Работа и направление
Выбери направление постоянной силы относительно перемещения и меняй значения. Смотри знак работы.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Вычисляется работа одной указанной силы. Остальные силы и изменение скорости тела не моделируются.
Сила и перемещение
Механическая работа характеризует действие силы при перемещении точки её приложения. Для постоянной силы, направленной вдоль перемещения, A = Fs.
Наличие силы само по себе недостаточно. При удержании неподвижной сумки её перемещение равно нулю, поэтому механическая работа силы руки над сумкой равна нулю. Организм при этом может тратить энергию.
Сумка неподвижна
Механическая работа над ней равна нулю
Сумка поднимается
Сила руки совершает положительную работу
Для механической работы нужны сила и соответствующее перемещение.
Нулевая работа над сумкой означает, что человек не устал?
Нет. Работа в механике и физиологические затраты энергии — разные способы описания ситуации.
Направление определяет знак
Если сила направлена по перемещению, работа положительна: A = Fs. Если против перемещения, A = −Fs. Если перпендикулярно, работа этой силы равна нулю.
Трение скольжения неподвижной опоры обычно совершает отрицательную работу над скользящим телом. При горизонтальном переносе без изменения высоты сила тяжести совершает нулевую работу.
| Направление силы к перемещению | Работа |
|---|---|
| Совпадает | Положительная, Fs |
| Противоположно | Отрицательная, −Fs |
| Перпендикулярно | Нулевая |
Знак работы зависит от направления силы относительно перемещения.
Может ли тело двигаться, а работа одной силы быть нулевой?
Да. Например, при горизонтальном перемещении работа вертикальной силы тяжести равна нулю.
Контейнерный терминал Роттердама
Подъём груза связывает силу, перемещение и механическую работу.
VileGecko · CC BY-SA 3.0 · Источник фотографии.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Плотина Фостер и водохранилище
Движение воды позволяет совершать работу за счёт уменьшения её потенциальной энергии.
U.S. Army Corps of Engineers · Общественное достояние · Источник фотографии.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Джоуль
Единица работы — джоуль: 1 Дж = 1 Н · м. При силе 20 Н вдоль перемещения 3 м работа равна 60 Дж. 1 кДж = 1000 Дж.
Если сила меняется по пути, простую формулу с одним произвольным значением силы применять нельзя. В этом курсе для расчёта явно выбирают постоянную силу и подходящее направление.
Дано
F = 20 Н; s = 3 м
Условие
Сила постоянна и направлена по движению
Расчёт
A = 20 · 3 = 60 Дж
Работа измеряется в джоулях; 1 Дж = 1 Н·м.
Можно ли всегда заменить F силой тяжести?
Нет. Работа рассчитывается для конкретно названной силы: руки, тяжести, трения или равнодействующей.
Работа отдельной силы
При равномерном подъёме груза рука совершает положительную работу, а тяжесть — отрицательную. Их сумма равна нулю, если изменение кинетической энергии отсутствует.
Следовательно, положительная работа одной силы не обязательно означает разгон: другая сила может совершать такую же по модулю отрицательную работу. Сначала уточняют, работа какой силы требуется.
Подъём на h без разгона
Aруки = +mgh
Тяжесть при подъёме
Aтяж = −mgh
Сумма работ
0
Работы разных сил рассматривают отдельно, а затем при необходимости складывают.
Что происходит с работой тяжести при спуске?
При перемещении вниз тяжесть направлена по перемещению и совершает положительную работу.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 7 класс», § 36. Тема и содержание сверены с файлом «7 класс. Физика — § 36. Единицы работы.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.