. Такие явления рассматриваются в газовой динамике. [c.203]

Долгое время признаком наличия теплообмена считали изменение температуры. Однако оказалось, что это не так. Например, при кипении воды к ней подводится тепло, однако температура остается постоянной. При затвердевании жидкости тепло отводится, но температура до полной кристаллизации жидкости также не меняется. В этих процессах теплообмен не приводит к изменению температуры. Наоборот, при сжатии газа в цилиндре температура газа растет, хотя при этом тепло может отводиться. В этом примере изменение температуры вызвано не теплообменом, а механической работой. [c.49]

При длительных испытаниях, изменяя по определенной программе температуру и нагрузку на образец, можно промоделировать механическую работу материала в течение продолжительного времени его эксплуатации. Примером могут служить установки типа Коффина для испытаний на термическую усталость (рис. 2) установки для испытаний материалов на длительную прочность и ползучесть при программном изменении нагрузки [40, 67] (рис. 3). [c.21]

Приведем для примера металлорежущий токарный станок. Осуществляемый на нем технологический процесс состоит в том, что резец своим давлением снимает с вращающегося изделия слой металла в виде стружки, чтобы придать изделию форму и размеры заданного тела вращения. Количество механической работы, затрачиваемой на снятие стружки, вполне определяется процессом резания, который представляет собой сложный физико-механический процесс. При резании происходит, во-первых, пластическая деформация металла в сходящей стружке и в поверхностных слоях изделия и, во-вторых, трение между поверхностью резца и поверхностью скользящей по нему стружки. [c.28]

Приводя некоторые из них раньше в качестве примеров на механизмы, мы мысленно отбрасывали действующие в них силы и рассматривали их только с точки зрения передачи и преобразования движений. В действительности же эти механизмы не работают все время вхолостую, нормально они нагружаются силами и при движении передают механическую работу, поэтому они могут входить в состав машин или включаться между машинами в качестве привода. [c.18]

В настоящей главе рассмотрим решение прямой задачи динамики машин —определение движения машины по заданным силам [16]. При изучении этого вопроса представляется целесообразным рассматривать основные разновидности машин (машины-двигатели и исполнительные машины) не разобщенно, а совместно, особенно в тех случаях, которые являются характерными для современного машиностроения (когда машина-двигатель и исполнительная машина соединяются между собой непосредственно через муфту или через индивидуальный привод, образуя так называемый машинный агрегат). Примером таких агрегатов служат турбогенераторы тепловых и гидравлических электростанций. В турбогенераторе тепловой электростанции вал паровой или газовой турбины непосредственно соединяется с валом генератора переменного или постоянного тока. В такой установке двигатель непрерывно преобразует тепловую энергию в механическую работу, которая передается генератору электрического тока и в нем опять непрерывно преобразуется в электрическую энергию. [c.199]

В справедливости изложенного не трудно убедиться на следующих примерах. Паровозная машина работает на принципе сжигания твердого или жидкого топлива. Тепловая энергия этого топлива при сгорании превращается в механическую работу вращения колес и движения паровоза. [c.5]

Механическую работу L как форму передачи энергии можно проиллюстрировать на следующем примере. Пусть в цилиндре (рис. 8.1) находится газ под избыточным давлением р и установлен поршень площадью S с нагрузкой на штоке от пружины F p. Поршень находится под действием перепада давления, численно равного р, так как слева на него действует избыточное давление р, а справа оно равняется нулю. Если pS > F p, то поршень сдвинется вправо на Ах, т. е. будет совершена работа. Давление газа в цилиндре снизится, а пружина дополнительно сожмется. Таким образом, энергия газа уменьшится, а энергия пружины увеличится, т.е. она будет частично передана с помощью механической работы от газа пружине. [c.89]

В рассмотренном примере за время цикла термодинамическая система получает теплоту и совершает механическую работу. Такой цикл называется прямым, т.е. в прямом термодинамическом цикле происходит преобразование теплоты, подведенной к системе, в механическую работу. Примером устройства, использующего прямой цикл на практике, является двигатель внутреннего сгорания. [c.102]

