Робота у фізиці - це що таке?

Опубликованно 03.05.2019 03:35

Робота у фізиці — це величина, яку знаходять шляхом множення модуля сили, перемещающей тіло, на відстань, на яку воно зрушилося. У статті ми докладно розглянемо ситуації, коли тіло переміщається і залишається нерухомим. Дізнаємося формулу роботи та одиниці її вимірювання. Сили, діючі на тіло

Уявімо собі, що у нас є нитка, на яку підвішене тіло. З боку нитки на нього діє сила пружності нитки, позначимо її F. Тіло нерухомо, припустимо, ми прикріпили нитку до штативу. Потрібно щось робити, щоб це стан зберігалося як завгодно довго? Немає. Хоча на тіло діє сила, воно не рухається.

Робота у фізиці — це що таке? Перш ніж відповісти на це питання, розглянемо ситуацію. Припустимо, що тіло рухається, але на нього не діють ніякі сили. Наприклад, якщо це куля в далекому космічному просторі, далеко від всіх зірок і галактик. Тоді сила тяжіння буде дуже мала. Зобразимо схему.

Тіло перемістилося на деяку відстань s, але сила при цьому відсутня (F=0). Необхідно робити які-небудь дії для того, щоб тіло продовжувало рухатися? Немає. Цей стан може зберігатися як завгодно довго. Це рівномірний прямолінійний рух при відсутності сил, діючих на тіло. Сила, що виробляє механічну роботу

А тепер принципово інша ситуація. Ми будемо піднімати той же куля. На нього діє сила, вона прикладена до тіла з боку мотузки. Величину переміщення кулі позначимо літерою s, а силу — F. Буде куля сам підніматися? Ні, щось його піднімати. Наприклад, де-то повинен працювати електродвигун. Але для того, щоб він працював, з греблі повинна падати вода, яка призводить до обертання турбіни, до якої підключений генератор. По лінії електропередач енергія повинна передаватися в двигун, а він — працювати і піднімати вантаж. Тобто переміщення не може реалізовуватися сама по собі.

Фізики кажуть, що в перших двох випадках сила не виконує ніякої механічної роботи. У третьому випадку робота виконується. Чим вона проводиться? Силою F. У фізиці робота — це величина. А раз так, то вона може змінюватися в більшу і меншу сторону. Неважко здогадатися, що якщо збільшити силу і переміщати тіло на те саме відстань, то робота цієї сили буде більше. Як можна збільшити силу? Наприклад, взяти кулю в два рази важче. Тоді робота збільшиться вдвічі. Отже, робота сили пропорційна величині сили. Це закон. Формула механічної роботи

Уявімо, що нам потрібно підняти все той же куля не на 50 см, а на 100 див. Необхідно зробити роботу, щоб підняти його спочатку на першу половину дистанції, а потім на другу. Всякий раз буде відбуватися однакова робота, але спільна робота буде в два рази більше. Значить, робота прямо пропорційна відстані переміщення тіла. Тому фізики домовилися визначити величину F*s буквою А і назвати її роботою сили. Вираз F*s якраз і буде прямо пропорційно силі і переміщення тіла.

A=F*s — це формула роботи у фізиці. A — шукана величина сили, прикладеної до тіла, а s — шлях, пройдений тілом. Проте бувають ситуації, коли сила прикладена до тіла, а воно не переміщається. У нашому третьому випадку тіло переміщається в тому ж напрямку, в якому прикладена сила. Тому точніше буде сказати, що s — це переміщення тіла у напрямку дії сили. Сформулюємо визначення: робота у фізиці — це величина, що дорівнює добутку модуля сили на переміщення тіла у напрямку дії сили. Одиниці виміру

Подивимося на визначальну формулу A=F*s. [А]=Н*м=Дж. Н — це ньютони, Дж — джоуль. Як зрозуміти, що з себе представляє 1 джоуль? Намалюємо схему, на якій зобразимо силу, здійснюючу роботу в один джоуль.

На малюнку показано початкове і кінцеве положення тіла. Ми перемістили його на відстань 1 м. При переміщенні до тіла була прикладена сила в один ньютон. А=1 Н*1 м=1 Дж. Тобто один джоуль — це робота, чинена силою в один ньютон при переміщенні тіла, на відстані 1 м у напрямку дії сили.

Один джоуль — це невелика робота. Щоб підняти кілограмову гирю на 10 см, потрібно здійснити роботу в 1 джоуль. Щоб підняти її на метрову висоту, потрібно здійснити роботу в 10 джоулів. Якщо говорити про роботу підйомних кранів, то вони піднімають тонни на десятки метрів. Тому використовують і інші одиниці вимірювання роботи: килоджоули, мегаджоули і т. д. 1 кДж=1000 Дж, 1 МДж=10^6 Дж. Стрілку настінних годин призводить до руху мотор. Він здійснює роботу, набагато меншу, ніж один джоуль. Її вимірюють у милиджоулях. 1 мДж=0,001 Дж. Існують і микроджоули. 1 мкДж=1*10^-6 Дж.

Катерина

Категория: Новости