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.
Далее, когда мы будем говорить о механической работе, мы будем кратко называть ее одним словом – работа.
Свойства механической работы
- Формула $A = Fs$ применима только тогда, когда сила постоянна и совпадает с направлением движения тела.
- Положительная работа ($A>0$) – это работа, которая совершается, если направление силы совпадает с направлением движения тела.
- Отрицательная работа ($A<0$) – это работа, которая совершается, если движение тела происходит в противоположном направлении относительно направления приложенной силы (например, силы трения):
$$A = -F_{тр}s$$
- 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.
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: $A = 317.5 \space кДж$.
Хотите оставить комментарий?