Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

Конспект урока: Механическая работа. Решение задач на вычисление работы сил

Механическая работа и энергия

23.07.2024
2172
0

Механическая работа

План урока

  • Механическая работа

Цели урока

  • узнать, что такое механическая работа
  • научиться определять знак механической работы

Разминка

  • Два человека поднимают одинаковые грузы по лестнице вверх. Один поднимает груз на два этажа, другой на четыре. Кто из них работает больше?
  • Если высота, на которую рабочие поднимают груз одинакова, но один груз в два раза тяжелее, то кто работает больше?

Механическая работа

Мы часто совершаем работу, например, поднимаем тяжёлую сумку по лестнице, толкаем перед собой тележку с продуктами в магазине, тащим за собой санки 
и т. д. В технике примеров совершения работы ещё больше, так как механизмы как раз и придуманы, чтобы облегчить труд человека, сделать тяжёлую работу за него. Краны поднимают строительные материалы весом в тонны на большую высоту, насосы с глубины качают (поднимают) воду, двигатели разгоняют и движут тяжёлые машины и механизмы. Во всех этих случаях, когда работа совершается, мы знаем, что тратится энергия. Электродвигатели используют электрическую энергию, двигатели внутреннего сгорания — химическую энергию топлива. Мы тоже затрачиваем энергию питательных веществ, когда работаем.

 

Цель данной главы — дать чёткое определение работы и энергии в физике, а также научить рассчитывать механическую работу в различных случаях и требуемую для совершения работы энергию.

 

В физике говорят не просто о работе, а о механической работе, причём работа всегда связана с какой-нибудь силой. Рассмотрим вывод формулы для работы на примере (рис. 1).

Рис. 1. К выводу формулы механической работы

Пусть человек тянет санки массой m по снегу с постоянной скоростью v. Из-за трения между полозьями саней и поверхностью снега возникает сила трения Fтр, направленная против движения, т. е. — против вектора скорости v. По первому закону Ньютона, если тело движется равномерно прямолинейно, то действующие на него силы уравновешены. Сила трения Fтр уравновешена силой тяги F1 человека: F1 =-Fтр. Человек проходит расстояние x. Работа человека A совершается против силы трения.

 

Увеличим теперь массу саней в два раза, добавив на них груз массой m. Вес саней от начального значения P = m · g тоже вырастет в два раза и станет P = 2 · m · g. В два раза увеличится и сила трения от Fтр = μ · N до Fтр = 2 · μ · N, так как в условиях нашей задачи P = N. Соответственно, для перемещения саней человек будет затрачивать в два раза большую силу F2 = 2 · F1. Очевидно, во втором случае человек совершает в два раза большую работу, т. к. проходит тот же путь x, но сила трения в 2 раза больше. Это означает, что работа пропорциональна модулю силы, против которой она совершается. А поскольку сила тяги равна по модулю силе трения, то работа пропорциональна прикладываемой силе: A ~ F.

 

Уберём теперь с санок груз так, чтобы их масса стала снова равной m, но увеличим перемещение саней в 2 раза. Очевидно, что работа тела на участке 2 ·xскладывается из двух одинаковых работ на двух участках пути по x каждый. Это означает, что работа пропорциональна пройденному пути: A~x.

 

Объединяя наши выводы, получаем определение работы.


Работой A  постоянной силы F, действующей на точечное тело вдоль линии его движения, называют произведение значения этой силы на изменение координаты тела xA = F ·x.


В системе СИ работу измеряют в джоулях (Дж) в честь английского физика Дж. Джоуля.


Один джоуль — это работа постоянной силы, модуль которой равен одному ньютону, при перемещении точечного тела на один метр в направлении действия этой силы: 1 Дж = 1 Н ∙ 1 м.


Важно отметить, что работа имеет не только величину, но и знак.
 

Если сила F, которая совершает работу, направлена в сторону движения тела, т. е. совпадает по направлению с вектором скорости тела v, то работа силы считается положительной. Например, положительной является работа человека в рассмотренном нами примере с санями. Если сила двигателя разгоняет автомобиль, то работа этой силы тоже положительна. Действительно, сила двигателя в этом случае направлена так же, как и вектор начальной скорости автомобиля. Разгоняя продуктовую тележку в магазине, мы тоже совершаем положительную работу.

 

Если сила F, которая совершает работу, направлена против вектора начальной скорости тела v, то работа силы считается отрицательной. Очевидно, что раз сила направлена против скорости тела, то ускорение a от этой силы тоже направлено против скорости и скорость тела равномерно уменьшается. Примером отрицательной работы является работа силы трения по торможению автомобиля. Если мы замедляем тележку, то тоже совершаем отрицательную работу.


Если направления движения тела и действующей на него силы совпадают, то работа такой силы положительна.
 

Если же направления приложенной силы и движения тела противоположны, то работа такой силы отрицательна.


Итоги

  • Работой A  постоянной силы F, действующей на точечное тело вдоль линии его движения, называют произведение значения этой силы на изменение координаты тела xA = F ·x.
  • Один джоуль — это работа постоянной силы, модуль которой равен одному ньютону, при перемещении точечного тела на один метр в направлении действия этой силы: 1 Дж = 1 Н ∙ 1 м.
  • Если сила F, которая совершает работу, направлена в сторону движения тела, т. е. совпадает по направлению с вектором скорости тела v, то работа силы считается положительной.
  • Если сила F, которая совершает работу, направлена против вектора начальной скорости тела v, то работа силы считается отрицательной.


Контрольные вопросы

 

1. Что называют работой постоянной силы?
2. В каком случае работа силы положительна?
3. В каком случае работа силы отрицательна?
4. В каких двух случаях работа силы равна 0?


Следующий урок
Система тел. Потенциальная энергия
Механическая работа и энергия
Урок подготовил(а)
teacher
Андрей Михайлович
Учитель физики
Опыт работы: 12 лет
Поделиться:
  • Сумма углов треугольника

    Геометрия

  • Климат. Внутренние воды

    География

  • Первый признак равенства треугольников

    Геометрия

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке