Механическая работа

Механическая работа

Это количество энергии, передаваемой силой. Как и энергия, это скалярная величина измеряемая в СИ в $Дж$ (джоулях).

В 1830-х французский математик Гаспар-Гюстав Кориолис ввел термин работа для произведения силы и расстояния.

Положительный и отрицательный знак работы указывают, передает ли объект, энергию другому объекту или получает ее.

Работа может быть нулевой, даже когда есть сила.

Например, центростремительная сила при равномерном круговом движении не работает, потому что кинетическая энергия движущегося объекта не изменяется. Аналогично, когда книга лежит на столе, стол не работает с книгой, потому что энергия не передается в книгу или из нее.

Выражения для механической работы

Когда сила постоянна и действует по той же линии, что и движение, работа может быть рассчитана путем умножения силы на расстояние:

$A = F·s$

Когда сила не совпадает с направлением движения тела, ее можно обобщить в виде скалярного произведение векторов силы и перемещения:

$A = F·s cos(F·s)$

Работа считается отрицательной, когда сила противодействует направлению движения. В более общем смысле сила и расстояние считаются векторными величинами и объединяются с использованием произведения:

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

где $α$ - угол между направлением действия силы и вектора перемещения. Эта формула верна даже тогда, когда объект меняет направление движения на протяжении всего времени движения.

Единицы измерения

Единицей работы в СИ является $Дж$ (джоуль), который определяется как работа, выполняемая силой один ньютон, для перемещения объекта на один метр. Вместо этой величины, иногда используется размерно-эквивалентный ньютон-метр $(Н · м)$.

Механическая энергия

Механическая энергия тела показывает то, что часть его полной энергии, может быть изменена путем механической работы.

Она включает в себя кинетическую и потенциальную энергии.

Связь между работой и кинетической энергией

Если внешняя работа $A$ воздействует на тело, вызывая изменение его кинетической энергии от $E_{k1}$ до $E_{k2}$, то:

$A = ΔE_k = E_{k2} - E_{k1}$

Кроме того, если подставить уравнение для кинетической энергии, которое обозначает $Ek = (1/2)mv^2$, получится:

$A = Δ((1/2)mv^2) = (1/2)mv_2^2 - (1/2)mv_1^2$

Сохранение механической энергии

Принцип сохранения механической энергии гласит, что, если система подвержена действию только консервативных сил (таким как гравитационная сила), ее общая механическая энергия остается постоянной.
Например, если объект с постоянной массой находится в свободном падении, полная энергия положения 1 будет равна энергии положения 2.

$(E_k+E_p)_1 = (E_k+E_p)_2$,

где $E_k$ – кинетическая энергия, $E_p$ – потенциальная энергия.

На Студворк вы можете заказать статью по физике онлайн у профильных экспертов!

Тест по теме «Механическая работа»