МИНИМИЗАЦИЯ РАБОТЫ ПОДЪЕМА ТЕЛА В ОДНОРОДНОМ ПОЛЕ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ
Работа подъема тела в однородном поле силы тяжести всегда больше потенциальной энергии . Для минимизации работы силой тяги, равной , необходимо отключать силу тяги на некоторой высоте . Дальнейшее движение вверх до высоты происходит по инерции. Только в случае работа подъема будет стремиться к минимальному значению, равному .
Статья в формате PDF 179 KBАвтором [1] показано, что работа подъема тела массы m в однородном поле силы тяжести на высоту h всегда больше потенциальной энергии . Нельзя поднять тело массой m силой тяги FT, равной силе тяжести P=mg. В этом случае тело будет находиться в условиях статического равновесия, или в состоянии левитации (квазиневесомости). Любой противоестественный процесс (например, подъем тела вверх) требует затрат энергии больше, чем получаемая энергия (потенциальная), т.е. КПД процесса подъема всегда меньше единицы: , где - работа подъема тела. В то же время естественный процесс свободного падения в вакууме соответствует закону сохранения энергии: , где - работа, совершаемая силой тяжести при падении тела, - кинетическая энергия тела в момент удара о Землю.
Чтобы поднимать тело вверх, необходимо приложить силу тяги , где назовем силой левитации. Тело будет подниматься вверх с ускорением . За время t высота подъема будет равна . Работу, совершаемую силами FT и P, будем определять в соответствии с методами, рассмотренными в работах [2,3,4], с использованием импульсов сил . Если сила постоянна, то импульс . Работа (производство энергии) может быть вычислена через импульс силы: . Тогда для нашего случая будем иметь
(1)
Из выражения (1) выделим положительную работу , совершаемую силой тяги и отрицательную работу , совершаемую силой тяжести P=mg:
(2)
(3)
Выражение (2) имеет минимум, равный при . На графике (рис. 1) показана зависимость работы , совершаемой силой тяги FT, выраженной в долях потенциальной энергии , от величины соотношения . Сумма выражений (2) и (3) дает величину кинетической энергии, приобретенной телом на высоте h: . Чтобы остановить тело на высоте h, необходимо затратить работу торможения, равную этой кинетической энергии. Можно минимизировать работу подъема, создав на некоторой высоте h0
и .
Тогда выражение можно представить в виде:
или (4)
зависимость безразмерного комплекса от соотношения представлена на графике (рис. 3) и в таблице 1.
Таблица 1
|
|
0,2 |
0,5 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
9 |
99 |
|
h0 / h |
0,833 |
0,666 |
0,5 |
0,333 |
0,25 |
0,2 |
0,166 |
0,1 |
0,01 |
|
|
0,333 |
0,666 |
1 |
1,333 |
1,5 |
1,6 |
1,666 |
1,8 |
1,98 |
|
|
6 |
3 |
2 |
1,5 |
1,333 |
1,25 |
1,2 |
1,111 |
1,01 |
В пределе при комплекс стремится к 2. Из равенства определяется соотношение
(5)
графическое представление которого показано на рис. 4.
Работа A0, совершенная силой тяги FT для подъема на высоту h0, будет определяться выражением
(6)
Зависимость безразмерного комплекса от параметра представлена на графике (рис. 5).
Из анализа соотношений (5) и (6) и графиков на рис. 4 и рис. 5 следует, что при величина высоты h0, на которой необходимо прикладывать силу тяги FT, асимптотически стремится к нулю, а работа, совершаемая силой тяги FT, на участке от X=0 до X=h0, , т.е. только в этом предельном случае ( ) работа, затрачиваемая на подъем на высоту h, стремится к минимальному значению, равному потенциальной энергии .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Иванов Е.М. Работа и энергия в классической механике и первый закон термодинамики. ДИТУД-УлГТУ, Димитровград, 2005.
- Иванов Е.М. Работа в классической механике. // Современные наукоемкие технологии, №5, стр.12, 2005.
- Иванов Е.М. Работа при движении тел с трением. // Фундаментальные исследования, №6, стр.10, 2005.
- Иванов Е.М. Определение работы и работа силы трения. // Успехи современного естествознания, №8, стр.10, 2005.
