В этом уроке мы рассмотрим новую физическую величину – механическую работу, изучим условия совершения механической работы и единицы ее измерения.
Мы в жизни часто используем слово «работа». Программист сидит за
компьютером – это его работа, работают станок, холодильник, телевизор, работает строитель, работает инженер. Словом «работа» мы выражаем всякое полезное действие человека или устройства. В физике термин «работа» имеет несколько иной смысл. Рассмотрим примеры.
Лошадь тянет телегу, действуя на нее с некоторой силой – силой тяги, которую обозначим Fтяги. Телега движется по направлению силы тяги лошади. Говорят, что сила тяги совершает механическую работу по перемещению телеги.
Механическая работа (или работа силы над телом) – это скалярная физическая величина, равная произведению модуля силы на путь, пройденный телом вдоль направления этой силы.
Механическая работа обозначается строчной буквой «А». По определению формула работы запишется так:
В честь английского ученого Джеймса Джоуля единица измерения работы получила название Джоуль.
За 1 Джоуль принята работа, совершаемая силой 1 Ньютон на пути, равном 1 метру: 1 Дж = 1 Н · м.
Кратные единицы измерения:
В зависимости от направления действующей силы механическая работа может быть положительной и отрицательной.
Если направление силы совпадает с направлением движения тела, то работу силы считают положительной.
Например, лошадь тянет телегу (см. рис.) и совершает положительную работу:
камень падает (см. рис.) – сила тяжести совершает положительную работу:
выстрелили из лука (см. рис.) – сила упругости натянутой тетивы совершает положительную работу:
Если направление силы противоположно направлению движения тела, то работу силы считают отрицательной.
Например, сила трения скольжения совершает отрицательную работу, так как она направлена противоположно движению и тормозит движение тела:
А = – Fтрения · s.
Если направление силы перпендикулярно направлению движения тела, то работа этой силы равна нулю.
Например, сила давления человека, сидящего на телеге (см. рис.), перпендикулярна направлению движения телеги, телега под действием этой силы не перемещается, и поэтому работа силы давления равна нулю.
Если тело под действием силы не движется, то работа также равна нулю.
На гирю, подвешенную к нити, действует сила тяжести, но гиря не движется, значит, работа силы тяжести равна нулю (рис. 2).
Работа равна нулю и в том случае, если тело движется по инерции, то есть на него не действуют силы. Тогда в формуле работы А = F· sсила равна нулю, следовательно, работа равна нулю.
Итак, механическая работа совершается только в том случае, если на тело действует сила, и тело под действием этой силы движется.
Рассмотрим решение задач на определение механической работы.
Задача 1. Буксирный катер тянет баржу с одного причала на другой, действуя с силой 5000 Н. Расстояние между причалами составляет 1000 м. Вычислить работу, совершаемую катером.
Запишем условие задачи: нам известна сила F = 5000 Н. Известно расстояние, на которое перемещается баржа: s =1000 м. Требуется найти работу.
Решение задач на вычисление механической работы будем проводить по определенной схеме.
1)Определим, какая сила воздействует на рассматриваемое тело. В этой задаче катер действует с силой 5000 Н на баржу, следовательно, работу совершает сила тяги катера.
2)Выделим участок движения, на котором действует сила: баржа перемещается от одного причала до другого на 1000 м.
3)Определим направления силы и движения: баржа движется в сторону действующей силы тяги, значит, работа, совершаемая силой тяги, положительная.
4) Запишем формулу работы и вычислим:
А = Fтяги · s = 5000 Н · 1000 м = 5000000 Н·м = 5000000 Дж = 5000 кДж.
Задача 2. Хоккеист ударил по шайбе с силой 100 Н. Шайба, пройдя по льду путь 20 м, влетела в ворота противника. Найти механическую работу, совершенную хоккеистом.
Условие задачи: сила F = 100 Н, путь s = 20 м. Найти работу А.
Рассмотрим решение по схеме.
1. Определим, какая сила воздействует на рассматриваемое тело: хоккеист ударил по шайбе с силой 100 Н.
2. Выделим участок движения, на котором действует сила: сила хоккеиста действует только на том участке, где лежала шайба в момент удара, дальше сила удара не действует, шайба движется по инерции.
Так как путь, пройденный шайбой в момент удара, равен нулю, то мы можем сделать вывод, что работа, совершенная силой удара, равна нулю.
Итак, при решении задач на расчет механической работы нужно установить, какая сила совершает работу, какой путь проходит тело под действием этой силы, определить направление действующей силы и направление движения.
Механическая работ – это скалярная физическая величина, равная произведению модуля силы на путь, пройденный телом вдоль направления этой силы.
Формула для вычисления работы: А = F · s
Единица измерения работы: 1 Дж = 1 Н · м
Механическая работа положительна, если направление силы совпадает с направлением движения.
Работа отрицательна, если направление силы противоположно направлению движения.
Работа равна нулю, если направление силы перпендикулярно направлению движения, или если тело движется по инерции, или перемещение тела под действием силы равно нулю.
Подпишись и будь
в курсе новых событий и новостей!
