Механическая работа: единица измерения и формула

Что такое механическая работа

Механическая работа совершается, когда сила действует на тело и перемещает его. Например, при подъёме груза работа совершается силой, с которой человек действует на груз.

Чтобы работа была совершена, нужны два условия:

1. На тело должна действовать сила.
2. Тело должно переместиться, причём сила или её часть должна быть направлена вдоль перемещения.

Если тело не движется, механическая работа этой силы равна нулю. Например, человек может удерживать тяжёлый предмет, но, пока предмет остаётся неподвижным, работа не совершается. Работа также равна нулю, если сила направлена перпендикулярно перемещению.

Формула механической работы

Если сила направлена так же, как перемещение тела, работу вычисляют по формуле:

$A = F \cdot s$

где:

• $A$ — механическая работа;
• $F$ — сила;
• $s$ — перемещение тела.

Из формулы видно: чем больше сила или путь, тем больше работа.

Если сила образует угол с направлением движения, учитывают только её часть, направленную вдоль перемещения:

$A = F \cdot s \cdot \cos \alpha,$

где $\alpha$ — угол между направлением силы и перемещением. В курсе 7 класса чаще рассматривают случай, когда сила и перемещение направлены одинаково.

Единица работы

В Международной системе единиц (СИ) механическую работу измеряют в джоулях (Дж).

Один джоуль — это работа силы в 1 ньютон, которая перемещает тело на 1 метр в направлении действия силы:

$1\ Дж = 1\ Н \cdot 1\ м.$

Также используют более крупные единицы:

• $1\ кДж = 1000\ Дж$;
• $1\ МДж = 1\,000\,000\ Дж$.

Пример расчёта

На ящик действует сила 20 Н, и он перемещается на 3 м в направлении этой силы. Работа равна:

$A = F \cdot s = 20\ Н \cdot 3\ м = 60\ Дж.$

Ответ: 60 Дж.

Итак, механическая работа характеризует действие силы при перемещении тела. Её основная единица измерения — джоуль.