Следует отметить одну особенность этой книги. В каждой ее главе приведены подробно разобранные примеры, а также многочисленные вопросы. Это важная часть книги, изучение которой позволит читателю проникнуться значительностью прочностных расчетов в инженерном деле, а также развить в себе навыки и потребность глубоко анализировать механическую работу материала и самую конструкцию. [c.6]

В качестве еще одного примера совершения механической работы можно рассмотреть работу, которую производит над поршнем расширяющаяся жидкость, содержащаяся под ним в цилиндре (рис. 3.2, а). Если давление внутри цилиндра р превышает давление во внешней среде ро, предполагающееся постоянным, то для фиксирования поршня в положении равновесия к соединенному с поршнем стержню необходимо приложить силу сопротивления Р. Если представить себе такой идеальный случай, когда эта сила постепенно уменьшается на бесконечно малые величины, то поршень будет бесконечно медленно двигаться наружу, и происходящее при этом расширение жидкости будет соответствовать полной компенсации внутреннего давления. В этом идеальном случае давление в цилиндре, падая, остается однородным в каждый момент времени, и жидкость будет плавно проходить через непрерывную последовательность квазистатических устойчивых состояний. Как было [c.52]

Блокировочные устройства предназначены для предотвращения одновременного включения нескольких механизмов, совместная работа которых недопустима и бывают механические, гидравлические, электрические и комбинированные. Примером механического устройства служит управляющий диск с отверстиями (поз. 12 на рис. 66 и поз. 4 на рис. 67). Порядок расположения отверстий исключает одновременное вхождение штоков рычагов переключения блоков зубчатых колес. [c.90]

Кроме механической работы, существуют и другие виды работы, и часто бывает необходимо оценить их при помощи термодинамических уравнений. Наиболее простым примером может служить электролиз электролитов. В этом процессе производится работа по перемещению ионов или электронов под действием разности потенциалов электрического поля. Другим примером является процесс, в котором совершается работа по увеличению площади поверхности раздела двух фаз. Этот эффект оказывает большое влияние на вид микроструктура отожженных сплавов, зарождение одной фазы в другой и спекание металлов. Все эти случаи будут рассматриваться в последующих главах. Здесь же мы только покажем, как изменяются основные термодинамические уравнения для случаев, в которых поверхностные явления играют важную роль. [c.34]

Сущность первого закона термодинамики. Первый закон термодинамики представляет собой закон сохранения энергии применительно к термодинамическим процессам энергия не исчезает и не возникает из ничего, а лишь переходит из одного вида в другой в эквивалентных количествах. Примером может служить переход теплоты в механическую работу, и наоборот. [c.100]

Широкое применение находят сборные твердосплавные инструменты с механическим креплением неперетачиваемых пластинок. Механическое крепление пластин к корпусу державки или стержню зуба способствует повышению долговечности работы режущих инструментов. На рисунке внизу приведены два примера механического крепления неперетачиваемых минералокерамических режущих пластинок к державкам токарных резцов. По мере затупления одной грани пластинки ее раскрепляют и поворачивают следующей гранью, не бывшей в употреблении. [c.254]

Механизмы форм, служащие для приведения в движение различных ее частей, могут работать от механического или гидравлического привода. Примером механического привода может служить устройство с наклонным пальцем (рис. 148). Этот палец 1 представляет собой круглый штырь с буртом, запрессованный в плиту матрицы 2 под углом 20° к направлению раскрытия формы. В стержне 5, находящемся в плите пуансона 4, имеется отверстие, ось которого также наклонена под углом 20°. В это отверстие входит палец /, так что при раскрытии формы стержень 5 скользит по пальцу и выдвигается из отливки. Для фиксации стержня в крайнем наружном положении в плите 4 предусмотрен подпружиненный шарик 3, который заскакивает в углубление на стержне. [c.211]

