Механическая работа и мощность. Единицы измерения работы и мощности.

Краткий ответ

   Механическая работа – это скалярная величина, равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения и на косинус угла между вектором силы  и вектором перемещения (или скорости).

   A = Fs cos α

   Обозначения:

A - Механическая работа

F - Сила, действующая на тело

S - Перемещение, которое тело совершает под действием силы

a - Угол между направлением действия силы и вектором перемещения

   Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительна (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работа, совершаемая силой, равна нулю.

   В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж).

   [1 Дж=1 Н·м]

   Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью.

   Мощность N – физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа:

N=A/t

   В Международной системе (СИ) единица мощности называется ватт (Вт). 

   Внесистемная единица мощности 1 л.с.=735 Вт

Развернутый ответ

   Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы.

   Если на тело действует сила и тело под действием этой силы перемещается, то говорят, что сила совершает работу.

   Механическая работа – это скалярная величина, равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения и на косинус угла между вектором силы  и вектором перемещения (или скорости).

A = Fs cos α

   Обозначения:

A - Механическая работа

F - Сила, действующая на тело

S - Перемещение, которое тело совершает под действием силы

a - Угол между направлением действия силы и вектором перемещения

   В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж). Джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 Н на перемещении 1 м в направлении действия силы.

   [1 Дж=1 Н·м]

   Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительна (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работа, совершаемая силой, равна нулю.

   1) Если направление силы совпадает с направлением движения тела, т.е.α = 0, cos α = 1  то

A=F·S

   2) Если сила направлена перпендикулярно к направлению движения тела, т.е. α = 90º, cos α = 0  то

A = 0

   Следовательно, если тело перемещается в направлении, перпендикулярном к направлению действия силы, то сила не производит работы.

   3) Если угол между направлением силы и направлением движения тупой, т.е. α > 90º, cos α < 0  то

A=-F·S·cosa

4) Если перемещение происходит в сторону, противоположную направлению вектора силы, т.е. α = 180 º, cos α = -1  то

A=-F·S

   Например, работа силы сопротивления отрицательна.

   Графически работа определяется по площади криволинейной фигуры под графиком F_s(x)

   Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью.

   Мощность N – физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа:

N=A/t

   В Международной системе (СИ) единица мощности называется ватт (Вт). Ватт равен мощности силы, совершающей работу в 1 Дж за время 1 с.

   Внесистемная единица мощности 1 л.с.=735 Вт

Связь между мощностью и скоростью при равномерном движении:

   N=A/t  так как   A=FScosα      тогда   N=(FScosα)/t, но S/t = v   следовательно

   N=Fvcos α 

   В технике используются единицы работы и мощности:

   1 Вт·с = 1 Дж;     1Вт·ч = 3,6·10³ Дж;      1кВт·ч = 3,6·10⁶ Дж