Механическая работа

В обыденной жизни словом «работа» мы называем всякое действие человека или устройства. Например, мы говорим: работает плотник, работает холодильник, работает компьютер. В физике же термин «работа» имеет иной смысл – более определённый. Рассмотрим пример. Взгляните на рисунок.

Лошадь, тянущая телегу, действует на нее с некоторой силой. Обозначим её F_тяги. Дедушка, сидящий на телеге, давит на нее с некоторой силой. Обозначим её F_давл. Телега движется вправо, то есть вдоль направления силы тяги лошади. А в направлении силы давления дедушки (то есть вниз) телега не перемещается. Поэтому в физике говорят, что F_тяги совершает над телегой механическую работу, а F_давл – не совершает.

Работой силы над телом или механической работой в физике называют величину, равную произведению силы на путь, пройденный телом вдоль направления этой силы.

A – механическая работа, Дж. F – действующая на тело сила, Н. l – пройденный телом путь, м.

В честь английского ученого Д. Джоуля единица работы получила название 1 джоуль. Согласно формуле 1 Дж = 1 Н·м.

Числовые значения силы и пути – всегда неотрицательные числа. В отличие от них, механическая работа может иметь как положительный, так и отрицательный знак. Если направление силы совпадает с направлением движения тела, то работу силы считают положительной (сила «разгоняет» тело). Если направление силы противоположно направлению движения тела, работу силы считают отрицательной (сила «тормозит» тело).

Если направление движения тела перпендикулярно направлению действия силы, то согласно определению, такая сила механическую работу не совершает.

Совершение работы может выглядеть по-разному с точки зрения различных наблюдателей. Рассмотрим пример – девочка едет в лифте вверх. Совершает ли она механическую работу? Девочка может совершать работу только над теми телами, на которые действует силой. Такое тело лишь одно – кабина лифта, так как девочка давит на её пол своим весом. Теперь выясним, проходит ли это тело некоторый путь. Рассмотрим два варианта: с неподвижным и движущимся наблюдателем.

Пусть мальчик-наблюдатель сидит на земле. По отношению к нему кабина лифта движется вверх, то есть проходит некоторый путь. Вес девочки направлен в противоположную сторону – вниз, следовательно, девочка совершает над кабиной отрицательную механическую работу: A_дев < 0.

Вообразим теперь, что наблюдатель пересел внутрь лифта. Девочка, как и прежде, давит на пол кабины. Однако в этом случае по отношению к наблюдателю кабина не движется (то есть не удаляется и не приближается, хотя лифт по-прежнему «едет» вверх). Следовательно, с точки зрения такого наблюдателя девочка не совершает механическую работу.