Работа, мощность, энергия

Определение. Механическая работа

Механическая работа — физическая величина, равная произведению силы на перемещение в направлении действия силы.

$A = F \cdot s$

где:

• $A$ — работа (Дж);
• $F$ — сила (Н);
• $s$ — перемещение (м);

1 джоуль (Дж) = работа силы 1 Н при перемещении тела на 1 м: $1 \text{ Дж} = 1 \text{ Н} \cdot \text{м}$.

Работа совершается, только если тело движется под действием силы. Если ты держишь сумку неподвижно — сила есть, перемещения нет, работа по физике равна нулю.

⚠️ Типичная ошибка: «я устала держать тяжёлую сумку, значит совершила работу» — нет. По физике $A = F \cdot s$, и если $s = 0$, то $A = 0$.

Мощность

Мощность — работа, совершаемая за единицу времени.

$N = \frac{A}{t}$

где:

• $N$ — мощность (Вт);
• $A$ — работа (Дж);
• $t$ — время (с).

1 ватт (Вт) = мощность, при которой за 1 с совершается работа 1 Дж: $1 \text{ Вт} = 1 \text{ Дж/с}$.

Чем больше мощность, тем быстрее совершается та же работа.

Энергия

Энергия — способность тела совершать работу.

• Кинетическая энергия $E_k$ — энергия движущегося тела.
• Потенциальная энергия $E_p$ — энергия взаимодействия тел или энергия положения в поле сил (например, поднятое тело в поле силы тяжести).

При механических процессах энергия может переходить из одного вида в другой. Работа силы показывает, сколько энергии передано телу или отобрано у него.

Для тела массой $m$, поднятого на высоту $h$ (при $g = 10$ Н/кг):

$E_p = m g h$

Пример 1. Работа

Дано: $F = 40$ Н, $s = 5$ м.

Формула: $A = F \cdot s$

Подстановка: $A = 40 \times 5 = 200$ Дж

Ответ: $A = 200$ Дж.

Пример 2. Мощность

Дано: $A = 600$ Дж, $t = 30$ с.

Формула: $N = A / t$

Подстановка: $N = 600 / 30 = 20$ Вт

Ответ: $N = 20$ Вт.

Пример 3. Подъём груза

Дано: $m = 10$ кг, $h = 2$ м, $g = 10$ Н/кг.

Формула: $A = F \cdot s = mgh$

Подстановка: $A = 10 \times 10 \times 2 = 200$ Дж

Ответ: $A = 200$ Дж.