Если вы толкаете книгу по столу, пока она не сдвинется с места, вы совершаете работу над книгой. Когда предмет падает на поверхность Земли под действием силы притяжения гравитация Гравитационная сила Земли совершает работу над объектом. И наоборот, если вы толкаете объект изо всех сил, пока не вспотеете, но объект не двигается, вы не совершили над ним никакой работы. В повседневной жизни говорят, что вы совершили работу или усердно работали, толкая объект, но согласно физике, вы не совершили никакой работы над объектом, потому что объект не двигался (он не двигался).
Усилие Это может быть достигнуто с помощью постоянной силы (величина и направление силы всегда остаются неизменными) или переменной силы (величина и направление силы меняются). Примером силы с постоянной величиной и направлением является сила тяжести, действующая на объект вблизи поверхности Земли. Примером силы с постоянной величиной и направлением является сила пружины. Если вы растягиваете пружину, то чем сильнее вы ее растягиваете, тем сильнее вы ее тянете, поэтому величина силы не постоянна по мере растяжения пружины. Другой пример: когда ракета движется в космос, чем дальше она находится от поверхности Земли, тем меньше сила тяжести Земли, действующая на ракету.
1.1 Работа, совершаемая постоянной силой
Математически работа, совершаемая постоянной силой над объектом, равна произведению perpindahan Объект, на который действует сила или составляющая силы, направленная в том же направлении, что и перемещение объекта.
Работа, совершаемая толкающей силой (F):
W = (F)(s)(cos θ) = F s (cos 0) = F s (1) = F s
Работа, совершаемая компонентой силы F в горизонтальном направлении (F cos θ):
W = (F cos θ)(s)(cos 0) = (F cos θ)(s)(1) = F s cos θ
Работа, совершаемая силой кинетического трения (fk):
W = (fk cos θ)(s)(cos 180) = (fk )(s)(-1) = – fk s
Работа, совершаемая нормальной силой (Н):
W = (N)(s)(cos 90o) = (N)(s)(0) = 0
Работа, совершаемая силой тяжести (w):
W = (w)(s)(cos 90o) = (w)(s)(0) = 0
Описание: W = усилие или работа (Джоули), s = перемещение (метры), θ = угол, образованный силой с перемещением.
В предыдущем примере работа, выполненная гравитация (w) имеет значение, равное нулю, потому что направление силы тяжести перпендикулярно (образуя угол 90°).o) в направлении перемещения (направлении движения) объекта. Следует отметить, что работа, совершаемая силой тяжести, не равна нулю, если направление силы тяжести совпадает с направлением перемещения или противоположно ему.
Работа, совершаемая силой тяжести (w) над свободно падающим объектом на рисунке а, равна:
W = F s (cos θ) = wh (cos 0) = wh (1) = wh = mgh
Работа, совершаемая силой тяжести (w) над объектом, движущимся вертикально вверх (рисунок b), равна:
W = F s (cos θ) = wh (cos 180) = wh (-1) = -wh = -mgh
Описание: w = вес (Ньютон), h = высота (метры), m = масса (кг), g = ускорение свободного падения (метры в секунду в квадрате).
Исходя из приведенного выше объяснения, можно сделать следующие выводы:
первыйЕсли объект не перемещается, то сила, действующая на перемещение, не совершает работы. Если s = 0, то W = 0.
второйЕсли сила образует определенный угол с перемещением объекта, то работу над объектом совершает только составляющая силы, направленная в сторону перемещения объекта.
третийСила, перпендикулярная перемещению объекта, не совершает над ним никакой работы. Если сила перпендикулярна перемещению, образованный угол равен 90°.o. Cos 90o = 0.
четвертыйСила может быть положительной или отрицательной. Если сила направлена в ту же сторону, что и перемещение объекта, то образованный угол равен 0.o Тогда сила совершает положительную работу; наоборот, если сила направлена в противоположную сторону перемещению, то образованный угол равен 180 градусам.o В этом случае сила совершает отрицательную работу над объектом.
Работа, совершаемая постоянной силой над объектом при перемещении объекта, равна заштрихованной области на графике зависимости силы (F) от перемещения (s).
Обозначение работы — W (заглавная буква), а обозначение веса — w (строчная буква). Единицей измерения работы в международной системе единиц является ньютон-метр (Н·м). Другое название ньютон-метра — джоуль, сокращенно J, названный в честь британского физика XIX века Джеймса Прескотта Джоуля.
1.2. Работа, совершаемая непостоянной силой
Примером переменной силы является сила пружины. Величина силы пружины постоянно меняется, поэтому работу, совершаемую силой пружины над объектом, нельзя рассчитать по формуле для работы, совершаемой постоянной силой.
Если пружина растянута, то чем длиннее пружина, тем больше требуемая сила. И наоборот, чем больше давление, тем короче сила, когда пружина растянута, тем больше требуемая сила. Пока пружина находится в натянутом или растянутом состоянии, сила пружины изменяется от 0 (x = 0) до максимального значения (F = kx), поэтому сила пружины рассчитывается с использованием среднего значения. Средняя сила пружины равна:
F = ½ (0 + kx) = ½ kx
Работа, совершаемая силой пружины над объектом, равна:
W = F x = ½ kx2
Описание: W = работа (в джоулях), x = увеличение длины пружины (в метрах), F = сила пружины (в Ньютонах).
2. Результирующая работа или полная работа (работа, совершаемая суммарной силой)
Если на объект во время его перемещения действует только одна сила, то работа, совершаемая этой суммарной силой, равна работе, совершаемой данной силой. Например, когда объект находится в свободном падении и сопротивление воздуха игнорируется, единственной силой, действующей на объект, является гравитация.
W = Wгравитация
Если на движущийся объект действуют несколько сил, то работа, совершаемая суммарной силой, равна сумме работ, совершаемых всеми силами, действующими на объект.
Вт = Вт1 + W2 + W3 + … + Втn
Работу, совершаемую несколькими силами, действующими на объект, также можно рассчитать, сначала определив величину суммарной силы, а затем умножив ее на величину перемещения.
W = (Результирующая сила)(смещение) = (Результирующая сила F)(s)
