Механическая работа. Единицы работы

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.

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):

$$A = -F_{тр}s$$

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

$$A = 0$$

{"questions":[{"content":"<b>Механическая работа</b> – это физическая величина, равная произведению силы, приложенной к телу, и пути, пройденным телом по направлению этой силы (его перемещению).<br />Работа обозначается буквой [[fill_choice-1]], сила обозначается буквой [[fill_choice-7]], пройденный путь обозначается буквой[[fill_choice-19]].","widgets":{"fill_choice-1":{"type":"fill_choice","options":["$F_s$","$A$","$F$","$V$"],"answer":1},"fill_choice-7":{"type":"fill_choice","options":["$A$","$F$","$V$","$s$"],"answer":1},"fill_choice-19":{"type":"fill_choice","options":["$t$","$H$","$s$","$A$"],"answer":2}}},{"content":"Соотнесите значение работы с направлением силы.[[matcher-137]]","widgets":{"matcher-137":{"type":"matcher","labels":["Положительная работа $(A>0)$","Отрицательная работа $(A<0)$","$A=0$"],"items":["работа, которая совершается, если направление силы совпадает с направлением движения тела","работа, которая совершается, если движение тела происходит в противоположном направлении относительно направления приложенной силы","работа не совершается, так как направление силы, действующей на тело, перпендикулярно направлению его движения"]}}}]}

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.

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

{"questions":[{"content":"Укажите, чему равен 1 джоуль.[[choice-48]]","widgets":{"choice-48":{"type":"choice","options":["$1 Дж = 1 Н \\cdot м$","$1 Дж = \\cfrac {1 Н }{м}$","$1 Дж = \\cfrac {км}{1 Н }$","$1 Дж = 1 Н \\cdot км$"],"answer":[0]}}}],"mix":1}

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