Теоретические сведения. К энергетическим характеристикам движения относятся работа, мощность и энергия

К энергетическим характеристикам движения относятся работа, мощность и энергия.

Работа – величина, характеризующая процесс перемещения тела под действием силы. Она равна произведению силы на перемещение и на косинус угла между ними:

 

A = F * s * cosα. (6.1)

 

Это определение справедливо, если сила постоянна по величине и направлению, а траектория – прямая линия. Если угол находится в пределах 0 < α < 90^о, то А = F * s* cosα; если α = 90^о, то А = 0, если 90^о< α < 180^о, то А = –F * s* cosα;. Если сила меняется по величине и направлению, а траектория – кривая линия, для подсчета полной работы необходимо весь путь разбить на малые участки и использовать формулу А = F * s * cos α с последующим подсчетом суммы работ на каждом участке:

 

А = (6.2)

В системе СИ за единицу работы принимается 1 Джоуль (1Дж) – работа, которую выполняет сила 1Н, действующая вдоль перемещения на пути в 1м.

Работа силы тяжести. Пусть тело массой «m» перемещается из точки, которая находится на высоте «h₁» над поверхностью Земли, в точку, находящуюся на высоте «h₂». Работа силы тяжести в инерциальной системе отсчета, связанной с поверхностью Земли, будет равна:

 

А = mg (h₂ – h₁). (6.3)

 

Работа силы тяжести всегда равна произведению силы тяжести на разность высот, соответствующих исходному и конечному положениям тела. При движении тела вниз сила тяжести выполняет положительную работу, а при движении вверх – отрицательную.

Величина механической работы, выполняемой в ходе двигательного действия, не в полной мере характеризует свойства этого действия. Так, выполняя механическую работу в различные промежутки времени, можно получить разные степени напряженности выполнения двигательного задания.

Для оценки напряженности выполняемого физического упражнения используется такая характеристика, как мощность.

Мощностью называется отношение работы к промежутку времени, за которое эта работа выполняется.

Мощность, в зависимости от величины промежутка времени, может рассматриваться как средняя или как мгновенная.

 

(6.4)

 

 

Энергией называется скалярная величина, являющаяся универсальной мерой движения материи при всех ее превращениях из одного вида в другой. Поскольку эти превращения сопровождаются в механике выполнением работы, то последняя выбрана в качестве количественной меры изменения энергии тела.

 

А = ∆ Е, (6.5)

 

где «Е» – энергия.

Энергия характеризует состояние физической системы, изменение которой равно работе. В механике состояние физической системы определенно, если известны положения тел системы в пространстве (координаты) и их скорости в выбранной системе отсчета. В соответствии с этим в механике рассматривают только два вида энергии: кинетическую, обусловленную движением тела и зависящую только от скорости движения, и потенциальную, обусловленную взаимодействием тел между собой и зависящую от координат тел, входящих в систему.

Кинетическая энергия материальной точки – это скалярная величина, равная половине произведения массы точки на квадрат ее скорости:

 

(6.6)