Статья в формате PDF
91 KB...
02 05 2026 13:14:37
Проведен анализ результатов многолетних исследований по выявлению состава и объема видового разнообразия,расположенных в наземных экосистемах региона. Наибольшая видовая насыщенность отмечена в среднегорной части района – темнохвойных лесах, где господствует пихта кавказская (запас на исследуемых территориях – 3950 тыс.м3, сомкнутость от 0,5 до 0,9). Нижний подъярус составляют бук восточный, эндемики – дуб скальный, липа кавказская, третичные реликты: граб кавказский, тис ягодный.Геоботанические описания экосистем субальпийских лугов Лагонакского нагорья(1500 м н.у.м.) показал всего 39 видов растений, что говорит о низком видовом богатстве этого сообщества. Число видов на площади 16 м2 изменялось от 7 до 26, в среднем 14,3 вида. Проективное покрытие почвы цветковыми растениями в среднем составляет 19 %. Экосистемы субальпийских лугов хаpaктеризуются высокой относительной численностью животного населения при сравнительно небольшом количестве видов. Здесь доминирует полевка кустариниковая – 51,3 %, обычны – крот кавказский– 2,0 %, другие виды редки, но хаpaктерны – бурозубка кавказская– 6,4 %, мышовка кавказская, а вдоль ручьев – полевка Роберта – 8,2 %. Регулярное сенокошение лугов приводит к обеднению флористического состава, снижению общей высоты травостоя и как следствие, к деградации, выпадению бурозубки кавказской, крота кавказского и полевки прометеевой, численность которых падает до 1,0 %. В результате антропогенного пресса в экосистемах горных поясов, первоначальная структура растительного и животного состава изменена почти на 70 % исследуемой территории. Экосистемы, сформированные в каменных осыпях, криволесьях, парковых лесах региона хаpaктеризуются богатым видовым составом и эндемичностью (от 30 до 70 %). Наиболее эффективным способом сохранения редких видов является охрана их в местах естественного обитания на особо охраняемых территориях. Необходимо выделить эталонные участки с редкими и уязвимыми видами и контролировать с учетом их экологических особенностей (например, горные склоны Пшеха-Су и Фишт с видами – лисохвост пушистоцветковый, лютик Елены, лапчатка чудесная, овсяница кавказская, овсяница джимильская; серна,тур западнокавказский,улар кавказский).
...
30 04 2026 7:33:44
Статья в формате PDF
101 KB...
29 04 2026 16:19:54
Статья в формате PDF
112 KB...
28 04 2026 21:38:24
Статья в формате PDF
153 KB...
27 04 2026 18:24:51
Статья в формате PDF
114 KB...
26 04 2026 19:50:27
Статья в формате PDF
122 KB...
25 04 2026 22:46:17
Статья в формате PDF
100 KB...
24 04 2026 11:42:55
Статья в формате PDF
253 KB...
23 04 2026 8:18:10
Статья в формате PDF
112 KB...
22 04 2026 8:55:44
В статье отмечается возрастающее значение научных исследований социальной инфраструктуры. Рассматриваются различные подходы к определению этого понятия, а также роль социальной инфраструктуры в формировании уровня жизни человека и развитии человеческого потенциала.
...
21 04 2026 22:50:45
Статья в формате PDF
123 KB...
20 04 2026 11:13:32
Статья в формате PDF
135 KB...
19 04 2026 23:55:11
Статья в формате PDF
109 KB...
18 04 2026 21:27:31
Статья в формате PDF
126 KB...
17 04 2026 23:25:59
Статья в формате PDF
90 KB...
16 04 2026 18:43:31
Статья в формате PDF
121 KB...
14 04 2026 10:10:25
Статья в формате PDF
138 KB...
13 04 2026 5:46:13
Статья в формате PDF
132 KB...
12 04 2026 17:50:14
Статья в формате PDF
131 KB...
11 04 2026 0:59:19
Статья в формате PDF
98 KB...
10 04 2026 7:12:53
Статья в формате PDF
125 KB...
09 04 2026 20:47:53
Статья в формате PDF 123 KB...
06 04 2026 20:43:27
Статья в формате PDF
116 KB...
05 04 2026 19:53:14
Статья в формате PDF
112 KB...
04 04 2026 14:16:40
Статья в формате PDF
112 KB...
03 04 2026 21:44:49
Статья в формате PDF
172 KB...
02 04 2026 21:52:59
Статья в формате PDF
138 KB...
01 04 2026 20:43:58
Статья в формате PDF
140 KB...
31 03 2026 2:56:18
Статья в формате PDF
122 KB...
30 03 2026 0:35:40
Статья в формате PDF
276 KB...
29 03 2026 5:41:14
Статья в формате PDF
96 KB...
28 03 2026 10:51:13
Статья в формате PDF
117 KB...
27 03 2026 9:35:33
Статья в формате PDF 111 KB...
25 03 2026 4:25:50
Статья в формате PDF
113 KB...
24 03 2026 3:58:30
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
