Коли ми стискаємо недеформовану пружину, сила, що діє з боку пружини, спрямована протилежно деформації. Виходить, при збільшенні деформації сила пружності пружини виконує від’ємну роботу.

РОБОТА Й ЕНЕРГІЯ

Робота — скалярна величина, але скалярні величини можуть бути позитивними, негативними або рівними нулю. Одиницею роботи є 1 Дж = 1 Н · 1 м, тобто робота, виконана силою ВІН при переміщенні точки прикладання сили на 1 м у напрямку дії сили.

Якщо напрямок руху тіла збігається з напрямком прикладеної сили, то ця сила виконує додатну роботу і її обчислюють за формулою А = Fs.

Якщо напрямок руху протилежний напрямку дії сили, то ця сила виконує від’ємну роботу і її обчислюють за формулою: A = -Fs.

робота дорівнює нулю:

а) якщо переміщення дорівнює нулю;

б) якщо сила перпендикулярна до переміщення: адже в цьому випадку переміщення тіла в напрямку дії сили також дорівнює нулю;

в) якщо сила, що діє на тіло, дорівнює нулю.

Робота різних сил

а ) Робота сили тяжіння

Коли тіло рухається вниз, напрямок сили тяжіння збігається з напрямком переміщення. При цьому робота сили тяжіння додатна й дорівнює нулю: А = mgh.

Коли тіло рухається угору, сила тяжіння спрямована протилежно переміщенню. Тому під час руху тіла угору робота сили тяжіння від’ємна й дорівнює А = -mgh.

б) Робота сили пружності

Коли стисла пружина розпрямляється, сила пружності, що діє з її боку, спрямована так само, як переміщення, тому робота сили пружності додатна. При цьому деформація пружини зменшується, тобто при зменшенні деформації сила пружності пружини виконує додатну роботу.

Коли ми стискаємо недеформовану пружину, сила, що діє з боку пружини, спрямована протилежно деформації. Виходить, при збільшенні деформації сила пружності пружини виконує від’ємну роботу.

в) Робота сил тертя

Сила тертя ковзання або кочення спрямована завжди протилежно швидкості, а, отже, і переміщенню тіла, тому робота сили тертя ковзання або кочення від’ємна.

Навчаємося розв'язувати задачі

1. Горизонтальна сила 8 Н, прикладена до бруска, змушує його рухатися зі швидкістю 4 см/с. Яку роботу виконала ця сила за 15 с? Розв’язок. Скористаємося визначенням роботи: A =F · l. При цьому пройдений шлях дорівнює: l = · t. Остаточно одержуємо: A = F t.

Перевіряємо одиниці величин:

Обчислюємо роботу: А = 8 · 0,04 · 15 = 4, 8 (Дж).

Потужність характеризує швидкість виконання роботи й обчислюється за формулою:

Де N — потужність, А — виконана робота, t — проміжок часу, за який ця робота виконана.

2. Одиниця потужності

Для вимірювання потужності використовується одиниця ват (Вт). Це потужність, за якої робота в 1 Дж виконується за 1 с:

Одиниця потужності названа ватом на честь англійського винахідника Джеймса Уатта, що створив першу парову машину.

У техніці часто застосовують більші одиниці потужності — кіловат (кВт) і мегават (МВт).

Позначимо модуль швидкості , а модуль сили F. Оскільки N = A/t, a A = Fs, одержуємо:

Тобто потужність дорівнює добутку сили на швидкість.

Під час руху з постійною швидкістю сила тяги двигуна компенсує силу опору руху.

Навчаємося розв'язувати задачі

Гоночний автомобіль, маса якого 500 кг, розвиває потужність 400 кВт. З якою швидкістю рухається цей автомобіль, якщо сила тяги дорівнює вазі автомобіля?

Розв’язок. Відповідно до визначення:

З іншого боку:

Звідси одержуємо:

Перевіряємо одиниці величин:

Обчислюємо шукану швидкість:

Фізичну величину, що характеризує здатність тіла або системи тіл виконувати роботу, називають енергією.

