Підручник Фізика 7 клас - Пістун П. Ф. - Навчальна книга - Богдан 2015 рік

Розділ IV МЕХАНІЧНА РОБОТА ТА ЕНЕРГІЯ

§41. Механічна робота

✓ Наведіть приклади різних явищ, які характеризуються поняттям «робота».

1. Словом «робота» у повсякденному житті називають будь-яку корисну діяльність — і фізичну, і розумову. Проте у фізиці поняття роботи застосовується тільки тоді, коли тіло рухається під дією прикладеної до нього сили.

Під дією сили тяги електровоза рухаються вагони, і ця сила виконує роботу. Робота виконується, коли підйомний кран піднімає вантаж, столяр стругає рубанком дошку і т. ін.

2. Розглянемо, від чого залежить величина виконаної роботи. Очевидно, що чим більша сила, прикладена до рухомого тіла, тим виконується більша робота. Уявіть, що вам потрібно пересунути вантаж — коробку з книгами на деяку відстань. Нехай сила, яку ви прикладаєте до коробки, дорівнює 100 Н. Потім масу вантажу збільшили: коробок стало дві, і щоб їх перемістити, необхідно прикласти силу 200 Н (рис. 124). Робота, яку ви виконали у другому випадку, буде вдвічі більшою, ніж у першому. Адже роботу з переміщення двох коробок можна розглядати як роботу з переміщення однієї коробки, виконану двічі.

Рис. 124

Робота також залежить і від відстані (переміщення s), на яку переміщається тіло. Чим на більшу відстань вам довелося перетягнути вантаж (чим більше переміщення тіла s), тим більша виконана робота (рис. 125).

Рис. 125

Механічна робота — це фізична величина, прямо пропорційна силі, яка діє на тіло, і його переміщенню, здійсненому в напрямі діючої сили.

Робота — скалярна фізична величина, вона певного напряму у просторі не має, позначається літерою А.

У випадку, коли напрям руху тіла (його переміщення) і діюча на нього сила збігаються за напрямом і сила стала, робота визначається заформулою

А = Fs,

де F — сила, s — модуль переміщення. У випадку прямолінійного руху в одному напрямі, як відомо, модуль переміщення тіла дорівнює пройденому ним шляху (s = l).

Щоб виміряти роботу, перш за все потрібно встановити її одиницю. Якщо робота виконується сталою силою 1 Н при переміщенні тіла на 1 м у напрямі дії сили, то така робота дорівнює одному джоулю (1 Дж):

1 Дж = 1 Н ∙ 1 м.

Одиниця роботи названа на честь англійського вченого Джеймса Джоуля (1818-1889).

Поняття роботи у фізиці відрізняється від роботи у повсякденному житті. Припустимо, вам потрібно пересунути якийсь дуже важкий предмет, наприклад, комод (рис. 126, а). Ви будете робити спроби змістити його, штовхаючи, упираючись об щось, розгойдувати і т.п. І все безрезультатно. Утомитеся, «наробитесь», але з точки зору фізики ваша робота дорівнюватиме нулю: комод залишився на місці. Оскільки не має переміщення (s = 0), то й робота не виконується (А = 0).

Джеймс Джоуль

Також робота дорівнює нулю у випадку руху тіла за інерцією (рис. 126, б). Тіло здійснює деяке переміщення (s ≠ 0), але сила у напрямі переміщення на нього не діє (F = 0). Отже, А = 0.

Рис. 126

5. Якщо напрями переміщення тіла і діючої на нього сили протилежні, то робота цієї сили від’ємна. Прикладом сили, яка виконує від’ємну роботу, являється сила тертя ковзання. На практиці використовуються кратні одиниці роботи:

1 кДж = 103Дж,

1 МДж = 106Дж.

Приклад розв’язування задачі.

6. Мармурову плиту з об’ємом 0,5 м3 рівномірно піднімають на висоту 15 м. Визначте роботу, яку виконує сила пружності троса, до якого прикріплена плита.

Розв’язування.

Згідно з визначенням механічна робота дорівнює

A = Fпр s; s = h,

де Fпр — сила пружності троса, h — висота, на яку підняли плиту. Оскільки рух плити рівномірний, то

Fпр = Fтяж = mg,

де Fтяж— сила тяжіння, що діє на плиту, m — маса плити:

m = pV.

m = 2700 кг/м3 ∙ 0,5 м3 = 1350 кг;

Fпр = 1350 кг ∙ 9,8 м/с2 = 13230 Н;

A = 13230 Н ∙ 15 м = 198450 Дж ≈ 198,5 кДж.

Відповідь. A = 198,5 кДж.

Запитання для самоперевірки

1. Дайте визначення поняття механічної роботи.

2. Назвіть одиницю роботи.

3. За якою формулою можна обчислити роботу?

4. В яких випадках робота дорівнює нулю?

5. В якому випадку робота від’ємна?

Завдання 31

1. 1 Дж — це велика робота чи ні? Придумайте дослід, в якому виконується робота 1 Дж.

2. Обчисліть роботу, яку ви виконуєте під час піднімання сходами до себе в квартиру.

3. На поршень насоса діє сила 102 кН. Обчисліть, яку роботу виконує ця сила, якщо поршень перемістився на 30 см.

4. Електровоз рухається рівномірно і проходить шлях 10 км. Яку роботу при цьому виконує його сила тяги, якщо маса поїзда становить 5000 т, а коефіцієнт тертя коліс об рейки 0,005?

5. Користуючись динамометром і лінійкою, визначте роботу, яку ви виконуєте під час рівномірного переміщення бруска по поверхні стола на 75 см.

Робота з комп’ютером

Вивчіть матеріал уроку і виконайте завдання, запропоноване в електронному додатку.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити