2-й семестр

МЕХАНИКА

3. Законы сохранения в механике

Урок 4/48

Тема. Механическая работа

Цель урока: раскрыть физический смысл понятия работы

Тип урока: комбинированный

План урока

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Что такое механическая работа?

Мы очень часто используем понятие «работа» в повседневной жизни. Работой называют и подъем ведра из колодца, и доставку продуктов из магазина, и решение сложной задачи. Вспомним, что общепринятое понятие «работа» отличается от понятия «механическая работа». Например, в процессе поднятия груза на высоту h понятия механической и биологической» работы совпадают.

Если мы просто держим в руках определенный груз и не передвигаемся, то мы выполняем определенную биологическую работу при сокращении мышц. С механической точки зрения, никакой работы здесь не происходит, потому что отсутствует перемещение.

Об механическую работу говорят тогда, когда тело меняет свое положение в пространстве под действием силы.

По определению механической работы мы уже знакомы из курса физики 8 класса: если на тело действует постоянная сила , направленная вдоль перемещения s тела, то работа этой силы А = F · s.

Ø Если сила направлена под углом а к перемещению тела, то работа А = F · s · cos.

Ø Работа силы равна произведению модуля силы на модуль перемещения и на косинус угла между направлением силы и направлением перемещения.

Единицей измерения работы в СИ является джоуль (Дж):

Ø один джоуль - это работа, которую выполняет сила в 1 Н в процессе перемещения тела на 1 м в направлении действия силы:

1 Дж = 1 Н · 1 м.

Из формулы для работы следует, что работа может быть положительной, равняться нулю и быть отрицательной, в зависимости от того, какой угол составляет направление силы с направлением перемещения:

А > 0,если 90°;

А = 0, если = 90°;

А 0, если > 90°.

2. Работа различных сил

Работа силы тяжести

Вычислим работу внутренних сил системы, состоящей из Земли и поднятого над поверхностью Земли тела.

Если тело падает с определенной высоты, направление силы тяжести совпадает с направлением перемещения. При этом во время движения тела вниз работа силы тяжести положительна. Если тело массой m падает с высоты h, то работа силы тяжести равна:

A = mgh.

Во время движения тела вверх сила тяжести уже направлена противоположно перемещению, поэтому в этом случае работа силы тяжести отрицательна. Следовательно, в случае подъема тела массой m на высоту h работа силы тяжести равна:

A = -mgh.

Работа силы упругости

В случае уменьшения деформации пружины сила упругости, действующая со стороны пружины, направленная так же, как перемещение, поэтому работа силы упругости положительная.

Из закона Гука следует, что в случае уменьшения деформации пружины до нуля, модуль силы упругости уменьшается от kx к нулю, поэтому среднее значение силы упругости равна:

При этом работа силы упругости определяется, как

В случае увеличения деформации пружины сила упругости, действующая на тело со стороны пружины, направлена противоположно деформации.

В этом случае работа силы упругости отрицательна.

Работа силы трения скольжения

Сила трения скольжения всегда направлена противоположно направлению скорости, а следовательно, и перемещению тела, поэтому работа силы трения скольжения всегда негативная.

Вопрос к ученикам во время изложения нового материала

1. В каких случаях работа положительна? отрицательная? равна нулю?

2. По морю плывет корабль. Выполняет при этом работу сила тяжести?

3. Выполняет ли работу сила тяжести, действующая на спутник, который движется вокруг Земли по круговой орбите?

4. Положительную или отрицательную работу выполняет сила тяжести, когда тело скользит вниз по наклонной плоскости?

5. Какую работу - положительную или отрицательную - мы выполняем, растягивая пружину? Какую работу выполняет сила упругости?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Тренируемся решать задачи

1. Лифт массой 300 кг поднимается на 30 м, а затем возвращается обратно. Какую работу выполняет сила тяжести, действующая на лифт во время движения вверх? во время движения вниз? на протяжении всего пути?

2. Человек идет по берегу и тянет против течения на веревке лодку, прикладывая силу 200 Н. Угол между веревкой и берегом составляет 30°. Какую работу выполняет человек, перемещая лодку на 5 м?

3. Под действием силы 5 Н пружина растянулась на 2 см. Какую работу выполнила внешняя сила вследствие растяжения этой пружины на 5 см?

2). Контрольные вопросы

1. Тело бросили вертикально. Которым есть знак работы силы тяжести:

а) во время подъема тела;

б) во время его падения?

2. Положительную или отрицательную работу выполняет сила трения, действующая на санки, когда их тянут по склону горы? когда съезжают с горы?

3. Зависит ли значение работы силы тяжести от длины пройденного телом пути? от массы тела?

4. Какую работу - положительную или отрицательную - выполняет сила упругости при сжатии пружины? при возвращении пружины в недеформований состояние?

Что мы узнали на уроке

• Работа силы равна произведению модуля силы на модуль перемещения и на косинус угла между направлением силы и направлением перемещения:

A = Fs cos.

• Один джоуль - это работа, которую выполняет сила в 1 Н при перемещении тела на 1 м в направлении действия силы:

1 Дж = 1 Н · 1 м.

• Работа силы тяжести:

A = mgh.

• Работа силы упругости:

• Работа силы трения скольжения всегда негативная.

Домашнее задание

1. П.: § 34.

2. 36.:

г1) - 17.1; 17.2; 17.7; 17.8;

р2) - 17.13; 17.14; 17.15; 17.19;

г3) - 17.26; 17.27; 17.28; 17.30.