Потенциальная энергия упругой силы. Referat. Закон сохранения энергии. Физический смысл кинетической энергии

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}

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 имеется у системы взаимодействующих тел. Но отдельное деформированное тело также обладает такого типа энергией. В таком случае потенциальная энергия зависит от взаимного расположения частей тела.

Энергия упругой деформации

Если груз, подвешенный на проволоке, растягивает подвес и опускается, значит, сила тяжести совершает работу. За счет такой работы увеличивается энергия деформированного тела, которое перешло из ненапряженного состояния в напряженное. Получается, что при деформации внутренняя энергия тела увеличивается. Рост внутренней энергии тела заключается в увеличении потенциальной энергии, которая связана со взаимным расположением молекул тела. Если мы имеем дело с упругой деформацией, то после снятия нагрузки, дополнительная энергия исчезает, и за ее счет силы упругости совершают работу. В ходе упругой деформации температура твердых тел существенно не увеличивается. В этом состоит их значительное отличие от газов, которые при сжатии нагреваются. При пластической деформации твердые тела могут значительно увеличивать свою температуру. В повышении температуры, следовательно, кинетической энергии молекул, отражается рост внутренней энергии тела при пластической деформации. При этом увеличение внутренней энергии происходит также за счет работы сил, вызывающих деформацию.

Для того чтобы растянуть или сжать пружину следует выполнить работу () равную:

где - величина характеризующая изменение длины пружины (удлинение пружины); - коэффициент упругости пружины. Данная работа идут на изменение потенциальной энергии пружины ():

При записи выражения (2) считаем, что потенциальная энергия пружины без деформации равна нулю.

Потенциальная энергия упруго деформированного стержня

Потенциальная энергия упруго деформированного стержня при его продольной деформации равна:

где - модуль Юнга; - относительное удлинение; - объем стержня. Для однородного стержня при равномерной его деформации плотность энергии упругой деформации можно найти как:

Если деформация стержня является неравномерной, то при использовании формулы (3) для поиска энергии в точке стержня в эту формулу подставляют значение для рассматриваемой точки.

Плотность энергии упругой деформации при сдвиге находят, используя выражение:

где - модуль сдвига; - относительный сдвиг.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Камень, имеющий массу при выстреле из рогатки начал полет со скоростью . Каков коэффициент упругости резинового шнура рогатки, если при выстреле шнур получил удлинение ? Считайте, что изменением сечения шнура можно пренебречь.

Решение

В момент выстрела потенциальная энергия растянутого шнура () переходит в кинетическую энергию камня (). По закону сохранения энергии можно записать:

Потенциальную энергию упругой деформации резинового шнура найдем как:

где - коэффициент упругости резины,

кинетическая энергия камня:

следовательно

Выразим коэффициент жесткости резины из (1.4):

Ответ

ПРИМЕР 2

Задание	Пружину, имеющую жесткость , сжимает сила, величина которой равна . Какова работа () приложенной силы при дополнительном сжатии этой же пружины еще на ?
Решение	Сделаем рисунок.

Деформированное упругое тело (например, растянутая или сжатая пружина) способно, возвращаясь в недеформированное состояние, совершить работу над соприкасающимися с ним телами. Следовательно, упруго деформированное тело обладает потенциальной энергией. Она зависит от взаимного положения частей тела, например витков пружины. Работа, которую может совершить растянутая пружина, зависит от начального и конечного растяжений пружины. Найдем работу, которую может совершить растянутая пружина, возвращаясь к нерастянутому состоянию, т. е. найдем потенциальную энергию растянутой пружины.

Пусть растянутая пружина закреплена одним концом, а второй конец, перемещаясь, совершает работу. Нужно учитывать, что сила, с которой действует пружина, не остается постоянной, а изменяется пропорционально растяжению. Если первоначальное растяжение пружины, считая от нерастянутого состояния, равнялось , то первоначальное значение силы упругости составляло , где - коэффициент пропорциональности, который называют жесткостью пружины. По мере сокращения пружины эта сила линейно убывает от значения до нуля. Значит, среднее значение силы равно . Можно показать, что работа равна этому среднему, умноженному на перемещение точки приложения силы:

Таким образом, потенциальная энергия растянутой пружины

Такое же выражение получается для сжатой пружины.

В формуле (98.1) потенциальная энергия выражена через жесткость пружины и через ее растяжение . Заменив на , где - упругая сила, соответствующая растяжению (или сжатию) пружины , получим выражение

которое определяет потенциальную энергию пружины, растянутой (или сжатой) силой . Из этой формулы видно, что, растягивая с одной и той же силой разные пружины, мы сообщим им различный запас потенциальной энергии: чем жестче пружина, т.е. чем больше ее упругость, тем меньше потенциальная энергия; и наоборот: чем мягче пружина, тем больше энергия, которую она запасет при данной растягивающей, силе. Это можно уяснить себе наглядно, если учесть, что при одинаковых действующих силах растяжение мягкой пружины больше, чем жесткой, а потому больше и произведение силы на перемещение точки приложения силы, т. е. работа.

Эта закономерность имеет большое значение, например, при устройстве различных рессор и амортизаторов: при посадке на землю самолета амортизатор шасси, сжимаясь, должен произвести большую работу, гася вертикальную скорость самолета. В амортизаторе с малой жесткостью сжатие будет больше, зато возникающие силы упругости будут меньше и самолет будет лучше предохранен от повреждений. По той же причине при тугой накачке шин велосипеда дорожные толчки ощущаются резче, чем при слабой накачке.

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.

Возможно, будет полезно почитать: