У повсякденному досвіді слово «робота» зустрічається дуже часто. Але слід розрізняти роботу фізіологічну та роботу з погляду науки фізики. Коли ви приходите з уроків, ви кажете: «Ой, як я стомився!». Це фізіологічна робота. Або, наприклад, робота колективу в народній казці «Ріпка».
Рис 1. Робота у повсякденному значенні слова
Ми ж говоритимемо тут про роботу з погляду фізики.
Механічна робота відбувається, якщо під дією сили відбувається переміщення тіла. Робота позначається латинською літерою А. Суворіше визначення роботи звучить так.
Роботою сили називається фізична величина, що дорівнює добутку величини сили на відстань, пройдену тілом у напрямку дії сили.
Рис 2. Робота – це фізична величина
Формула справедлива, коли на тіло діє постійна сила.
У міжнародній системі одиниць СІ робота вимірюється у джоулях.
Це означає, що якщо під дією сили в 1 ньютон тіло перемістилося на 1 метр, то цією силою виконана робота 1 джоуль.
Одиницю роботи названо на честь англійського вченого Джеймса Прескотта Джоуля.
Рис 3. Джеймс Прескотт Джоуль (1818 – 1889)
З формули для обчислення роботи випливає, що можливі три випадки, коли робота дорівнює нулю.
Перший випадок – коли на тіло діє сила, але тіло не переміщається. Наприклад, додому діє величезна сила тяжіння. Але вона не робить роботи, оскільки будинок нерухомий.
Другий випадок – коли тіло переміщається за інерцією, тобто на нього не діють жодні сили. Наприклад, космічний корабель рухається у міжгалактичному просторі.
Третій випадок – коли на тіло діє сила, перпендикулярна до напрямку руху тіла. У цьому випадку, хоч і тіло переміщається, і сила на нього діє, але немає переміщення тіла у напрямі дії сили.
Рис 4. Три випадки, коли робота дорівнює нулю
Слід також сказати, робота сили може бути негативною. Так буде, якщо рух тіла відбувається проти напряму дії сили. Наприклад, коли підйомний кран за допомогою троса піднімає вантаж над землею, робота сили тяжіння є негативною (а робота сили пружності троса, спрямована вгору, навпаки, позитивна).
Припустимо, при виконанні будівельних робіт котлован необхідно засипати піском. Екскаватору для цього знадобиться кілька хвилин, а робітнику за допомогою лопати довелося б працювати кілька годин. Але й екскаватор, і робітник при цьому виконали б ту саму роботу.
Рис 5. Одну і ту ж роботу можна виконати за різний час
Щоб охарактеризувати швидкість виконання у фізиці використовується величина, звана потужністю.
Потужністю називається фізична величина, що дорівнює відношенню роботи до часу її виконання.
Потужність позначається латинською літерою N.
Одиницею вимірювання потужності системи СІ є ват.
Один ват – це потужність, при якій робота в один джоуль відбувається за одну секунду.
Одиницю потужності названо на честь англійського вченого, винахідника парової машини Джеймса Уатта.
Рис 6. Джеймс Уатт (1736 – 1819)
Об'єднаємо формулу для обчислення роботи з формулою для обчислення потужності.
Згадаймо тепер, що відношення шляху, пройденого тілом, S, на час руху tявляє собою швидкість руху тіла v.
Таким чином, потужність дорівнює добутку чисельного значення сили на швидкість руху тіла у напрямку дії сили.
Цією формулою зручно користуватися під час вирішення завдань, у яких сила діє тіло, що рухається з відомою швидкістю.
Список літератури
- Лукашик В.І., Іванова О.В. Збірник завдань із фізики для 7-9 класів загальноосвітніх установ. - 17-те вид. - М: Просвітництво, 2004.
- Перишкін А.В. фізика. 7 кл. - 14-те вид., стереотип. - М: Дрофа, 2010.
- Перишкін А.В. Збірник завдань із фізики, 7-9 кл.: 5-те вид., стереотип. – М: Видавництво «Іспит», 2010.
- Інтернет-портал Physics.ru().
- Інтернет-портал Festival.1september.ru().
- Інтернет-портал Fizportal.ru().
- Інтернет-портал Elkin52.narod.ru().
Домашнє завдання
- У яких випадках робота дорівнює нулю?
- Як знаходиться робота на шляху, пройденому у напрямку дії сили? У протилежному напрямку?
- Яку роботу здійснює сила тертя, що діє на цеглу, при її переміщенні на 0,4 м? Сила тертя дорівнює 5 н.
Зверніть увагу, що у роботи та енергії однакові одиниці виміру. Це означає, що робота може переходити до енергії. Наприклад, для того, щоб тіло підняти на деяку висоту, тоді воно матиме потенційну енергію, необхідна сила, яка здійснить цю роботу. Робота сили з підняття перейде у потенційну енергію.
