Теория:
Совершённая работа равна изменению энергии, потраченной на совершение работы.
Величину работы можно определить, вычитая из конечного значения энергии начальное значение энергии.
, где \(A\) — работа (Дж); \(E\) — энергия (Дж).
Работу, как и энергию, измеряют в джоулях (Дж).
Если энергия тела увеличивается, тогда общая совершённая работа является положительной.
Пример:
когда автомобиль начинает двигаться, его кинетическая энергия увеличивается. Значит, двигатель автомобиля совершает положительную работу.
Если энергия тела уменьшается, тогда общая совершённая работа является отрицательной.
Пример:
когда автомобиль свободно катится по горизонтальной поверхности, его скорость и кинетическая энергия уменьшаются. Значит, сила сопротивления совершает отрицательную работу.
В физике рассматривают физическую работу, которая связана с перемещением тел.
Если при прямолинейном движении на тело действует неизменная сила, направленная в сторону движения тела, тогда работа, произведённая приложенной силой, равна произведению величины силы на величину проделанного перемещения.
Если к телу приложена сила под вертикальным углом к направлению движения тела, как это показано на рисунке, тогда величина совершённой работы зависит от:
1) величины приложенной силы (\(F\)), которая совершает работу;
2) расстояния (\(l\)), на которое перемещается тело;
3) угла \(α\) между направлением действия силы и направлением движения тела.
Работа определяется по формуле: .
Рис. \(1\). Под углом
Обрати внимание!
Если сила направлена параллельно направлению перемещения, тогда угол \(α = 0\), а \(косинус\) угла \(α\) равен \(1\). В этом случае формула упрощается: .
Если проделанный путь является прямолинейным, тогда вместо пути \(l\) можно использовать перемещение (\(s\)).
В этом случае формула для расчёта работы приобретает такой вид: .
На трёх рисунках изображены случаи, когда направление силы и направление движения тела совпадают.
1. Действие силы и направление движения тела направлены горизонтально. Например, автомобиль едет по прямому пути, и сила тяги автомобиля приложена в том же направлении.
Рис. \(2\). Параллельно
2. Действие силы и направление движения тела направлены под одинаковым углом наклона по отношению к горизонту. Например, автомобиль едет в гору.
Рис.\(3\). Движение «в гору»
3. Действие силы и направление движения тела направлены вертикально. Например, груз поднимается вверх, и сила упругости троса тоже направлена вверх. В этом случае величину совершённой работы можно рассчитать также по формуле , где:
(\(m\)) — масса тела, (\(g\)) — ускорение свободного падения,
(\(h\)) — высота подъёма тела над поверхностью земли.
Рис. \(4\). Движение вверх
Обрати внимание!
Если направление действия силы противоположно направлению движения, тогда совершаемая этой силой работа отрицательна.
Работа отрицательна, так как функция \(косинус\) в интервале значений угла \(90\)–\(180°\) является отрицательной.
Таким образом, любая работа, совершённая силой трения или сопротивления, является отрицательной.
Пример:
когда автомобиль едет с равномерной скоростью по прямой дороге, как это показано на рисунке, работа силы тяги автомобиля является положительной, а работа силы сопротивления равна по величине, но является отрицательной. В результате этого кинетическая и потенциальная энергия автомобиля остаются неизменными.
Если сила направлена прямо противоположно направлению движения, тогда работу вычисляют по формуле: .
Рис. \(5\). Автомобиль
Источники:
Рис. 1. Под углом. © ЯКласс.
Рис. 2. Параллельно. © ЯКласс.
Рис. 3. Движение «в гору». © ЯКласс.
Рис. 4. Движение вверх. © ЯКласс.
Рис. 5. Автомобиль. © ЯКласс.