Робота у фізиці-це що таке?

Робота у фізиці-це величина, яку знаходять шляхом множення модуля сили, що переміщує тіло, на відстань, на яку воно зрушилося. У статті ми детально розглянемо ситуації, коли тіло переміщається і залишається нерухомим. Дізнаємося формулу роботи і одиниці її виміру.

Сили, що діють на тіло

Уявімо собі, що у нас є нитка, на яку підвішено тіло. З боку нитки на нього діє сила пружності нитки, позначимо її F. Тіло нерухоме, припустимо, ми прикріпили нитку до штатива. Чи потрібно щось робити, щоб цей стан зберігався як завгодно довго? Ні. Хоча на тіло діє сила, воно не рухається.

Робота у фізиці-це що таке? Перш ніж відповісти на це питання, розглянемо ситуацію. Припустимо, тіло рухається, але на нього не діють ніякі сили. Наприклад, якщо це куля в далекому космічному просторі, далеко від усіх зірок і галактик. Тоді сила їх тяжіння буде зневажливо мала. Зобразимо схему.

Тіло перемістилося на деяку відстань s, Але сила при цьому відсутня (f=0). Чи необхідно робити які-небудь дії для того, щоб тіло продовжувало рухатися? Ні. Цей стан може зберігатися як завгодно довго. Це рівномірний прямолінійний рух при відсутності сил, що діють на тіло.

Сила, що виробляє механічну роботу

А тепер принципово інша ситуація. Ми будемо піднімати той же куля. На нього діє сила, вона прикладена до тіла з боку мотузки. Величину переміщення кулі позначимо буквою s, а силу-F. Чи буде куля сам підніматися? Ні, щось повинно його підняти. Наприклад, десь повинен працювати електродвигун. Але для того, щоб він працював, з греблі повинна падати вода, яка призводить до обертання турбіни, до якої підключений генератор. По лінії електропередач енергія повинна передаватися в двигун, а він-працювати і піднімати вантаж. Тобто переміщення не може реалізуватися саме по собі.

Фізики кажуть, що в перших двох випадках сила не виконує жодної механічної роботи. У третьому випадку робота виконується. Чим вона виробляється? Силою F. У фізиці робота-це величина. А раз так, то вона може змінюватися в більшу і меншу сторону. Неважко здогадатися, що якщо силу збільшити і переміщати тіло на ту ж саму відстань, то робота цієї сили буде більше. Як можна збільшити силу? Наприклад, взяти кулю в два рази важче. Тоді робота збільшиться вдвічі. Отже, робота сили пропорційна величині сили. Це закон.

Формула механічної роботи

Представивши, що нам потрібно підняти все той же куля не на 50 см, а на 100 см. Необхідно зробити роботу, щоб підняти його спочатку на першу половину дистанції, а потім на другу. Всякий раз буде відбуватися однакова робота, але загальна робота буде в два рази більше. Значить, робота прямо пропорційна відстані переміщення тіла. Тому фізики домовилися позначити величину F * s буквою А і назвати її роботою сили. Вираз F * s якраз і буде прямо пропорційно силі і переміщенню тіла.

A=F * s-це формула роботи у фізиці. A-шукана величина сили, прикладеної до тіла, а s-шлях, пройдений тілом. Однак бувають ситуації, коли сила прикладена до тіла, а воно не переміщається. У нашому третьому випадку тіло рухається в тому ж напрямку, в якому застосовується сила. Тому точніше буде сказати, що s-це переміщення тіла в напрямку дії сили. Сформулюємо визначення: робота у фізиці-це величина, що дорівнює добутку модуля сили на переміщення тіла в напрямку дії сили.

Одиниця вимірювання

Подивимося на визначальну формулу A = F * s. [А]=Н * М=Дж. Н-це ньютони, Дж-джоулі. Як зрозуміти, що з себе представляє 1 джоуль? Намалюємо схему, на якій зобразимо силу, що здійснює роботу в один джоуль.

На малюнку показано початкове і кінцеве положення тіла. Ми перемістили його на відстань 1 м. При переміщенні до тіла була прикладена сила в один ньютон. А=1 Н * 1 м=1 Дж. Тобто один джоуль-це робота, що здійснюється силою в один ньютон при переміщенні тіла, на відстані 1 м в напрямку дії сили.

Один джоуль-це невелика робота. Щоб підняти кілограмову гирю на 10 см, потрібно зробити роботу в 1 джоуль. Щоб підняти її на метрову висоту, потрібно зробити роботу в 10 джоулів. Якщо говорити про роботу підйомних кранів, то вони піднімають тонни на десятки метрів. Тому використовують і інші одиниці виміру роботи: кілоджоулі, мегаджоулі і т. д. 1 кДж=1000 Дж, 1 МДж=10^6 Дж. Стрілку настінного годинника приводить в рухи мотор. Він виконує роботу, набагато меншу, ніж один джоуль. Її вимірюють в міліджоулях. 1 мДж=0,001 Дж. Існують і микроджоули. 1 мкДж=1 * 10^-6 Дж.