Сила в направлении перемещения

Физика > Сила в направлении перемещения

Работа, осуществляемая постоянной силой, пропорциональна силе, используемой во время смещение объекта.

Задача обучения

• Контрастность смещения и дистанции при условии постоянной силы.

Основные пункты

• Осознание работы – важная основа для понимания систем позиции их энергии, требуемой для физики более высокого уровня.
• Работа эквивалентна изменению кинетической энергии системы.
• Дистанция не соответствует перемещению. Если книгу переместить на 3 м вперед и на 4 м влево, то суммарное перемещение равняется 5 м, а не 7 м.

Термин

• Работа – количество энергии, расходуемое на перемещение объекта. Если объект остается в стабильном состоянии покоя, то работа не происходит.

Работа, выполняемая постоянной силой

Если сила влияет на объект на расстоянии, то осуществилось выполнение работы. Фактически речь идет об изменении кинетической энергии.

Впервые термин «работа» ввел Гаспа-Гюстав Кориолис в 1826 году. Он имел в виду «вес, поднятый в высоту», что основано на использовании ранних парниковых двигателей, поднимавших ведра с водой из затопленных рудных копей. Единицей выступает Ньютон на метр или джоуль.

Единицы

Чтобы проверить правильность утверждений, следует проанализировать размеры. Мы говорили, что работа представляет собою изменение кинетической энергии и она равна силе, умноженной на дистанцию. Тогда их единицы должны прийти в согласие. Кинетическая энергия (как и все остальные формы) выражается в джоулях, сила – ньютоны, а дистанция – метры. Из этого выходит:

Смещение против расстояния

Очень часто возникает необходимость вычислить работу, выполняемую силой. Она пропорциональна силе и расстоянию. Рассмотрим на примерах.

Примеры проблем

(1) Есть постоянная сила двух ньютонов (F = 2 Н), влияющих на коробку с массой в 3 кг (M = 3 кг). Рассчитайте выполненную работу, если коробку сместили на 5 м.

Решение: Умножаем смещение на силу. Масса определяет, насколько быстро объект ускоряется под действием силы, а значит получим время, необходимое для доставки с одной точки в другую. Независимо от времени, объект обладает тем же смещением и той же работой.

(2) Берем ту же 3-килограммовую коробку с постоянной силой в 4 Н. Она стояла спокойно, пока ее не сдвинули на 5 м. Поверхность лишена трения, поэтому вычислите скорость коробки.

Решение: Мы знаем, что работа выступает пропорциональной изменению кинетической энергии, поэтому можем получить финальную скорость. Все началось с точки покоя, так что начальная кинетическая энергия равняется нулю. Отсюда выходит:

Конечная скорость составляет:

Получаем примерно 3.15 м/с.

---