Механическая работа: определение, единица измерения, условия равенства нулю.

Ме­ха­ни­че­ская ра­бо­та – это фи­зи­че­ская ве­ли­чи­на, прямо про­пор­ци­о­наль­ная при­ло­жен­ной к телу силе и прой­ден­но­му телом пути. Более стро­гое опре­де­ле­ние ра­бо­ты зву­чит так.

Ра­бо­той силы на­зы­ва­ет­ся фи­зи­че­ская ве­ли­чи­на, рав­ная про­из­ве­де­нию мо­ду­ля силы на ве­ли­чи­ну пе­ре­ме­ще­ния тела в на­прав­ле­нии дей­ствия силы.

Для того чтобы рас­счи­тать ра­бо­ту, нам необ­хо­ди­мо пе­ре­мно­жить чис­лен­ное зна­че­ние при­ло­жен­ной к телу силы F и путь, прой­ден­ный телом в на­прав­ле­нии дей­ствия силы S. Ра­бо­та обо­зна­ча­ет­ся ла­тин­ской бук­вой А.

Вспом­ним, что сила из­ме­ря­ет­ся в нью­то­нах, а путь – в мет­рах. Сле­до­ва­тель­но, еди­ни­цей ра­бо­ты будет нью­тон, умно­жен­ный на метр. Од­на­ко ра­бо­та яв­ля­ет­ся столь важ­ной в фи­зи­ке ве­ли­чи­ной, что у нее есть соб­ствен­ная еди­ни­ца из­ме­ре­ния. Она на­зва­на в честь ан­глий­ско­го фи­зи­ка Джейм­са Джо­у­ля и на­зы­ва­ет­ся джо­уль (Дж).

Итак, если под дей­стви­ем силы в 1 нью­тон тело пе­ре­ме­сти­лось на 1 метр, то дан­ной силой со­вер­ше­на ра­бо­та 1 джо­уль.

Усло­вия, необ­хо­ди­мые для со­вер­ше­ния ра­бо­ты

Для со­вер­ше­ния ра­бо­ты необ­хо­ди­мо не толь­ко, чтобы на тело дей­ство­ва­ла сила, но и при этом про­ис­хо­ди­ло пе­ре­ме­ще­ние тела (рис. 1).

Сила, дей­ству­ю­щая на тело, может и не со­вер­шать ра­бо­ту. Если, на­при­мер, вы пы­та­е­тесь сдви­нуть с места тя­же­лый шкаф, то сила, с ко­то­рой вы дей­ству­е­те на шкаф, ра­бо­ту не со­вер­ша­ет, по­сколь­ку пе­ре­ме­ще­ние шкафа равно нулю

Если же приложенная сила никак не влияет на движение тела, то, совершаемая этой работа, равна нулю.

6)Механическая энергия: виды, определения, примеры проявления.

Механической энергией называют скалярную физическую величину, которая определяет способность тела выполнять работу.

А = ∆Е

Поскольку энергия - это характеристика состояния системы в определенный момент времени, то работа - это характеристика процесса изменения состояния системы. Энергия и работа обладают одинаковыми единицами измерения: [А] = [Е] = 1 Дж.

Виды механической энергии Механическая свободная энергия делится на два вида: кинетическую и потенциальную. Кинетическая энергия - это механическая энергия тела, которая определяется скоростью его движения.

Еk = 1/2mv2

Кинетическая энергия присуща подвижным телам. Останавливаясь, они выполняют механическую работу. В различных системах отсчета скорости одного и того же тела в произвольный момент времени могут быть разными. Поэтому кинетическая энергия – относительная величина, она обуславливается выбором системы отсчета. Если на тело во время движения действует сила (или одновременно несколько сил), кинетическая энергия тела меняется: тело ускоряется или останавливается. При этом работа силы или работа равнодействующей всех сил, которые приложены к телу, будет равняться разнице кинетических энергий: A = Ek1 - Ek2 = ∆Еk Этому утверждению и формуле дали название - теорема о кинетической энергии.

Потенциальной энергией именуют энергию, обусловленную взаимодействием между телами. При падении тела массой m с высоты h сила притяжения выполняет работу. Поскольку работа и изменение энергии связаны уравнением, можно записать формулу для потенциальной энергии тела в поле силы тяжести: Ep = mgh В отличие от кинетической энергии Ek потенциальная Ep может иметь отрицательное значение, когда h<0 (например, тело, лежащее на дне колодца). Еще одним видом механической потенциальной энергии является энергия деформации. Сжатая на расстояние x пружина с жесткостью k имеет потенциальную энергию (энергию деформации): Ep = 1/2 kx2 Энергия деформации нашла широкое применение на практике (игрушки), в технике - автоматы, реле и другие. E = Ep + Ek Полной механической энергией тела именуют сумму энергий: кинетической и потенциальной. Закон сохранения механической энергии Одни из самых точных опытов, которые провели в середине XIX века английский физик Джоуль и немецкий физик Майер, показали, что количество энергии в замкнутых системах остается неизменной. Она лишь переходит от одних тел к другим. Эти исследования помогли открыть закон сохранения энергии: Полная механическая энергия изолированной системы тел остается постоянной при любых взаимодействиях тел между собой. В отличие от импульса, который не имеет эквивалентной формы, энергия имеет много форм: механическую, тепловую, энергию молекулярного движения, электрическую энергию с силами взаимодействия зарядов и другие. Одна форма энергии может переходить в другую, например, в тепловую кинетическая энергия переходит в процессе торможения автомобиля. Если сил трения нет, и тепло не образуется, то полная механическая энергия не утрачивается, а остается постоянной в процессе движения или взаимодействия тел: E = Ep + Ek = const Когда действует сила трения между телами, тогда происходит уменьшение механической энергии, однако и в этом случае она не теряется бесследно, а переходит в тепловую (внутреннюю). Если над замкнутой системой выполняет работу внешняя сила, то происходит увеличение механической энергии на величину выполненной этой силой работы. Если же замкнутая система выполняет работу над внешними телами, тогда происходит сокращение механической энергии системы на величину выполненной ею работы. Каждый вид энергии может превращаться полностью в произвольный иной вид энергии.