Правило визначення роботи за графіком залежності F(r):робота чисельно дорівнює площі фігури під графіком залежності сили переміщення.
Кут між вектором сили та переміщенням
1) Правильно визначаємо напрямок сили, яка виконує роботу; 2) Зображаємо вектор переміщення; 3) Переносимо вектора в одну точку, отримуємо кут, що шукається.
На малюнку на тіло діють сила тяжіння (mg), реакція опори (N), сила тертя (Fтр) та сила натягу мотузки F, під впливом якої тіло переміщує r.
Робота сили тяжіння
Робота реакції опори
Робота сили тертя
Робота сили натягу мотузки
Робота рівнодіючої сили
Роботу рівнодіючої сили можна знайти двома способами: 1 спосіб - як суму робіт (з урахуванням знаків "+" або "-") всіх сил, що діють на тіло, у нашому прикладі
2 спосіб - в першу чергу знайти рівнодіючу силу, потім безпосередньо її роботу, див.
Робота сили пружності
Для знаходження роботи, досконалої силою пружності, необхідно врахувати, що ця сила змінюється, оскільки залежить від подовження пружини. З закону Гука випливає, що при збільшенні абсолютного подовження сила збільшується.
Для розрахунку роботи сили пружності при переході пружини (тіла) з недеформованого стану до деформованого використовують формулу
Потужність
Скалярна величина, яка характеризує швидкість виконання роботи (можна провести аналогію з прискоренням, яке характеризує швидкість зміни швидкості). Визначається за формулою
Коефіцієнт корисної дії
ККД - це відношення корисної роботи, досконалої машини, до всієї витраченої роботи (підведеної енергії) за той же час
Коефіцієнт корисної дії виражається у відсотках. Чим ближче це число до 100%, тим вища продуктивність машини. Не може бути ККД більше 100, тому що неможливо виконати більше роботи, витративши менше енергії.
ККД похилої площини - це відношення роботи сили тяжіння до витраченої роботи з переміщення вздовж похилої площини.
Головне запам'ятати
1) Формули та одиниці виміру;
2) Роботу виконує сила;
3) Вміти визначати кут між векторами сили та переміщення
Якщо робота сили при переміщенні тіла замкнутим шляхом дорівнює нулю, то такі сили називають консервативнимиабо потенційними. Робота сили тертя при переміщенні тіла замкнутим шляхом ніколи не дорівнює нулю. Сила тертя на відміну від сили тяжіння чи сили пружності є неконсервативноюабо непотенційною.
Є умови, за яких не можна використовувати формулу 
Якщо сила є змінною, якщо траєкторія руху є кривою лінією. І тут шлях розбивається на малі ділянки, котрим ці умови виконуються, і підрахувати елементарні роботи кожному з цих ділянок. Повна робота в цьому випадку дорівнює сумі алгебри елементарних робіт: 
Значення роботи певної сили залежить від вибору системи відліку.
У повсякденні часто доводиться зустрічатися з таким поняттям як робота. Що це слово означає у фізиці та як визначити роботу сили пружності? Відповіді на ці запитання ви дізнаєтесь у статті.
Механічна робота
Робота - це скалярна величина алгебри, яка характеризує зв'язок між силою і переміщенням. При збігу напрямку цих двох змінних вона обчислюється за такою формулою:
- F- модуль вектора сили, яка виконує роботу;
- S- Модуль вектора переміщення.
Не завжди сила, що діє на тіло, виконує роботу. Наприклад, робота сили тяжіння дорівнює нулю, якщо її напрямок перпендикулярно до переміщення тіла.
Якщо вектор сили утворює відмінний від нуля кут із вектором переміщення, то для визначення роботи слід скористатися іншою формулою:
A=FScosα
α - Кут між векторами сили та переміщення.
Значить, механічна робота - це добуток проекції сили на напрямок переміщення та модуля переміщення, або добуток проекції переміщення на напрямок сили та модуля цієї сили.
Знак механічної роботи
Залежно від напрямку сили щодо переміщення тіла робота A може бути:
- позитивною (0°≤ α<90°);
- негативною (90 °<α≤180°);
- рівної нулю (? = 90 °).
Якщо A>0, то швидкість тіла збільшується. Приклад - падіння яблука з дерева на землі. При A<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.
Одиниця виміру роботи у СІ (Міжнародній системі одиниць) - Джоуль (1Н*1м=Дж). Джоуль - це робота сили, значення якої дорівнює 1 Ньютон, при переміщенні тіла на 1 метр у напрямку дії сили.
Робота сили пружності
Роботу сили можна визначити і графічним способом. Для цього обчислюється площа криволінійної фігури під графіком Fs(x).
Так, за графіком залежності сили пружності від подовження пружини можна вивести формулу роботи сили пружності.
Вона дорівнює:
A=kx 2 /2
- k- Жорсткість;
- x- Абсолютне подовження.
