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):
Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительна (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (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.
|
1 |
Рисунок 1.18.1. Работа силы  :  |
Если проекция 
силы 
на направление перемещения 
не остается постоянной, работу следует вычислять для малых перемещений 
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).
 2 |
| Рисунок 1.18.2. Графическое определение работы. ΔAi = FsiΔsi. |
Примером силы, модуль которой зависит от координаты, может служить упругая сила пружины, подчиняющаяся закону Гука. Для того, чтобы растянуть пружину, к ней нужно приложить внешнюю силу 
модуль которой пропорционален удлинению пружины (рис. 1.18.3).
 3 |
Рисунок 1.18.3. 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).
 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, и равна работе равнодействующей приложенных сил. Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью. Мощность N – 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.
Комментарии
Отправить комментарий