Во втором случае тепло Q пойдет не только на увеличение внутренней энергии газа, но и на совершение механической работы. При этом температура газа возрастет на меньшую величину, чем в первом случае, давление останется постоянным, а объем газа возрастет. Следовательно, при одинаковом начальном состоянии газа и одинаковом подводе тепла конечные параметры получаются различными и зависят от характера процесса подвода тепла. Этот пример снова показывает, что теплота является функцией процесса. [c.67]

Не получила отклика ни в мировой, ни в отечественной литературе работа известного французского математика Адамара, содержащая тоже оригинальный вывод уравнений некоторого вида для неголономных систем. Конкретными примерами механических систем с неголономными связями были и остаются актуальными и в настоящее время частные случаи задачи о движении твердого тела по поверхности другого тела. [c.9]

В теоретической механике содержание работы было бы отнесено к разделам Дифференциальные принципы механики и Интегральные принципы механики . Здесь мы рассматриваем метод виртуального варьирования и метод переменного действия как дополняющие друг друга и составляющие общий аналитический подход, который является концептуальным для естествознания. На примере механических систем изучается изменение действия в результате применения виртуального варьирования, при котором из рассмотрения исключаются реакции идеальных связей. Таким образом, создаётся своего рода инструмент , освоение которого необходимо для учёта ограничений при исследовании несвободных динамических систем. [c.9]

Хотелось бы поставить на обсуждение преподавателей вузов вопрос о содержании практических занятий по теоретической механике и выборе лабораторных работ по механике (в тех вузах, где такие лаборатории организованы). Нам кажется целесообразным, учитывая практику современной научно-технической жизни, проводить практические занятия по двум основным направлениям. Во-первых — это привычные и хорошо известные наборы сравнительно простых и типичных задач из сборника И. В. Мещерского, приучающее ставить, решать и исследовать легко интегрируемые примеры механического движения. Это важная и обязательная для формирования научно-инженерного мышления часть содержания практических занятий по курсу теоретической механики. [c.26]

Эти примеры убеждают нас в том, что в области конечных деформаций можно создать одну и ту же деформацию, или деформированное состояние идеально упругого материала, посредством двух или более) типов нагружения, зависящих от пути, по которому деформировалась среда. Иными словами, данное состояние конечной деформации, вообще говоря, без указания определенного пути деформирования еще не определяет единственным образом напряженного состояния даже в идеально упругой среде в тех случаях, когда происходит поворот главных направлений напряжений или деформаций или тех и других относительно материала. Следовательно, мы должны ожидать, что механическая работа, требуемая для проведения разных последовательностей деформирования, завершающихся одним и тем же конечным состоянием деформации, не обязательно будет одной и той же. [c.88]

Очевидно, В данном случае имеет место сооружение, где сила воспринимается лишь как нагрузка. Примером сооружений могут служить здание или мост. Однако в целом сооружение может и перемещаться (корпус самолета, корабля или вагона) с помощью иной материальной системы, производящей преобразование какого-либо вида энергии в механическую работу. [c.10]

Пример. Оценить работу механического цеха и проследить динамику по декадам в течение месяца. Месячный план вьшуска цеха распределен равномерно по декадам. Цех состоит из трех участков. Продукция в процессе производства последовательно поступает с одного участка на другой. [c.83]

Работа является формой передачи упорядоченного, организованного движения, ибо при совершении работы все частицы тела движутся организованно, в одном направлении. В этом можно убедиться на примере совершения работы газом при расширении. Молекулы газа, находящегося в цилиндре под поршнем, пребывают в непрерывном хаотическом, неупорядоченном движении. Однако когда газ начинает перемещать поршень, т. е. совершает механическую работу, то на беспорядочное движение молекул газа накладывается организованное движение все молекулы наряду с беспорядочным перемещением получают некоторое смещение в направлении движения поршня. [c.11]

НИИ воды к ней подводится большое количество теплоты, однако температура остается постоянной. При затвердевании жидкостей теплота отводится, но это не приводит к снижению температуры до тех пор, пока вся жидкость не превратится в кристаллы. В этих примерах теплообмен не приводит к изменению температуры. Наоборот, при сжатии газа в цилиндре температура газа растет, хотя тепло может даже отводиться, если стенки цилиндра холодные. В этом примере изменение температуры вызвано не теплообменом, а механической работой. [c.41]

