Постоянная сила
\(A=Fs\cos\alpha\); вдоль движения \(A=Fs\), против \(A=-Fs\).
Механическая работа. Единицы работы
Механическая работа связана с действием силы и перемещением тела. Когда постоянная сила направлена вдоль прямолинейного движения, работа равна произведению силы на путь: A = Fs. При той же силе больший путь означает большую работу; при том же пути работа растёт с силой. Например, подъём более тяжёлого камня или подъём того же камня выше требует большей работы.
Физическое значение отличается от бытового: человек может устать, пытаясь сдвинуть шкаф, но если шкаф неподвижен, работа приложенной к нему силы равна нулю. Она также равна нулю, если рассматриваемая сила отсутствует или всё время перпендикулярна движению. Так сила тяжести не совершает работы при строго горизонтальном перемещении.
Если сила направлена по движению, её работа положительна. Если она направлена против движения, работа отрицательна: A = −Fs. Пример — работа силы трения скольжения по неподвижной поверхности. Знак относится к работе конкретной силы, а не просто к тому, движется ли тело.
При действии нескольких сил рассматривают работу каждой и работу равнодействующей. При равномерном горизонтальном движении бруска работа тяги положительна, трения — отрицательна, а тяжести и реакции стола — нулевая. Тяга и трение компенсируются, поэтому работа равнодействующей равна нулю, хотя отдельные силы работу совершают.
Единица работы в СИ — джоуль, Дж, названный в честь Джеймса Джоуля. 1 Дж = 1 Н · м: работа силы 1 Н на пути 1 м в её направлении. Другие единицы: 1 мДж = 0,001 Дж; 1 кДж = 1000 Дж; 1 МДж = 1 000 000 Дж.
В примере кран равномерно поднимает груз массой 3 т = 3000 кг на 7 м. При g ≈ 10 Н/кг сила натяжения троса равна mg = 30 000 Н. Работа этой силы A = 30 000 · 7 = 210 000 Дж = 210 кДж. Работа тяжести при том же подъёме имеет противоположный знак.
Работа совершается и в организме: сердечная мышца перемещает кровь, мышцы двигают конечности и тело. В приведённой исторической оценке А. А. Ухтомского для человека массой 65 кг за двойной шаг на занос ноги приходится 2,8 Дж, на горизонтальное перемещение — 18,1 Дж, на вертикальное — 39,5 Дж; всего 60,4 Дж. Наибольшая часть здесь связана с вертикальным перемещением. Сравнение ходьбы и бега иллюстрирует зависимость работы мышц от способа движения; числа относятся к описанной оценке, а не к любому человеку и шагу.
Механическая работа постоянной силы вдоль движения \(A=Fs\); против движения \(A=-Fs\). Без перемещения или при перпендикулярной силе работа равна нулю. Единица СИ — джоуль: 1 Дж = 1 Н·м.
Когда совершается механическая работа?
Когда точка приложения силы перемещается и у силы есть составляющая вдоль перемещения. Одна сила может совершать работу, хотя результирующая всех сил и её работа равны нулю. Усталость человека при удержании неподвижного предмета сама по себе не означает работу внешней силы над этим предметом.
По какой формуле находят работу?
Для постоянной силы вдоль прямолинейного перемещения \(A=Fs\). В общем случае постоянной силы \(A=Fs\cos\alpha\), где \(\alpha\) — угол с перемещением. Для переменной силы работу суммируют по малым участкам; формула с одним произвольным F не подходит.
Когда работа равна нулю и когда отрицательна?
Нуль: нет перемещения, нет силы или сила перпендикулярна перемещению. При силе против движения \(A=-Fs\); более общо работа отрицательна при тупом угле между силой и перемещением. Пример — работа тяжести при подъёме.
Что принято за единицу работы в СИ?
Джоуль: \(1\,\text{Дж}=1\,\text{Н}\cdot1\,\text{м}\) при совпадении направлений постоянной силы и перемещения. 1 мДж=0,001 Дж; 1 кДж=1000 Дж; 1 МДж=1000000 Дж. Регистр приставки отличает милли- и мега-.
Выберите номер, чтобы открыть условие и пошаговое решение.
1 2 3 4Вопросы в тексте
Пример в тексте
Обсуждаем вместе
Задание 36
Это любопытно…: работа в организме
Задали работу по теме параграфа?
Реферат, доклад или проект по параграфу: план, текст, таблицы и оформление по требованиям.
ВНИМАНИЕ: Представленные фрагменты из учебных материалов используются исключительно в научно-образовательных целях в объеме, оправданном поставленной целью.
Данное использование осуществляется в рамках, установленных законодательством об авторском праве (в частности, нормами о свободном использовании произведения для образовательных целей).
В соответствии с законодательством, автор и источник заимствования указаны для каждого используемого фрагмента.