ГЛАВА 4. Работа и мощность. Энергия

§55. Механическая работа. Единицы работы

Вопросы

1. Какие два условия необходимы для совершения механической работы?

Ответ:

Условия для совершения механической работы это движение/перемещение  тела под действием силы. 

2. От каких двух величин зависит совершённая работа?

Ответ:

Две величины характеризуют проделанную работу, сила и путь. Поэтому механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и также прямо пропорциональна пройденному пути.
A = FS
где A — работа, F — сила и S — пройденный путь.

3. Что принимают за единицу работы?

Ответ:

Единица совершаемой работы, это перемещение тела под действием силы в 1 Н на расстояние 1 м.
Единица работы — джоуль (Дж) наименование дано в честь английского учёного Джоуля. Получается что,
1 Дж = 1 Н•м.

4. Дайте определение единицы работы 1 Дж. Какие ещё единицы работы вы знаете?

Ответ:

1 Джоуль (Дж) − работа, приложенная сила в 1 Н на пути, равном 1 м.
Есть и другие единицы измерения работы: в килоджоулях (кДж), миллиджоулях (мДж).
1 кДж = 1000 Дж,
1 мДж = 0,001 Дж.

Упражнение 30

1. В каких из нижеперечисленных случаев совершается механическая работа: мальчик влезает на дерево; девочка играет на пианино; вода давит на стенку сосуда; вода падает с плотины?

Ответ:

Грубо нас интересует тело, и его перемещение под действием силы. В нашем случае механическая работа совершается, в следующих случаях:
− мальчик влезает на дерево;
− вода падает с плотины.

2. По гладкому горизонтальному льду катится стальной шарик. Допустим, что сопротивление движению шарика (трение о лёд, сопротивление воздуха) отсутствует. Совершается ли при этом работа?

Ответ:

Если учитывать что условия идеальны и шарик катится за счет силы инерции, то приложения силы не требуется, а значит работа не совершается.

3. При помощи подъёмного крана подняли груз массой 2500 кг на высоту 12 м. Какая работа при этом совершается?

Ответ:

Дано:
m=2500 кг;
S = h = 12 м;
g = 9,8 Н/кг.
А−?
Решение:
А = Fh;
$F = F_{тяж}$;
$F_{тяж} = gm$;
$F_{тяж}$ = 9,8 * 2500 = 24500 Н;
А = 24500 * 12 = 294 000 Дж = 294 кДж.
Ответ. 294 кДж.

4. Какая работа совершается при подъёме гидравлического молота массой 20 т на высоту 120 см?

Ответ:

Дано:
m=20 т;
S = h = 120 см;
g = 9,8 Н/кг.
А−?
Решение:
А = Fh;
$F = F_{тяж}$;
$F_{тяж} = gm$;
m (кг) = 20 * 1000 = 20000 кг;
$F_{тяж} = 9,8 * 20000$ = 196000 Н;
h (м) = 120 * 0,01 = 1,2 м;
А = 196000 * 1,2 = 235 200 Дж = 235,2 кДж.
Ответ. 235,2 кДж.

Задание

1. Вычислите механическую работу, которую вы совершаете, равномерно поднимаясь с первого на второй этаж здания школы. Все необходимые данные получите сами, результат запишите в тетрадь.

Ответ:

Мы знаем, что механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и пройденному пути (A = Fs). Эта сила по модулю равна силе тяжести $F_{тяж}$, т. е. $F = F_{тяж}$. Получается мы преодолеваем силу тяжести: $F_{тяж} = gm$, поднимая наше тело на высоту следующего этажа.
Дано:
m = 50 кг;
S = h = 3 м;
g = 9,8 Н/кг.
А−?
Решение:
А = Fh;
$F = F_{тяж}$;
$F_{тяж} = gm$;
А = gmh;
А = 9,8 * 50 * 3 = 1470 Дж.
Ответ. 1470 Дж.

2. Рассчитайте, какую механическую работу вы совершаете, равномерно проходя 1 км пути по горизонтальной дороге. Результаты запишите в тетрадь.
Указание. Человек, равномерно идя по ровному горизонтальному пути, совершает примерно 0,05 той работы, которая требовалась бы для поднятия этого человека на высоту, равную длине пути.

Ответ:

Дано:
m = 50 кг; условная масса человека
S =h= 1 км;
g = 9,8 Н/кг;
$А = 0,05 А_{1}$;
А−?
Решение:
Первоначально найдём работу, которая требуется для поднятия на высоту, равную длине пути, а потом применим коэффициент 0,05.
$А_{1} = Fh$;
$F = F_{тяж}$;
$F_{тяж} = gm$;
$А_{1} = gmh$;
h (м) = 1 * 1000 = 1000 м;
$А_{1}$ = 9,8 * 50 * 1000 = 490 000 Дж.
$А = 0,05 А_{1}$;
А = 0,05 * 490 000 = 24 500 Дж
Ответ. 24500 Дж.