В качестве примера рассмотрим последовательность преобразования потенциальной энергии в механическую работу в двигателе внутреннего сгорания, схема которого изображена на рис. 15.1. Цикл работы двигателя четырехтактный, т. е. весь процесс от начала до конца происходит за два оборота кривошипа или, что то же самое, за четыре хода поршня. [c.348]

Например, сжатая пружина, распрямляясь, совершает механическую работу, равную по величине потенциальной энергии, накопленной атомами в процессе ее сжатия. Известно также, что скрученная напряженная пружина быстрее растворяется в кислоте, чем ненапряженная. Практикой установлено, что сварные соединения, имеющие высокие собственные напряжения, больше подвержены коррозии, особенно на участках концентрации напряжений. В двух последних примерах потенциальная энергия атомов, связанная с искажением кристаллической структуры, проявляется в форме [c.22]

Превращение потенциальной энергии пара в механическую работу на валу паровой тур-бины может быть рассмотрено на следующем Я примере. [c.17]

Что касается определений, то здесь существует некоторая свобода, так что данную величину можно определять различными способами. Однако, пока не проведено четкое различие между определениями, существует риск возникновения путаницы. Кроме того, не все определения одинаково целесообразны. Как впервые указал Отт [1911, старая формулировка релятивистской термодинамики как раз представляет собой пример такой путаницы, которая может возникнуть, когда работа, совершенная обобщенной силон Р, интерпретируется как механическая работа в термодинамическом процессе. Однако при расчете коэффициента полезного действия тепловой машины, в которой тепловая энергия превращается в кинетическую энергию (автомобиля или поезда) или в потенциальную энергию (при подъеме тяжелых предметов краном), нас интересует не обобщенная сила, а действующая сила и ее работа. [c.83]

В тех случаях, когда нужно создавать значительные давления и усилия, применяются статические системы, преобразующие механическую работу электродвигателя в основном в потенциальную энергию рабочего тела. Примерами таких устройств являются компрессоры, поршневые и шестеренчатые насосы и др. [c.26]

Физическую энергию разделяют на потенциальную и кинетическую. Потенциальная — это энергия, которой обладает некоторый предмет благодаря своему расположению или состоянию. Например, бак с водой, находящийся на вершине башни, имеет потенциальную энергию благодаря тому, что он поднят над землей. Если открыть кран бака, то вытекающая из него струя воды, падая на гребное колесо, может приводить в движение машину, преобразующую таким образом потенциальную энергию падающей воды в механическую работу. Примером потенциальной энергии некоторого состояния является энергия сжатой пружины или растянутой резины в катапульте. Если растянутую резину (или пружину) внезапно отпустить, она немедленно возвратится в исходное положение, высвобождая при этом потенциальную энергию, которая с силой выбросит снаряд. Кинетическая энергия, в свою очередь,— это энергия, которая приобретается предметом в результате его движения. Любой движущийся предмет — автомобиль, самолет, пуля и т. д.— обладает кинетической энергией движения, которая затем превращается в другие формы энергии. [c.30]

Примером механического сервопривода может быть активизатор Мак-Кормик (фиг. 54). Кулачковый роликовый механизм помещается в корпусе I активизатора. Он включается в работу посредством прижатия корпуса к обойме 2 нажимной пружииы, вращающейся вместе с ведущим барабаном муфты. Моментом трения подвижной кулачок 3 накатывается по роликам 4 на неподвижный 5 и отжимает пружину. Когда процесс выклю- [c.352]

Большую роль в развитии теории кузнечных машин сыграли статьи А. И. Зимина О динамическом расчете криБошииных горячештамновочных прессов на примере их работы холостыми ходами . Они явились своего рода началом этапа динамических расчетов кривошинных прессов как единых механических систем. Необходимость такого анализа была вызвана возникшим несоответствием статических методов расчета таких машин и результатов их практической эксплуатации. [c.52]

