Механічна робота і потужність сили
Закон збереження енергії – фундаментальний закон природи, дозволяє описувати більшість відбуваються явищ.
Опис руху тіл також можливо за допомогою таких понять динаміки, як робота і енергія.
Згадайте, що таке робота і потужність у фізиці.
Чи збігаються ці поняття з побутовими уявленнями про них?
Чи здійснює вчитель фізики механічну роботу під час уроку? Якщо так, то в яких випадках?
Поспостерігайте за роботою швейної або пральної машини і знайдіть у ній пристрій, що заміняє ручну працю.
Всі наші щоденні дії зводяться до того, що ми за допомогою м’язів або наводимо в рух навколишні тіла і підтримуємо цей рух, або ж зупиняємо рухомі тіла.
Цими тілами є знаряддя праці (молоток, ручка, пила), в іграх – м’ячі, шайби, шахові фігури. На виробництві і в сільському господарстві люди також приводять в рух знаряддя праці.
Застосування машин у багато разів збільшує продуктивність праці завдяки використанню в них двигунів.
Призначення будь-якого двигуна в тому, щоб приводити тіла в рух і підтримувати цей рух, незважаючи на гальмування як звичайним тертям, так і “робочим” опором (різець повинен не просто ковзати по металу, а, врізаючись в нього, знімати стружку; плуг повинен розпушувати землю і т. д.). При цьому на рухоме тіло повинна діяти з боку двигуна сила.
Робота здійснюється в природі завжди, коли на яке-небудь тіло в напрямку його руху або проти нього діє сила (або декілька сил) з боку іншого тіла (інших тіл).
Сила тяжіння здійснює роботу при падінні крапель дощу або каменю з обриву. Одночасно здійснює роботу і сила опору, що діє на падаючі краплі або на камінь з боку повітря. Здійснює роботу і сила пружності, коли розпрямляється зігнуте вітром дерево.
Визначення роботи. Другий закон Ньютона в імпульсній формі Δ = Δt дозволяє визначити, як змінюється швидкість тіла по модулю і напрямку, якщо на нього протягом часу Δt діє сила.
Запам’ятай
Впливу на тіла сил, що призводять до зміни модуля їх швидкості, характеризуються величиною, залежною як від сил, так і від переміщень тел. Цю величину в механіці і називають роботою сили.
Роботу можна розглядати як добуток проекції сили на модуль переміщення
Зміна швидкості по модулю можливо лише в тому випадку, коли проекція сили Fr на напрям переміщення тіла відмінна від нуля. Саме ця проекція визначає дію сили, изменяющей швидкість тіла по модулю. Вона здійснює роботу. Тому роботу можна розглядати як добуток проекції сили Fr на модуль переміщення | Δ | (рис. 5.1):
А = Fr | Δ |. (5.1)
Якщо кут між силою і переміщенням позначити через α, то Fr = Fcosα. Отже, робота дорівнює:
А = | Δ | cosα. (5.2)
Наше побутове уявлення про роботу відрізняється від визначення роботи у фізиці. Ви тримаєте важкий чемодан, і вам здається, що ви здійснюєте роботу. Однак з точки зору Ізіко ваша робота дорівнює нулю.
Важливо
Робота постійної сили дорівнює добутку модулів сили і переміщення точки прикладання сили і косинуса кута між ними.
У загальному випадку при русі твердого тіла переміщення його різних точок різні, але при визначенні роботи сили ми під Δ розуміємо переміщення її точки докладання. При поступальному русі твердого тіла переміщення всіх його точок збігається з переміщенням точки прикладання сили.
Робота, на відміну від сили і переміщення, є не векторної, а скалярною величиною. Вона може бути позитивною, негативною або рівною нулю.
Знак роботи визначається знаком косинуса кута між силою і переміщенням. Якщо α <90 °, то А> 0, так як косинус гострих кутів позитивний. При α> 90 ° робота негативна, так як косинус тупих кутів від’ємний. При α = 90 ° (сила перпендикулярна переміщенню) робота не звершується.
Якщо на тіло діє декілька сил, то проекція рівнодіючої сили на переміщення дорівнює сумі проекцій окремих сил:
Fr = F1r + F2r + ….
Тому для роботи рівнодіючої сили отримуємо
А = F1r | Δ | + F2r | Δ | + … = А1 + А2 + …. (5.3)
Важливо
Якщо на тіло діє декілька сил, то повна робота (алгебраїчна сума робіт всіх сил) дорівнює роботі рівнодіючої сили.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)