0 0 0
Личный кабинет Войти Регистрация
Уроки
Математика Алгебра Геометрия Физика Всеобщая история Русский язык Английский язык География Биология Обществознание
Тренажёры
Математика ЕГЭ Тренажёры для мозга

Механическая работа. Единицы работы

Содержание

    На данном уроке мы разберем понятие механической работы. Само слово «работа» в повседневной жизни мы привыкли воспринимать как некое полезное действие, физический труд, совершаемый фермером, грузчиком, продавцом и т.д.

    А с другой стороны, работой мы также называемый умственный труд ученых, учителей, представителей других профессий.

    Но какое значение имеет понятие работы в физике? От чего зависит эта новая для нас величина? В каких единицах измеряется? Давайте перейдем к изучению данных вопросов.

    Условия совершения механической работы

    В физике прежде всего изучают механическую работу. Давайте рассмотрим примеры.

    • В магазине мы поднимаем пакет с покупками с помощью силы наших мускул, при этом совершается механическая работа.
    • При выстреле из пистолета сила давления пороховых газов толкает пулю – это тоже пример механической работы.
    • Когда взлетает и летит ракета, сила давления сгорающих газов совершает механическую работу по ее перемещению.

    Из этих примеров видно, что механическая работа совершается, когда тело движется под действием какой-либо силы.

    Механическая работа также будет совершаться, если сила, которая действует на тело уменьшает скорость его движения. Например, при торможении автомобиля сила трения (тормозные колодки трутся о диск) совершает механическую работу, скорость автомобиля уменьшается.

    Будет ли совершаться механическая работа, если тело остается неподвижным? Вы упираетесь руками в шкаф, напрягаетесь, пытаетесь сдвинуть его с места, но шкаф так и остается в том же положении. В таком случае механическая работа не совершается. 

    А если на тело не действует никакая сила, и оно движется по инерции? В этом случае механическая работа тоже не совершается.

    Итак, мы получаем условие совершения механической работы:

    Механическая работа совершается только когда на тело действует сила и оно движется.

    Определение механической работы

    Вернемся к примеру с пакетом, полным покупок: чем большее расстояние вы будете нести пакет и чем большую вы приложите силу (если вы потащите пакет по полу, это будет намного легче, чем если вы понесете его в вытянутых вверх руках), тем большую механическую работу вы совершите. 

    Значит, механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и пройденному пути.

    Теперь мы можем дать определение (рисунок 1):

    Механическая работа – это физическая величина, равная произведению силы, приложенной к телу, и пути, пройденным телом по направлению этой силы (его перемещению):
    $A = Fs$,
    где $A$ – работа, $F$ – сила и $s$ – пройденный путь.

    Рисунок 1. Иллюстрация определения механической работы (когда мы тянем за веревку тележку с грузом (прикладываем силу), тележка начинает двигаться и проходит определённый путь)

    Далее, когда мы будем говорить о механической работе, мы будем кратко называть ее одним словом – работа.

    Свойства механической работы

    1. Формула $A = Fs$ применима только тогда, когда сила постоянна и совпадает с направлением движения тела.
    2. Положительная работа ($A>0$) – это работа, которая совершается, если направление силы совпадает с направлением движения тела.
    3. Отрицательная работа ($A<0$) – это работа, которая совершается, если движение тела происходит в противоположном направлении относительно направления приложенной силы (например, силы трения):

    $$A = -F_{тр}s$$

    1. Если направление силы, действующей на тело, перпендикулярно направлению его движения, то работа не совершается: 

    $$A = 0$$

    Единица измерения механической работы

    За единицу работы в системе СИ принимают джоуль ($Дж$).

    Один джоуль равен работе, которую совершает сила в 1 Н, на пути, равном 1 м:
    $1 Дж = 1 Н \cdot м$.

    Единица работы названа в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля.

    Джеймс Прескотт Джоуль (1818-1889).

    Также часто используются килоджоули (кДж):
    $1 кДж = 1000 Дж$,
    $1 Дж = 0,001 кДж$.

    Пример задачи на вычисление механической работы

    Вычислить работу, которая совершается при подъеме куска мрамора объемом $1,2 \space м^3$ на высоту $10 \space м$. Плотность мрамора: $\rho = 2700 \frac{кг}{м^3}$.

    Дано:
    $V = 1.2 \space м^3$
    $h = 10 \space м$
    $\rho = 2700 \frac{кг}{м^3}$

    $A — ?$

    Показать решение и ответ

    Скрыть

    Решение:
    По определению работы: $A = Fs$.

    Чтобы равномерно поднимать кусок мрамора вверх, нужно приложить такую силу $F$, чтобы по модулю она была равна силе тяжести $F_{тяж}$:
    $F = F_{тяж}$.

    Сила тяжести определяется по формуле:
    $F_{тяж} = mg$.

    Найдем массу:
    $m = \rho V = 2700 \frac{кг}{м^3} \cdot 1.2 \space м^3 = 3240 \space кг$

    Найдем силу:
    $F = F_{тяж} = 3240 кг \cdot 9.8 \frac{Н}{кг} \approx 31750 Н$

    Теперь можем рассчитать работу (в данном случае путь равен высоте подъема, то есть: $s = h$.
    $A = Fs = Fh = 31750 \space Н \cdot 10 \space м = 317500 \space Дж = 317.5 \space кДж$.

    Ответ: $A = 317.5 \space кДж$.

    5
    5
    5Количество опыта, полученного за урок

    Оценить урок

    Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

    Комментарии
    Получить ещё подсказку

    Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

    Верно! Посмотрите пошаговое решение