Потенціальною енергією називають частину механічної енергії, що обумовлена взаємодією тіл або частин того самого тіла.

Оскільки тіло, підняте відносно поверхні Землі, взаємодіє з нею (притягується), то воно має потенціальну енергію Еп. Будемо вважати потенціальну енергію тіла, що лежить на поверхні Землі, рівною нулю, тоді потенціальна енергія тіла, що перебуває на висоті h, визначається роботою, яку виконає сила ваги при падінні на Землю. А робота може бути визначена за формулою А = mgh.

Виходить, у цьому випадку й потенціальна енергія буде виражатися рівністю: Еп = mgh.

Потенціальною енергією володіє будь-яке пружне деформоване тіло. Енергію стиснутих і закручених пружин використовують, наприклад, у ручних годинниках, різноманітних заводних іграшках й ін. Потенціальна енергія деформованої пружини визначається як

Значення кінетичної енергії залежить від вибору системи від відліку: адже кінетична енергія тіла залежить від його швидкості, а швидкість тіла в різних системах відліку різна. Якщо система відліку явно не зазначена, звичайно мають на увазі систему відліку, пов’язану із Землею.

Помітимо, що збереження механічної енергії не означає збереження кінетичної й потенціальної енергій окремо: так, при падінні тіла його потенціальна енергія перетворюється в кінетичну, а при коливаннях маятників потенціальна й кінетична енергії неодноразово перетворюються одна в одну.

Суму потенціальної й кінетичної енергії тіла називають його поєною механічною енергією Е:

Архімед установив на досліді, що при використанні простих механізмів ми або виграємо в силі в стільки разів, у скільки разів програємо в переміщенні, або виграємо в переміщенні в стільки разів, у скільки разів програємо в силі.

Для визначення ефективності механізму треба знати, яку частину витраченої роботи становить корисна робота. Із цією метою вводять коефіцієнт корисної дії (ККД).

Коефіцієнтом корисної дії називають відношення корисної роботи Ак до витраченої Aвит:

Коефіцієнт корисної дії часто виражають у відсотках, наприклад, η = 0,7 можна записати також у вигляді η = 70 %.

РОБОТА Й ЕНЕРГІЯ

Робота — скалярна величина, але скалярні величини можуть бути позитивними, негативними або рівними нулю. Одиницею роботи є 1 Дж = 1 Н · 1 м, тобто робота, виконана силою ВІН при переміщенні точки прикладання сили на 1 м у напрямку дії сили.

Якщо напрямок руху тіла збігається з напрямком прикладеної сили, то ця сила виконує додатну роботу і її обчислюють за формулою А = Fs.

Якщо напрямок руху протилежний напрямку дії сили, то ця сила виконує від’ємну роботу і її обчислюють за формулою: A = -Fs.

робота дорівнює нулю:

а) якщо переміщення дорівнює нулю;

б) якщо сила перпендикулярна до переміщення: адже в цьому випадку переміщення тіла в напрямку дії сили також дорівнює нулю;

в) якщо сила, що діє на тіло, дорівнює нулю.

Робота різних сил

а ) Робота сили тяжіння

Коли тіло рухається вниз, напрямок сили тяжіння збігається з напрямком переміщення. При цьому робота сили тяжіння додатна й дорівнює нулю: А = mgh.

Коли тіло рухається угору, сила тяжіння спрямована протилежно переміщенню. Тому під час руху тіла угору робота сили тяжіння від’ємна й дорівнює А = -mgh.

б) Робота сили пружності

Коли стисла пружина розпрямляється, сила пружності, що діє з її боку, спрямована так само, як переміщення, тому робота сили пружності додатна. При цьому деформація пружини зменшується, тобто при зменшенні деформації сила пружності пружини виконує додатну роботу.

Коли ми стискаємо недеформовану пружину, сила, що діє з боку пружини, спрямована протилежно деформації. Виходить, при збільшенні деформації сила пружності пружини виконує від’ємну роботу.

в) Робота сил тертя