Робота: фізика

Робота – це твір додається сили і переміщення, яке відбувається в результаті застосування сили:

W = F · s (Н · м) або (Дж)

Робота – величина скалярна! Тобто, робота має певну величину, але не має напрямку. Робота вимірюється в системі СІ вимірюється в джоулях (Дж); в системі СГС – в ергах.

Ні переміщення – немає роботи!
Навіть якщо ми тужімся, намагаючись підняти величезний камінь, ми не здійснюємо роботу (з точки зору фізики) поки камінь не зрушить з місця.

Припустимо, що силач намагається зрушити з місця вантажівку масою 10 000 кг. Коефіцієнт тертя між дорогою і колесами авто дорівнює 0,1.

Робота
Fтр = μFн

Оскільки площину дороги горизонтальна, то нормальна сила дорівнює добутку маси авто на прискорення вільного падіння:

Fн = mg

Fтр = μmg = 0,1 · 104 · 9,8 = 9800 Н

Т.ч., щоб зрушити вантажівка з місця, силач повинен докласти силу в 9800 Н.

Яку роботу повинен зробити силач, щоб протягнути вантажівку на відстань 10 метрів?

W = F · s = 9800 · 10 =: 98 000 Дж

Багато це чи мало? При піднятті вантажу вагою 1 кг на висоту 1 м здійснюється робота в 9,8 Дж. У нашому випадку силач здійснює роботу в 10 000 разів більшу.

З іншого боку 4,186 Дж = 1 калорія. Тобто, силач витратить приблизно 23,4 ккал. Для цього йому треба з’їсти приблизно 8 кг вівсяних пластівців, або випити 2,5 кг соняшникової олії.

Ми розглянули випадок, коли прикладена сила паралельна поверхні дороги і перпендикулярна нормальній силі. А що буде, якщо силу прикласти під кутом?

Робота сили, прикладеної під кутом

У цьому випадку: W = F · s · cosα

Тоді сила тертя:

Fтр = μ (Fн – FsinΘ) = μmg – μFsinΘ

Щоб вантажівка переміщався, треба щоб горизонтальна складова сили компенсувала силу тертя:

FcosΘ = Fтр; FcosΘ = μmg – μFsinΘ

FcosΘ + μFsinΘ = μmg

F (cosΘ + μsinΘ) = μmg

F = μmg / (cosΘ + μsinΘ)

Нехай силач прикладає силу під кутом 10 ° (Θ = 10 °):

F = (0,1 · 104 · 9,8) / (0,1 · sin10 ° + cos10 °) = 9731 Н

Т.ч., можна сказати, що силачу легше тягнути вантажівку, прикладаючи силу під кутом до поверхні дороги.

Цікаво, що робота може бути негативною. Припустимо, ми підняли пудову гирю на висоту 2 м:

W = FscosΘ = mgscosΘ = 16 · 9,8 · 2 · cos90 ° = 313,6 Дж

Тепер поставимо гирю назад на підлогу:

W = FscosΘ = mgscosΘ = 16 · 9,8 · 2 · cos (-90 °) = -313,6 Дж

Спільна робота:

W = 313,6 – 313,6 = 0 Дж

Якщо складові вектора сили і переміщення спрямовані в протилежні сторони, то робота буде негативною

...
ПОДІЛИТИСЯ: