В обыденной жизни словом «работа» мы называем всякий полезный труд рабочего, инженера, учёного, учащегося.
Понятие работы в физике несколько иное. Это определённая физическая величина, а значит, её можно измерить. В физике изучают прежде всего механическую работу.
Рассмотрим примеры механической работы. Поезд движется под действием силы тяги электровоза, при этом совершается механическая работа. При выстреле из ружья сила давления пороховых газов совершает работу — перемещает пулю вдоль ствола, скорость пули при этом увеличивается.
Из этих примеров видно, что механическая работа совершается, когда тело движется под действием силы.
Механическая работа совершается и в том случае, когда сила, действуя на тело (например, сила трения), уменьшает скорость его движения. Желая передвинуть шкаф, мы с силой на него надавливаем, но если он при этом в движение не приходит, то механической работы мы не совершаем.
Можно представить себе случай, когда тело движется без участия сил (по инерции), в этом случае механическая работа также не совершается.
Итак, механическая работа совершается, только когда на тело действует сила и оно движется.
Нетрудно понять, что чем большая сила действует на тело и чем длиннее путь, который проходит тело под действием этой силы, тем большая совершается работа.
Механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и прямо пропорциональна пройденному пути:
работа = сила х путь
Поэтому условились измерять механическую работу произведением силы на путь, пройденный по направлению этой силы
A = Fs,
где А — работа, F — сила и s — пройденный путь.
За единицу работы принимают работу, совершаемую силой 1 Н, на пути, равном 1 м.
Единица работы — джоуль (Дж) названа в честь английского учёного Джоуля. Таким образом,
1 Дж = 1 Н · м.
Используются также и килоджоули (кДж).
1 кДж = 1000 Дж;
1 Дж = 0,001 кДж.
Формула А = Fs применима в том случае, когда сила F постоянна и совпадает с направлением движения тела.
Если направление силы совпадает с направлением движения тела, то данная сила совершает положительную работу.
Если же движение тела происходит в направлении, противоположном направлению приложенной силы, например силы трения скольжения, то данная сила совершает отрицательную работу.
А = – Fs.
Если направление силы, действующей на тело, перпендикулярно направлению движения, то эта сила работы не совершает, работа равна нулю:
А = 0.
В дальнейшем, говоря о механической работе, мы будем кратко называть её одним словом — работа.
Пример. Вычислите работу, совершаемую при подъёме гранитной плиты объёмом 0,5 м3 на высоту 20 м. Плотность гранита 2500 кг/м3. Запишем условие задачи и решим её.
Домашнее задание:
I. Учить § 55.
II. Ответить на вопросы:
1. Какие два условия необходимы для совершения механической работы?
2. От каких двух величин зависит совершённая работа?
3. Что принимают за единицу работы?
4. Дайте определение единицы работы 1 Дж. Какие ещё единицы работы вы знаете?
III. Решить упражнение 30.
1. В каких из нижеперечисленных случаев совершается механическая работа: мальчик влезает на дерево; девочка играет на пианино; вода давит на стенку сосуда; вода падает с плотины?
2. По гладкому горизонтальному льду катится стальной шарик. Допустим, что сопротивление движению шарика (трение о лёд, сопротивление воздуха) отсутствует. Совершается ли при этом работа?
3. При помощи подъёмного крана подняли груз массой 2500 кг на высоту 12 м. Какая работа при этом совершается?
4. Какая работа совершается при подъёме гидравлического молота массой 20 т на высоту 120 см?
IV. Выполнить задание на стр. 166 (по возможности)
1. Вычислите механическую работу, которую вы совершаете, равномерно поднимаясь с первого на второй этаж здания школы. Все необходимые данные получите сами, результат запишите в тетрадь.
2. Рассчитайте, какую механическую работу вы совершаете, равномерно проходя 1 км пути по горизонтальной дороге. Результаты запишите в тетрадь.
Указание. Человек, равномерно идя по ровному горизонтальному пути, совершает примерно 0,05 той работы, которая требовалась бы для поднятия этого человека на высоту, равную длине пути.