Этот процесс мы и наблюдали, когда оператор изготовлял деталь из двух антиподов — керамики и титана. Так была решена сложная проблема по совмещению материалов, считавшихся до последЕ1его времени несовместимыми. Следует добавить, что диффузионная сварка в вакууме не только позволяет получать из разнородных материалов весьма сложные по форме детали, обладающие высокой прочностью и надежностью соединения, но и в значительной мере исключить механические работы по очистке окалины или шлака после сварки. Это является еще одним примером, когда умелое использование успехов современной науки наряду с высоким качеством обеспечивает существенное сокращение трудоемкости. [c.67]

Принципиальная несогласованность в классических оценках работоспособности тепла обнаруживается также при анализе процесса в известном опыте Джоуля (необратимое расширение газа в постоянном изолированном объеме). Указанный опыт часто трактуется как особо наглядный пример деградации тепловой энергии (переход системы от состояния менее вероятного к состоянию более вероятному), которая якобы адэкватно характеризуется изменением энтропии данной системы. При анализе опыта Джоуля, например, указывается, что уменьшение в изолированной системе возможностей использования теплоты для превращения ее в механическую работу или деградация в ней энергии характеризуется ростом энтропии . Однако в данном случае тот же опыт подтверждает сохранение температуры рабочего вещества в рассматриваемом процессе. [c.74]

Д. Последовательности простых растяжений и чистых сдвигов. Возвращаясь к рассмотрению работы, производимой при этих последовательностях деформирований, мы видим, что механическая работа со, совершенная при де( )0рмир0вании идеально пластичной среды, например при осуществлении ряда последовательных серий деформирований, представляемого прямолинейной ломаной линией на плоскости деформаций 81 + 82 + 83=0, больше работы, затрачиваемой на кратчайшем прямолинейном пути, соединяющем начало О с концом ломаной. Все стороны такого многоугольника представляют нестесненное течение, а в каждой его вершине главные напряжения, вызывающие течение, испытывают внезапные изменения точка Ро на рис. 2.10 перескакивает на круге напряжений от одного положения к другому. Рассмотрим простой пример, когда путь деформирования представляется треугольником [c.107]

Наш предыдуи ий пример объясняет механическую причину осуш,ествле-ния такого вида деформирования для него в этом частном случае течения требуется наименьшая осевая нагрузка и, следовательно, наименьшая механическая работа. Ван Итерсон в своей книге ) утверждает в связи с этим, что несущая способность конструкции исчерпывается при наименьшей нагрузке, когда механические условия создают ситуацию, при которой два главных напряжения могут уравняться . Хотя это последнее утверждение справедливо для только что упомянутого случая образования шейки при растяжении образца, оно не будет верным в общем случае, что показывается просто заменой вида деформирования в последнем примере, если предположить, что на рис. 2.14 некоторая точка Q сначала достигается при деформировании [c.109]

Итак, доказано то, что выражаемая уравнением (2.214) механическая работа 03 принимает аналитический экстремум, когда деформирование тела из начального недеформированного состояния Я,х=1, Ys = 0 в некоторое заданное деформированное состояние Язсь Ysi происходит таким образом, что в процессе плоской деформации главные оси напряжения все время совпадают с главными осями конечной деформации. То, что экстремум работы [выражаемой уравнением (2.210)] представляет именно минимум, показано не было, но этот факт достаточно очевиден из отмеченного ранее, и его можно легко проверить на примерах ). [c.137]

В заключение добавим, что принцип минимальной работы, в том виде, как он был объяснен предыдущей теорией и проиллюстрирован многочисленными примерами плоского деформирования идеально пластичной среды (то = onst), справедлив также и для материала, проявляющего деформационное упрочнение, описываемое монотонно возрастающей функцией то=/(уо)-Однако, хотя геометрия, определяющая компоненты конечной деформации, в обоих случаях одна и та же, вычисление механической работы в последнем случае связано с громоздкими интегралами, выражающими эту работу для различных путей деформирования. Условие экстремума (минимума) сохраняет силу и для интегралов, выражающих эту работу в случае То = /(уо)- [c.140]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...