ЗОВНІШНЄ НЕЗАЛЕЖНЕ ОЦІНЮВАННЯ 2018 - ФІЗИКА КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ
Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ
МЕХАНІКА
3. ЗАКОНИ ЗБЕРЕЖЕННЯ В МЕХАНІЦІ
3.3. МЕХАНІЧНА РОБОТА. ПОТУЖНІСТЬ
3.3.1. МЕХАНІЧНА РОБОТА
Існує два способи передачі руху (і відповідно енергії) від одного макротіла до іншого: у формі роботи й у формі теплоти (теплообміну). Зміну енергії пертим способом називають механічною роботою.
Робота є мірою зміни і перетворення енергії:
А = ∆W.
Одиниця роботи (як і енергії) — джоуль (ДЖ).
Механічна робота А — це фізична величина, яка дорівнює добутку модуля сили на модуль переміщення і на косинус кута між силою та переміщенням (рис. 3.4):
А = Fs cos а.
Рис. 3.4
• Якщо 90° > a 
0, то А > 0 відповідає збільшенню енергії;
• якщо а = 90°, то А = 0 відповідає незмінності енергії;
• якщо 90° < а 
180°, то А < 0 відповідає зменшенню енергії.
• Робота постійної сили максимальна, якщо а = 0:
A = Fs.
Геометричний зміст роботи. Якщо напрямок сили, яка діє на тіло, збігається з напрямком руху тіла, то робота цієї сили чисельно дорівнює площі фігури під графіком залежності модуля сили від модуля переміщення (рис. 3.5).
Рис. 3.5
♦ Робота сил, які спричиняють зміну швидкості руху тіла, дорівнює зміні його кінетичної енергії — теорема про кінетичну енергію:
A = Wк – Wк0 = 
- 
.
♦ Робота сили тяжіння та сили пружності дорівнює зміні потенціальної енергії тіла, взятої з протилежним знаком, — теорема про потенціальну енергію:
A = -(Wп - Wп0)
Робота сили тяжіння:
А = mgh0- mgh = mg(h0 - h) (рис. 3.6, a).
Робота сили пружності:
A = 
- 
(рис. 3.6, б).
Рис. 3.6
3.3.2. ПОТУЖНІСТЬ
Потужність Р — фізична величина, що характеризує швидкість виконання роботи.
Потужність дорівнює відношенню виконаної роботи А до інтервалу часу t, протягом якого вона виконувалась:
P = 
.
♦ Одиниця потужності в СІ — ват (Вт):
1 Вт = 1 
.
Ват — потужність, за якої за 1 с виконується робота в 1 Дж.
♦ Потужність при постійній силі дорівнює:
P = Fv.
♦ A = Pt, звідки одиниця роботи в техніці — 1 к Вт ∙ год :
1 кВт ∙ год = 3,6 ∙ 106 Дж.
3.3.3. КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ (ККД)
На практиці корисна робота, яку ми виконуємо за допомогою будь-якого механізму, завжди менша за повну роботу: Акор < Аповна.
Яку частину повної роботи механізм перетворює на корисну, показує фізична величина, яка називається коефіцієнтом корисної дії.
Коефіцієнт корисної дії механізму 
— це фізична величина, яка характеризує механізм і дорівнює відношенню корисної роботи до повної роботи:
= 
, або = 
.
Зазвичай ККД подають у відсотках:
= ∙ 100%, = ∙ 100%.
♦ Оскільки під час використання механізмів корисна робота завжди менша від повної (корисна потужність менша від повної), ККД будь-якого механізму завжди менший від 100 %.
♦ Якщо механічна робота Акор виконується за рахунок надання тілу певної кількості теплоти Q (поршень у двигуні автомобіля рухається за рахунок кількості теплоти, яка виділяється під час згоряння палива), то ККД розраховується за формулою:
= 
∙ 100%.
♦ Якщо тіло нагрівається або плавиться за рахунок здійснення роботи (куля нагрівається, вдаряючись об перешкоду), то ККД розраховується за формулою:
= 
∙ 100%.