в обыденной жизни под понятием "работа" мы понимаем всё.
В физике понятие работа несколько иное. Это определенная физическая величина, а значит, ее можно измерить. В физике изучается прежде всего механическая работа.
Рассмотрим примеры механической работы.
Поезд движется под действием силы тяги электровоза, при этом совершается механическая работа. При выстреле из ружья сила давления пороховых газов совершает работу - перемещает пулю вдоль ствола, скорость пули при этом увеличивается.
Из этих примеров видно, что механическая работа совершается, когда тело движется под действием силы. Механическая работа совершается и в том случае, когда сила, действуя на тело (например, сила трения), уменьшает скорость его движения.
Желая передвинуть шкаф, мы с силой на него надавливаем, но если он при этом в движение не приходит, то механической работы мы не совершаем. Можно представить себе случай, когда тело движется без участия сил (по инерции), в этом случае механическая работа также не совершается.
Итак, механическая работа совершается, только когда на тело действует сила, и оно движется.
Нетрудно понять, что чем большая сила действует на тело и чем длиннее путь, который проходит тело под действием этой силы, тем большая совершается работа.
Механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и прямо пропорциональна пройденному пути.
Поэтому, условились измерять механическую работу произведением силы на путь, пройденный по этому направлению этой силы:
работа = сила × путь
или
A = Fs,
где А - работа, F - сила и s - пройденный путь.
За единицу работы принимается работа, совершаемая силой в 1Н, на пути, равном 1 м.
Единица работы - джоуль (Дж) названа в честь английского ученого Джоуля. Таким образом,
1 Дж = 1Н · м.
Используется также килоджоули (кДж) .
1 кДж = 1000 Дж.
Формула А = Fs применима в том случае, когда сила F постоянна и совпадает с направлением движения тела.
Если направление силы совпадает с направлением движения тела, то данная сила совершает положительную работу.
Если же движение тела происходит в направлении, противоположном направлению приложенной силы, например, силы трения скольжения, то данная сила совершает отрицательную работу.
A = -Fs.
Если направление силы, действующей на тело, перпендикулярно направлению движения, то эта сила работы не совершает, работа равна нулю:
A = 0.
В дальнейшем, говоря о механической работе, мы будем кратко называть ее одним словом - работа.
Пример. Вычислите работу, совершаемую при подъеме гранитной плиты объемом 0,5 м3 на высоту 20 м. Плотность гранита 2500 кг/м3.
Запишем условие задачи, и решим ее.
Дано:
V = 0,5 м3
ρ = 2500 кг/м3
h = 20 м
A = Fs,
где F -сила, которую нужно приложить, чтобы равномерно поднимать плиту вверх. Эта сила по модулю равна силе тяж Fтяж, действующей на плиту, т. е. F = Fтяж. А силу тяжести можно определить по массе плиты: Fтяж = gm. Массу плиты вычислим, зная ее объем и плотность гранита: m = ρV; s = h, т. е. путь равен высоте подъема.
Итак, m = 2500 кг/м3 · 0,5 м3 = 1250 кг.
F = 9,8 Н/кг · 1250 кг ≈ 12 250 Н.
A = 12 250 Н · 20 м = 245 000 Дж = 245 кДж.
А - ?
ответ: А =245 кДж.
Действуя на длинное плечо рычага, мы выигрываем в силе, но при этом во столько же проигрываем в пути.
A₁=F₁S₁, A₂=F₂S₂
F₁>F₂, S₁>S₂
S₁/S₂ = F₂/F₁
F₁S₁=F₂S₂
A₁=A₂, из чего следует, что рычаг не даёт выигрыша в работе.
2. Неподвижный блок.
S₁=S₂, F₁=F₂
A₁=F₁S₁, A₂=F₂S₂
A₁=A₂, из чего следует, что неподвижный блок не даёт выигрыша в работе.
3. Подвижный блок.
S₁=h, S₂=2h
F₁=P, F₂=P/2
A₁=Ph, A₂=P/2 * 2h = Ph
A₁=A₂, из чего следует, что подвижный блок не даёт выигрыша в работе.
Простые механизмы не дают выигрыша в работе.
Получая выигрыш в силе в 2 раза, проигрывают в 2 раза в пути.
"Золотое правило механики":
Во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии.