Что нужно знать
Механическая работа — это физическая величина, характеризующая действие силы при перемещении тела. Если сила направлена вдоль движения тела, работа вычисляется по формуле A = F · s, где A — работа (Дж), F — сила (Н), s — перемещение (м). Если сила направлена против движения, её работа отрицательна, а если перпендикулярна перемещению — равна нулю. Работа измеряется в джоулях (Дж): 1 Дж = 1 Н · 1 м. Мощность — это физическая величина, показывающая, какую работу совершает сила за единицу времени, и определяется формулой N = A / t, где N — мощность (Вт), A — работа (Дж), t — время (с). Один ватт равен одному джоулю работы за одну секунду: 1 Вт = 1 Дж/с. Например, если два человека поднимают одинаковые грузы на одну высоту, но один делает это быстрее, его мощность больше. Важно не путать работу и мощность: работа характеризует переданную энергию, а мощность — скорость совершения работы; также нельзя считать, что сила всегда совершает положительную работу.
Тест: 12 вопросов
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Что называют механической работой?
- Произведение массы тела на его ускорение
- Физическую величину, характеризующую скорость движения тела
- Физическую величину, характеризующую действие силы при перемещении тела
- Изменение положения тела за единицу времени
Механическая работа характеризует действие силы при перемещении тела. При постоянной силе, направленной вдоль перемещения, она равна произведению силы на перемещение.
2. В каких единицах СИ измеряется механическая работа?
- В метрах (м)
- В ньютонах (Н)
- В ваттах (Вт)
- В джоулях (Дж)
Единица механической работы в СИ — джоуль. Один джоуль равен работе силы 1 Н при перемещении тела на 1 м вдоль направления силы.
3. Какая формула используется для расчёта мощности?
- N = A / t
- N = t / A
- N = A · t
- N = F · s
Мощность равна отношению совершённой работы к промежутку времени, за который она выполнена. Здесь N — мощность, A — работа, t — время.
4. Какую работу совершает сила тяжести при равномерном перемещении тела по горизонтальной поверхности?
- Работа всегда равна силе тяжести
- Работа равна нулю
- Положительную работу
- Отрицательную работу
Сила тяжести направлена вертикально вниз, а перемещение тела — горизонтально. Поскольку сила перпендикулярна перемещению, её работа равна нулю.
5. Два ученика подняли одинаковые грузы на одинаковую высоту. Первый затратил 4 секунды, второй — 8 секунд. Кто развил большую мощность?
- Второй ученик
- Оба развили одинаковую мощность
- Первый ученик
- Определить невозможно, поскольку неизвестна масса грузов
При одинаковых грузах и высоте работа одинакова. Мощность N = A / t, поэтому ученик, выполнивший ту же работу за меньшее время, развил большую мощность.
6. Какую работу совершает сила 20 Н при перемещении тела на 5 м вдоль направления силы?
Используем формулу A = F · s. A = 20 · 5 = 100 Дж.
7. Двигатель совершил работу 600 Дж за 3 секунды. Какова его мощность?
- 200 Вт
- 1800 Вт
- 300 Вт
- 600 Вт
Мощность вычисляется по формуле N = A / t. N = 600 / 3 = 200 Вт.
8. Под действием силы 40 Н тело переместилось на 3 м в направлении, противоположном силе. Какую работу совершила эта сила?
Сила направлена противоположно перемещению, поэтому работа отрицательна. A = -F · s = -40 · 3 = -120 Дж.
9. Как изменится мощность двигателя, если он выполняет одну и ту же работу за время, уменьшенное в два раза?
- Не изменится
- Увеличится в четыре раза
- Увеличится в два раза
- Уменьшится в два раза
По формуле N = A / t мощность обратно пропорциональна времени при постоянной работе. Если время уменьшить в два раза, мощность увеличится в два раза.
10. Человек толкает неподвижную стену с силой 150 Н, но стена не перемещается. Какую механическую работу совершает сила человека над стеной?
- 150 Дж
- Значение зависит от продолжительности толкания
- 75 Дж
- 0 Дж
Механическая работа определяется формулой A = F · s. Поскольку стена не перемещается, s = 0, следовательно, работа равна нулю.
11. Подъёмный механизм поднимает груз на высоту 4 м, совершая работу 2000 Дж. Какова сила, с которой механизм действует на груз, если она направлена вертикально вверх и постоянна?
Используем формулу A = F · s. Выразим силу: F = A / s = 2000 / 4 = 500 Н.
12. Какой из перечисленных примеров соответствует отрицательной механической работе силы?
- Сила реакции опоры действует на тело, движущееся горизонтально по ровной дороге
- Сила трения тормозит движущийся автомобиль
- Сила тяжести действует на падающий камень
- Сила тяги двигателя разгоняет автомобиль
При торможении сила трения направлена противоположно перемещению автомобиля, поэтому её механическая работа отрицательна. Она уменьшает механическую энергию движения автомобиля.