Вспомните, что такое работа и мощность в физике.
Работа в физике — это мера действия силы, направленной вдоль пути движения тела. Если сила действительно заставляет тело перемещаться, она совершает работу, равную произведению силы на путь и на косинус угла между ними. Мощность — это скорость, с которой совершается работа, то есть сколько работы выполняется за единицу времени.
Совпадают ли эти понятия с бытовыми представлениями о них?
В повседневной жизни эти слова употребляют шире. Мы говорим, что человек «работает», даже если он просто думает или сидит за компьютером. Но с точки зрения физики никакой механической работы в таких случаях нет, если нет перемещения под действием силы.
Совершает ли учитель физики механическую работу во время урока? Если да, то в каких случаях?
Учитель физики совершает механическую работу только тогда, когда, например, передвигает предметы, пишет на доске, поднимает указку или открывает окно. Когда он просто объясняет материал, его речь и мыслительная деятельность не связаны с физической работой.
Понаблюдайте за работой швейной или стиральной машины и найдите в ней устройство, заменяющее ручной труд.
Если посмотреть на швейную или стиральную машину, то можно заметить, что электродвигатель в них заменяет руки человека. Он приводит в движение барабан или иглу, то есть выполняет механическую работу, которую раньше приходилось делать вручную.
Обсудите с одноклассником случаи движения тел, при которых работа действующих на тела сил равна нулю. Какая сила совершает работу при остановке поезда, а какая не совершает?
Работа сил равна нулю, когда нет перемещения или когда сила направлена перпендикулярно движению. Например, при движении тела по горизонтали сила тяжести не совершает работы, потому что она направлена вниз.
Поезд останавливает сила трения между колёсами и рельсами или сила тормозных колодок — именно она совершает отрицательную работу, уменьшая кинетическую энергию поезда. Сила тяжести при этом работы не совершает, потому что движение происходит горизонтально.
Ударьте резко по бруску, лежащему на столе, и заставьте его двигаться. Какая сила совершает работу при его движении?
Когда вы резко ударяете по бруску на столе, работа совершается силой удара, которая сообщает бруску кинетическую энергию и заставляет его двигаться. После этого сила трения между бруском и столом совершает отрицательную работу, постепенно останавливая движение.
1. Дайте определение работы в механике.
Работа в механике — это физическая величина, равная произведению силы, действующей на тело, на путь, пройденный телом под действием этой силы, и на косинус угла между направлением силы и перемещения.
2. Может ли совершать работу сила трения покоя?
Сила трения покоя работу не совершает, потому что она не вызывает перемещения тела, а лишь удерживает его в равновесии.
3. Всегда ли сила трения скольжения совершает отрицательную работу?
Сила трения скольжения действительно всегда совершает отрицательную работу, потому что она направлена противоположно движению тела и уменьшает его кинетическую энергию.
4. В каких единицах выражается работа?
Работа выражается в джоулях, где один джоуль равен работе, совершаемой силой в один ньютон при перемещении тела на один метр в направлении действия силы.
1. На горизонтальной поверхности находится тело, на которое действуют с силой 10 Н, направленной под углом 60 к горизонту (см. рис). Под действием этой силы телоперемещается по поверхности на 5 м. Работа силы равна
1) 3000 Дж 2) 50 Дж 3) 25 Дж 4) 0
Работа равна проекции силы на направление перемещения, умноженной на путь. Проекция силы на горизонталь равна 10·cos60 = 10·0,5 = 5 Н. Значит работа W = 5 Н · 5 м = 25 Дж. Правильный ответ 3.
2. Мальчик тянет санки за верёвку с силой 50 Н. Пройдя с санками 100 м, он совершил работу 2500 Дж. Чему равен угол между верёвкой и дорогой? 1) 90 2) 45 3) 60 4) 30
Запишем W = F·s·cosθ, откуда cosθ = W / (F·s) = 2500 / (50·100) = 2500 / 5000 = 0,5. Следовательно θ = 60 градусов. Правильный ответ 3.
3. С помощью динамометра, расположенного под углом 30 к горизонтальной поверхности, равномерно перемещают брусок массой 100 г на расстояние, равное 20 см. Работа равнодействующей всех сил равна
1) 0 2) 0,01 Дж 3) 0,02 Дж 4) 0,03 Дж
При равномерном движении скорость постоянна, следовательно изменение кинетической энергии равно нулю, а суммарная работа всех сил равна изменению кинетической энергии. Значит суммарная (равнодействующая) работа равна 0 Дж. Правильный ответ 1.
4. Под действием силы тяги 1000 Н автомобиль движется с постоянной скоростью 72 км/ч. Мощность двигателя равна
1) 10 кВт 2) 20 кВт 3) 40 кВт 4) 72 кВт
Переведём скорость в метры в секунду: 72 км/ч = 72/3,6 = 20 м/с. Мощность P = F·v = 1000 Н · 20 м/с = 20000 Вт = 20 кВт. Правильный ответ 2.
5. Какую мощность развивает двигатель подъёмного механизма крана, если он равномерно поднимает плиту массой 600 кг на высоту 4 м за 3 с?
1) 72 000 Вт 2) 8000 Вт 3) 7200 Вт 4) 800 Вт
Возьмём ускорение свободного падения g = 10 м/с². Работа подъёма W = m·g·h = 600·10·4 = 24000 Дж. Мощность P = W / t = 24000 / 3 = 8000 Вт. Правильный ответ 2.