1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Фізика
  3. Робота сили тяжіння

Робота сили тяжіння

Корисно ознайомитися окремо з роботою кожної з механічних сил: сили тяжіння, сили пружності і сили тертя. Почнемо з сили тяжіння.

Сила тяжіння дорівнює F = mg і спрямована по вертикалі вниз. Поблизу поверхні Землі її можна вважати сталою.

При русі тіла по вертикалі вниз сила тяжіння збігається за напрямком з переміщенням. При переході з висоти h1 над якимось рівнем, від якого ми починаємо відлік висоти, до висоти h2 над тим же рівнем, тіло здійснює переміщення, яке по абсолютній величині дорівнює h1 – h2.

Висоти h1 і h2 не обов’язково відраховувати від поверхні Землі. Для початку відліку висот можна вибрати будь-який рівень. Це може бути підлога кімнати, стіл або стілець, це може бути і дно ями, виритої в землі, і т. д. Адже в формулу для роботи входить різниця висот, а вона не залежить від того, звідки починати їх відлік. Ми могли б, наприклад, домовитися починати відлік висоти з рівня В. Тоді висота цього рівня дорівнювала б нулю, а робота виражалась би рівністю

A = mgh

де

  • h – висота точки A над рівнем В.

Якщо тіло рухається вертикально вгору, то сила тяжіння спрямована проти руху тіла і її робота негативна. При підйомі тіла на висоту h над тим рівнем, з якого воно кинуто, сила тяжіння робить роботу, рівну

A = -mgh

Якщо після підйому вгору тіло повертається у вихідну точку, то робота на такому шляху, починається і закінчується в одній і тій же точці (на замкнутому шляху), на шляху «туди і назад», дорівнює нулю.

Це одна з особливостей сили тяжіння: робота сили тяжіння на замкнутому шляху дорівнює нулю.

Тепер з’ясуємо, яку роботу виконує сила тяжіння в разі, коли тіло рухається не по вертикалі.

Припустимо, що тіло масою m по похилій площині висотою h здійснює переміщення s, по абсолютній величині дорівнює довжині похилій площині. Роботу сили тяжіння mg в цьому випадку треба обчислювати за формулою. Ми отримали для роботи те ж саме значення.

Виходить, що робота сили тяжіння не залежить від того, чи рухається тіло по вертикалі або проходить довший шлях по похилій площині. При одній і тій же «втраті висоти» робота сили тяжіння однакова.

Це справедливо не тільки при русі по похилій площині, а й з будь-якого іншого шляху. Справді, припустимо, що тіло рухається по якомусь довільному шляху, наприклад за таким, який зображений на малюнку.


Весь цей шлях ми можемо подумки розбити на ряд малих ділянок: AA1, A2A1, A2A3 і т. д. Кожен з них може вважатися маленькою похилою площиною, а весь рух тіла на шляху АВ можна уявити як рух по безлічі похилих площин, які переходять одна в іншу. Робота сили тяжіння на кожній такій похилій площині дорівнює добутку mg на зміну висоти тіла на ній. Якщо зміни висот на окремих ділянках рівні h1, h2, h3 і т. д., то роботи сили тяжіння на них рівні mgh1, mgh2, mgh3 і т. д. Тоді повну роботу на всьому шляху можна знайти, склавши всі ці роботи:

Таким чином, робота сили тяжіння не залежить від траєкторії руху тіла і завжди дорівнює добутку сили тяжіння на різницю висот в початковому і кінцевому положеннях.

При русі вниз робота позитивна, при русі вгору – негативна.

Чому ж в техніці і побуті при підйомі вантажів часто користуються похилою площиною? Адже робота переміщення вантажу по похилій площині така ж, як і при русі по вертикалі!
Це пояснюється тим, що при рівномірному русі вантажу по похилій площині сила, яка має бути додана до вантажу в напрямку переміщення, менше сили тяжіння. Правда, вантаж при цьому проходить більший шлях. Більший шлях – це плата за те, що під укіс вантаж можна піднімати за допомогою меншої сили.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Швидкість дифузії