Що ми дізналися?
Механічна робота відбувається при дії на тіло сили, що призводить до переміщення тіла. Залежно від кута, який виникає між силою і переміщенням, робота може дорівнювати нулю або мати негативний або позитивний знак. На прикладі сили пружності ви дізналися про графічний спосіб визначення роботи.
У повсякденному досвіді слово «робота» зустрічається дуже часто. Але слід розрізняти роботу фізіологічну та роботу з погляду науки фізики. Коли ви приходите з уроків, ви кажете: «Ой, як я стомився!». Це фізіологічна робота. Або, наприклад, робота колективу в народній казці «Ріпка».
Рис 1. Робота у повсякденному значенні слова
Ми ж говоритимемо тут про роботу з погляду фізики.
Механічна робота відбувається, якщо під дією сили відбувається переміщення тіла. Робота позначається латинською літерою А. Суворіше визначення роботи звучить так.
Роботою сили називається фізична величина, що дорівнює добутку величини сили на відстань, пройдену тілом у напрямку дії сили.
Рис 2. Робота – це фізична величина
Формула справедлива, коли на тіло діє постійна сила.
У міжнародній системі одиниць СІ робота вимірюється у джоулях.
Це означає, що якщо під дією сили в 1 ньютон тіло перемістилося на 1 метр, то цією силою виконана робота 1 джоуль.
Одиницю роботи названо на честь англійського вченого Джеймса Прескотта Джоуля.
Рис 3. Джеймс Прескотт Джоуль (1818 – 1889)
З формули для обчислення роботи випливає, що можливі три випадки, коли робота дорівнює нулю.
Перший випадок – коли на тіло діє сила, але тіло не переміщається. Наприклад, додому діє величезна сила тяжіння. Але вона не робить роботи, оскільки будинок нерухомий.
Другий випадок – коли тіло переміщається за інерцією, тобто на нього не діють жодні сили. Наприклад, космічний корабель рухається у міжгалактичному просторі.
Третій випадок – коли на тіло діє сила, перпендикулярна до напрямку руху тіла. У цьому випадку, хоч і тіло переміщається, і сила на нього діє, але немає переміщення тіла у напрямі дії сили.
Рис 4. Три випадки, коли робота дорівнює нулю
Слід також сказати, робота сили може бути негативною. Так буде, якщо рух тіла відбувається проти напряму дії сили. Наприклад, коли підйомний кран за допомогою троса піднімає вантаж над землею, робота сили тяжіння є негативною (а робота сили пружності троса, спрямована вгору, навпаки, позитивна).
Припустимо, при виконанні будівельних робіт котлован необхідно засипати піском. Екскаватору для цього знадобиться кілька хвилин, а робітнику за допомогою лопати довелося б працювати кілька годин. Але й екскаватор, і робітник при цьому виконали б ту саму роботу.
Рис 5. Одну і ту ж роботу можна виконати за різний час
Щоб охарактеризувати швидкість виконання у фізиці використовується величина, звана потужністю.
Потужністю називається фізична величина, що дорівнює відношенню роботи до часу її виконання.
Потужність позначається латинською літерою N.
Одиницею вимірювання потужності системи СІ є ват.
Один ват – це потужність, при якій робота в один джоуль відбувається за одну секунду.
Одиницю потужності названо на честь англійського вченого, винахідника парової машини Джеймса Уатта.
Рис 6. Джеймс Уатт (1736 – 1819)
Об'єднаємо формулу для обчислення роботи з формулою для обчислення потужності.
Згадаймо тепер, що відношення шляху, пройденого тілом, S, на час руху tявляє собою швидкість руху тіла v.
Таким чином, потужність дорівнює добутку чисельного значення сили на швидкість руху тіла у напрямку дії сили.
Цією формулою зручно користуватися під час вирішення завдань, у яких сила діє тіло, що рухається з відомою швидкістю.
Список літератури
- Лукашик В.І., Іванова О.В. Збірник завдань із фізики для 7-9 класів загальноосвітніх установ. - 17-те вид. - М: Просвітництво, 2004.
- Перишкін А.В. фізика. 7 кл. - 14-те вид., стереотип. - М: Дрофа, 2010.
- Перишкін А.В. Збірник завдань із фізики, 7-9 кл.: 5-те вид., стереотип. – М: Видавництво «Іспит», 2010.
- Інтернет-портал Physics.ru().
- Інтернет-портал Festival.1september.ru().
- Інтернет-портал Fizportal.ru().
- Інтернет-портал Elkin52.narod.ru().
Домашнє завдання
- У яких випадках робота дорівнює нулю?
- Як знаходиться робота на шляху, пройденому у напрямку дії сили? У протилежному напрямку?
- Яку роботу здійснює сила тертя, що діє на цеглу, при її переміщенні на 0,4 м? Сила тертя дорівнює 5 н.