Работа и мощность

Механическая работа

Механическая работа совершается, когда сила действует на тело и тело при этом перемещается в направлении силы. Если тело не движется или движется перпендикулярно силе, работа этой силы равна нулю. Поэтому, держа неподвижно тяжёлую сумку, мы устаём, но механическую работу не совершаем.

Работу вычисляют по формуле A = F·S, где F — сила, S — путь в направлении силы. Единица работы — джоуль (1 Дж = 1 Н·м).

Мощность

Мощность показывает, как быстро совершается работа. Это работа, выполненная за единицу времени: N = A/t. Единица мощности — ватт (1 Вт = 1 Дж/с). Два человека могут сделать одинаковую работу, но тот, кто справился быстрее, развил большую мощность.

Величина	Обозначение	Формула	Единица
Работа	A	A = F·S	Дж
Мощность	N	N = A/t	Вт
КПД	η	η = (A полезная / A затраченная) · 100%	%

Простые механизмы и КПД

Простые механизмы — рычаг, блок, наклонная плоскость, ворот — позволяют выиграть в силе, но при этом во столько же раз проигрывают в пути. «Золотое правило механики»: выигрывая в силе, проигрываем в расстоянии, и наоборот. Полезной работы получить больше затраченной нельзя.

Коэффициент полезного действия (КПД) показывает, какая доля затраченной работы пошла на полезное дело. Из-за трения и сопротивления часть работы всегда тратится впустую, поэтому КПД любого реального механизма всегда меньше 100%.

Рычаг и условие равновесия

Рычаг — это твёрдое тело, способное вращаться вокруг опоры. Он даёт выигрыш в силе, когда плечо приложенной силы больше плеча нагрузки. Плечо силы — это расстояние от опоры до линии действия силы. Рычаг находится в равновесии, когда произведение силы на её плечо с одной стороны равно такому же произведению с другой: F₁·l₁ = F₂·l₂. Этим правилом пользуются в ножницах, гаечном ключе, качелях, ломе.

Работа и энергия

Совершая работу, тело изменяет свою энергию. Поднимая груз, мы увеличиваем его потенциальную энергию; разгоняя тело, увеличиваем кинетическую. Работа и энергия измеряются в одних и тех же единицах — джоулях, и это не случайно: работа есть мера изменения энергии тела.

Разбор задачи

Кран поднял груз весом 500 Н на высоту 4 м за 10 с. Найдём работу и мощность.

Дано: F = 500 Н; S = 4 м; t = 10 с Работа: A = F·S = 500 · 4 = 2000 Дж Мощность: N = A/t = 2000 / 10 = 200 Вт Ответ: работа 2000 Дж, мощность 200 Вт

Частые ошибки. Работа равна нулю, если нет перемещения или сила перпендикулярна движению — про это часто забывают. Не путайте работу и мощность: работа измеряется в джоулях, мощность — в ваттах. КПД не может быть больше 100%; если получилось больше, ищите ошибку в расчёте.

Кратко о главном

• Работа совершается только при перемещении тела под действием силы: A = F·S.
• Без перемещения работа равна нулю.
• Мощность — работа за единицу времени: N = A/t, измеряется в ваттах.
• Простые механизмы дают выигрыш в силе ценой проигрыша в пути.
• КПД показывает долю полезной работы и всегда меньше 100%.