Работа

Работа

«…Работа — это моя жизненная функция.

Когда я не работаю, то не ощущаю

в себе никакой жизни…»

Марк Твен

В этой теме речь пойдет о «механической работе».

В повседневной жизни слово «работа» употребляется в различных смыслах. Например, написав домашнее сочинение или решив трудные задачи по физике, ученик чувствует усталость и с гордостью за самого себя говорит: «Сегодня я сделал такую большую работу!». Но, с точки зрения физики, никакой работы ученик не совершили. Так что же такое работа?

Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо вспомнить некоторые определения и понятия, которые изучались ранее. В одной из прошлых тем говорилось о том, что количественной характеристикой меры взаимодействия тел является сила. Под действием силы, тело может либо изменить свою скорость, либо деформироваться. А результат действия силы на тело зависит от ее модуля, направления и точки приложения.

Для того чтобы оценить то, что совершила сила, действуя на движущееся тело, в физике вводится понятие «работа».

Посмотрим внимательно на рисунки. Есть ли что-то общее в результатах действия сил у всех тел, изображенных на рисунке? Действующие сила тяжести, сила давления пороховых газов и сила тяги вызывают увеличение скорости тела.

Но сила, действующая на движущееся тело, может и уменьшать его скорость. Например, если мы подбросим вверх мячик, то сила тяжести будет уменьшать скорость его движения. Или, например, сила трения также уменьшает скорость движения автомобиля, при его торможении.

Так вот, в тех случаях, когда сила изменяет значение скорости движения тела, говорят, что сила совершает механическую работу. Работа является физической величиной.

По какой формуле можно рассчитать работу? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим разгон любого транспортного средства, например, велосипеда, автомобиля или ракеты. Во всех случаях изменение скорости тел, а значит, и работа, совершаемая при разгоне, зависит от значения действующей силы (в нашем случае силы, разгоняющей транспортное средство) и от пройденного пути. Чем больше сила и путь, тем большая совершается работа.

Таким образом, механическую работу – физическая величина, пропорциональная действующей на тело силе и пройденному под действием этой силы пути.

Обозначается работа большой латинской буквой «А». Тогда, если направление действия силы совпадает с направлением движения тела, то работа равна произведению силы и пройденного под действием этой силы пути.

A = Fs

Единицей работы в СИ является 1 джоуль (Дж). Названа она в честь известного английского физика Джеймса Прескотта Джоуля.

1 джоуль — это работа, которую совершает сила 1 Н на пути 1 м.

Для измерения большой работы используются кратные джоулю единицы:

1 кДж = 1000 Дж;

1 МДж = 1000000 Дж.

В случае малой работы применяются дольные единицы:

1 мДж = 0,001 Дж;

и 1 мкДж = 0,000001 Дж.

Из формулы для работы видно, что, если есть силы, но нет движения, то нет и работы.

Известно, что приложенная к движущемуся телу сила не всегда увеличивает скорость его движения. Так, при подъеме вверх брошенного мяча сила тя­жести замедляет скорость его движения. Аналогично при спуске санок с горы — сила трения уменьшает скорость движения санок на горизонтальном участке пути. Поэтому, работу силы тяжести или трения, выполненную в этих и других подобных случаях, считают отрицательной. Если же направление силы, действующей на тело, перпендикулярно направлению движения тела, то эта сила работы не совершает, т.е. работа этой силы равна нулю.

Упражнения.

Задача 1. Требуется определить, какую работу совершает сила в 3 кН, разгоняющая тело на пути в 40 см?

Задача 2. При вертикальном подъеме ракеты массой 100 кг на некоторую высоту силой тяги, равной 1,5 кН, была совершена работа в 150 кДж. Определите, на какую высоту поднялась ракета? Какую работу совершили за это время сила тяжести и равнодействующая сил, приложенных к ракете. Изменением массы ракеты можно пренебречь.

Задача 3. Подъемный кран равномерно поднимает с земли мешки с цемен­том общей массой 500 кг на один из этажей строящегося зда­ния. Сила упругости троса при этом совершает работу в 100000 Дж. Определите, на какой этаж был поднят цемент, если высота одного этажа составляет 4 метра. Чему равна работа равнодействующей сил, прило­женных к мешкам?

Основные выводы:

– Механическая работа — это физическая величина, пропорциональная приложенной к телу силе и пройденному телом пути.

– Единица работы в СИ — джоуль.

– 1 джоуль — эта работа, совершаемая силой 1 Н на пути, равном 1 м.

– механическая работа характеризует результат действия на тело силы на пройденном им пути.

– При отсутствии движения тела силы, действующие на тело, не совершают работы.