Работа

Определение работы в физике

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Механическая работа – это физическая величина, численно равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения, которое совершает тело под действием этой силы, и на косинус угла между направлением силы и направлением движения тела:

$A=F\cdot s\cdot \cos\alpha$

Единицей измерения работы в системе СИ является Джоуль.

Работа характеризует результат действия силы. В физике работа совершается тогда, когда на тело действует сила и тело движется. Например, падающий камень совершает работу, а человек, который безуспешно пытается сдвинуть с места тяжелый предмет, – нет.

Если направление действия силы и направление движения тела совпадают, сила совершает положительную работу, в противном случае – работа силы отрицательна.

Если сила перпендикулярна направлению движения тела, работа этой силы равна нулю.

Понятие работы имеет в физике очень большое значение. Работа является той мерой, с помощью которой можно охарактеризовать сложные процессы превращения механического движения тела в другие формы движения материи, например, превращение механического движения тел в тепловое движение молекул при работе сил трения.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Сила 400 Н направлена под углом ${30}^\circ$ к направлению движения тела. Определить работу этой силы, если тело прошло расстояние 5 м.

Решение

Выполним рисунок.

Механическая работа определяется формулой:

$A=F\cdot s\cdot \cos\alpha$

$A=400\cdot 5\cdot \cos{30}^\circ=1700$ Дж $=1,7$ кДж

Ответ

Работа силы 1,7 кДж.

ПРИМЕР 2

Задание

Тело массой 1 кг было поднято на высоту 10 м. Определить работу силы тяжести.

Решение

При подъеме тела сила тяжести совершает отрицательную работу.

Работа определяется формулой:

$A=F\cdot s\cdot \cos\alpha$

Так как сила тяжести направлена противоположно движению тела, угол $\alpha ={180}^\circ$ и $\cos\alpha =-1$ . Также сила $F=mg$ , перемещение $s=h$ .

С учетом этого работа:

$A=-mgh$

Ускорение свободного падения $9,8$ м/с $^{2}$ .

Вычислим: $A=-1\cdot 9,8\cdot 10=-98\ Дж$ .

Ответ

Работа силы тяжести -98 Дж.

ПРИМЕР 3

Задание

Вертолет массой 6 т за 2,5 мин набрал высоту 2250 м. Определить работу двигателя за это время, считая движение вертолета равноускоренным. Сопротивлением воздуха пренебречь.

Решение

Работа двигателя:

$A=Fh$