Механическая работа. Единицы работы

В обыденной жизни словом «работа» мы называем всякий полезный труд рабочего, инженера, ученого, учащегося.

Понятие работы в физике несколько иное — это определенная физическая величина, для измерения которой служат специальные единицы. В физике изучают, прежде всего, механическую работу.

Рассмотрим примеры механической работы. При подъеме камня руками механическая работа совершается мускульной силой рук. 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.

Механическая работа совершается и в том случае, когда сила, действуя на тело (например, сила трения), уменьшает скорость его движения. Из этих примеров видно, что механическая работа совершается, когда тело движется под действием силы.

На неподвижный груз, висящий на веревке, действует сила тяжести, но груз не перемещается, поэтому механическая работа в этом случае не совершается. Желая передвинуть шкаф, мы с силой на него надавливаем, но если он при этом в движение не приходит, то механической работы мы не совершаем. Если есть сила, а нет перемещения, то нет и работы.

Можно мысленно представить себе случай, когда тело движется без участия сил (по инерции), в этом случае механическая работа также не совершается. Без действия на тело силы не может быть и работы. Итак, механическая работа совершается тогда, когда на тело действует сила, и оно движется.

В дальнейшем, говоря о механической работе, мы будем кратко называть ее одним словом — работа. Очень важно уметь рассчитывать работу. Нетрудно понять, что совершенная работа зависит от силы и от длины пути.

Допустим, что мы подняли груз массой 1 кг на высоту 1 м. Для этого нам пришлось приложить силу 9,8 Н. Мы совершили при этом определенную работу. Чтобы поднять на ту же высоту груз массой 5 кг, мы должны приложить силу, в 5 раз большую. Совершенная работа в этом случае также будет в 5 раз больше. Ведь работу по поднятию груза массой 5 кг на высоту 1 м можно рассматривать как работу по поднятию груза массой 1 кг на высоту 1 м, повторенную 5 раз.

Поднимем теперь груз массой 1 кг не на 1 м, а, например, на 3 м. Работа на протяжении первого, второго и третьего метров, очевидно, будет одинакова. Поэтому работа, совершенная по поднятию груза на 3 м, будет в 3 раза больше работы, совершаемой по поднятию его на 1 м.

Рассмотренные примеры показывают, что механическая работа прямо пропорциональна силе и прямо пропорциональна длине пути. Поэтому условились измерять механическую работу произведением силы на путь, пройденный по направлению силы:

работа = сила X путь, или A = Fs,

где A — работа, F — сила и s — пройденный путь.

За единицу работы принимают работу, совершаемую силой в 1 Н, на пути, равном 1 м. Единицу работы называют джоулем (обозначается Дж), в честь английского ученого Джоуля, который провел важные для науки опыты по измерению работы.

1 джоуль = 1 ньютон X 1 метр, или 1 Дж = 1 Н*м.

1000 Дж = 1 кДж

Пример 1. Трактор при пахоте тянет плуг с силой 10 000 Н. Какая работа совершается при этом на пути 200 м?

Пример 2. Подсчитать работу, совершаемую при подъеме гранитной плиты объемом 0,5 м3 на высоту 20 м. Плотность гранита 2500 кг/м3.

Итак,

Вопросы.

1. Какие два условия необходимы для совершения механической работы?
2. От каких двух величин зависит совершенная работа?
3. Что принимают за единицу работы?
4. Дайте определение единицы работы 1 Дж.

Упражнения.

1. В каких из нижеперечисленных случаях совершается механическая работа: мальчик влезает на дерево; девочка играет на пианино; человек стоит с мешком зерна на спине; рабочий подпирает плечом дверь; вода давит на стенку сосуда?
2. Можно ли назвать возню мартышки с чурбаном из басни Крылова «Обезьяна» механической работой? трудом? Ответ обоснуйте.
3. По гладкому горизонтальному льду катится стальной шарик, Допустим, что сопротивление движению шарика (трение о лед, сопротивление воздуха) отсутствует. Совершается ли при этом работа?
4. При помощи подъемного крана подняли груз массой 2500 кг на высоту 12 м. Какая работа при этом совершена?
5. Какая работа совершается при подъеме гидравлического молота массой 20 т на высоту 120 см?
6. Электровоз равномерно движет состав массой 3000 т по горизонтальному пути длиной 5 км. Определите работу, совершенную на этом участке пути, если сила трения составляет 0,003 от веса состава.

Задания.

1. Подсчитайте 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 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,