Фізика. 7 клас. Пістун

Розділ IV. Механічна робота та енергія

§ 41. Механічна робота

  • Наведіть приклади різних явищ, які характеризуються поняттям «робота».

1. Словом «робота» у повсякденному житті називають будь-яку корисну діяльність — і фізичну, і розумову. Проте у фізиці поняття роботи застосовується тільки тоді, коли тіло рухається під дією прикладеної до нього сили.

Під дією сили тяги електровоза рухаються вагони, і ця сила виконує роботу. Робота виконується, коли підйомний кран піднімає вантаж, столяр стругає рубанком дошку і т.ін.

2. Розглянемо, від чого залежить величина виконаної роботи.

Очевидно, що чим більша сила, прикладена до рухомого тіла, тим виконується більша робота. Уявіть, що вам потрібно пересунути вантаж — коробку з книгами на деяку відстань. Нехай сила, яку ви прикладаєте до коробки, дорівнює 100 Н. Потім масу вантажу збільшили: коробок стало дві, і щоб їх перемістити, необхідно прикласти силу 200 Н (рис. 124). Робота, яку ви виконали у другому випадку, буде вдвічі більшою, ніж у першому. Адже роботу з переміщення двох коробок можна розглядати як роботу з переміщення однієї коробки, виконану двічі.

Рис. 124

Рис. 125

Механічна робота — це фізична величина, прямо пропорційна силі, яка діє на тіло, і його переміщенню, здійсненому в напрямі діючої сили.

Робота — скалярна фізична величина, вона певного напряму у просторі не має, позначається літерою А.

У випадку, коли напрям руху тіла (його переміщення) і діюча на нього сила збігаються за напрямом і сила стала, робота визначається за формулою

де F — сила, s — модуль переміщення. У випадку прямолінійного руху в одному напрямі, як відомо, модуль переміщення тіла дорівнює пройденому ним шляху (s = l).

Джеймс Джоуль

3. Щоб виміряти роботу, перш за все потрібно встановити її одиницю. Якщо робота виконується сталою силою 1 Н при переміщенні тіла на 1 м у напрямі дії сили, то така робота дорівнює одному джоулю (1 Дж):

1 Дж = 1 Н • 1 м.

Одиниця роботи названа на честь англійського вченого Джеймса Джоуля (1818-1889).

4. Поняття роботи у фізиці відрізняється від роботи у повсякденному житті. Припустимо, вам потрібно пересунути якийсь дуже важкий предмет, наприклад, комод (рис. 126, а). Ви будете робити спроби змістити його, штовхаючи, упираючись об щось, розгойдувати і т.п. І все безрезультатно. Утомитеся, «наробитесь», але з точки зору фізики ваша робота дорівнюватиме нулю: комод залишився на місці. Оскільки не має переміщення (s = 0), то й робота не виконується (А = 0).

Також робота дорівнює нулю у випадку руху тіла за інерцією (рис. 126, б). Тіло здійснює деяке переміщення (s ≠ 0), але сила у напрямі переміщення на нього не діє (F = 0). Отже, А = 0.

Рис. 126

Якщо напрями переміщення тіла і діючої на нього сили протилежні, то робота цієї сили від’ємна. Прикладом сили, яка виконує від’ємну роботу, являється сила тертя ковзання. На практиці використовуються кратні одиниці роботи:

1 кДж = 103 Дж,

1 МДж = 106 Дж.

6. Приклад розв’язування задачі.

Мармурову плиту з об’ємом 0,5 м3 рівномірно піднімають на висоту 15 м. Визначте роботу, яку виконує сила пружності троса, до якого прикріплена плита.

Запитання для самоперевірки

  • 1. Дайте визначення поняття механічної роботи.
  • 2. Назвіть одиницю роботи.
  • 3. За якою формулою можна обчислити роботу?
  • 4. В яких випадках робота дорівнює нулю?
  • 5. В якому випадку робота від’ємна?

Завдання 31

  • 1. 1 Дж — це велика робота чи ні? Придумайте дослід, в якому виконується робота 1 Дж.
  • 2. Обчисліть роботу, яку ви виконуєте під час піднімання сходами до себе в квартиру.
  • 3. На поршень насоса діє сила 102 кН. Обчисліть, яку роботу виконує ця сила, якщо поршень перемістився на 30 см.
  • 4. Електровоз рухається рівномірно і проходить шлях 10 км. Яку роботу при цьому виконує його сила тяги, якщо маса поїзда становить 5000 т, а коефіцієнт тертя коліс об рейки 0,005?
  • 5. Користуючись динамометром і лінійкою, визначте роботу, яку ви виконуєте під час рівномірного переміщення бруска по поверхні стола на 75 см.

Робота з комп’ютером

  • Вивчіть матеріал уроку і виконайте завдання, запропоноване в електронному додатку.