Лекция по физике на тему : Механическая работа и мощность

ПОАНО «ВМК» 173 Лекция №15.   Тема занятия: Механическая работа и мощность. Цель занятия: сформировать понятие механической работы, выяснить на конкретном материале, как надо правильно рассчитывать величину работы, когда тело перемещается по горизонтальному пути. Механическая работа и мощность. Энергетические   характеристики   движения   вводятся   на   основе понятия механической работы или работы силы. Работой A,   совершаемой   постоянной   силой   называется   физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла α между векторами силы   и перемещения   (рис. 1.18.1):  A = Fs  cos  .α Работа   является   скалярной   величиной.   Она   может   быть   как положительной   (0° ≤ α < 90°),   так   и   отрицательной   (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работа, совершаемая силой, равна нулю. В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж). Джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 Н на перемещении 1 м в направлении действия силы. Рисунок 1.18.1. Работа силы  :ПОАНО «ВМК» 174 Если   проекция   силы   на   направление   перемещения   не   остается постоянной,   работу   следует   вычислять   для   малых   перемещений Δsi и суммировать результаты:  Это сумма в пределе (Δsi → 0) переходит в интеграл. Графически работа определяется по площади криволинейной фигуры под графиком Fs(x) (рис. 1.18.2). Рисунок 1.18.2. Графическое определение работы. ΔAi = FsiΔsi Примером   силы,   модуль   которой   зависит   от   координаты,   может служить   сила   упругости   пружины,   подчиняющаяся закону   Гука.   Для   того, чтобы растянуть пружину, к ней нужно приложить внешнюю силу   модуль которой пропорционален удлинению пружины (рис. 1.18.3). Рисунок 1.18.3.ПОАНО «ВМК» 175 Растянутая   пружина.   Направление   внешней   силы    совпадает   с   направлением   перемещения     k – жесткость пружины.  Зависимость   модуля   внешней   силы   от   координаты x изображается   на графике прямой линией (рис. 1.18.4). Рисунок 1.18.4. Зависимость модуля внешней силы от координаты при растяжении пружины По   площади   треугольника   на   рис. 1.18.4   можно   определить   работу, совершенную   внешней   силой,   приложенной   к   правому   свободному   концу пружины:  Этой же формулой выражается работа, совершенная внешней силой при сжатии пружины. В обоих случаях работа упругой силы   равна по модулю работе внешней силы   и противоположна ей по знаку. Если к телу приложено несколько сил, то общая работа всех сил равна алгебраической   сумме   работ,   совершаемых   отдельными   силами.   При поступательном движении тела, когда точки приложения всех сил совершаютПОАНО «ВМК» одинаковое   перемещение, работе равнодействующей приложенных сил.   общая   работа   всех   сил   равна 176 Модель. Механическая работа Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью. Мощность N это   физическая   величина,   равная   отношению   работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа:  В   Международной   системе   (СИ)   единица   мощности   называется ватт (Вт). Ватт равен мощности силы, совершающей работу в 1 Дж за время 1 с.