Поняття енергії і роботи. Робота сили. Потужність.

Невід’ємною властивістю матерії є рух. Рухи матерії відрізняються один від одного за формою (якістю). Наприклад, механічний, тепловий, електромагнітний та інші рухи за своєю формою різні.

У явищах природи здійснюються перетворення одних форм руху в інші. Дуже важливо, що в усіх перетвореннях руху змінюється лише якість руху, а кількість руху залишається незмінною. Отже, можна говорити про спільну для усіх форм руху кількісну міру.

Універсальною кількісною мірою усіх форм руху і взаємодій матерії є енергія. З різними формами руху матерії зв’язують різні форми енергії: механічну, теплову, електромагнітну, ядерну і інші.

При взаємодії тіл їхня енергія змінюється. Процес зміни енергії називається роботою, а робота як величина є мірою зміни енергії.

Для характеристики механічної взаємодії тіл була введена така величина як сила. Дія сили є причиною зміни енергії, або виконання роботи. Отже, для кількісної характеристики процесу зміни енергії можна використати таку фізичну величину як робота сили.

Елементарною роботою сили називається величина, що дорівнює скалярному добутку вектора сили на вектор елементарного переміщення .

,

де – кут між векторами і , – елементарний шлях.

Роботу сили на ділянці траєкторії від точки 1 до точки 2 можна знайти за допомогою криволінійного інтеграла

, (1.61)

– проекція сили на напрямок переміщення.

Якщо, наприклад, тіло рухається прямолінійно, сила і , то дістаємо

, (1.62)

де – пройдений тілом шлях.

Для прикладу, знайдемо роботу сили тертя. Величина сили тертя визначається формулою , де – коефіцієнт тертя. За формулою (1.62) маємо

. (1.63)

Отже, робота сил тертя від’ємна (до цієї формули ми ще повернемось).

Нехай залежність від шляху представлена графічно (рис.1.12).

Тоді робота дорівнює площі заштрихованої площадки.

Одиниця вимірювання роботи – джоуль (Дж): 1 Дж – робота, яку виконує сила в 1Н на шляху в 1м. (1Дж=1Н·м).

Для характеристики швидкості виконання роботи, введена така фізична величина як потужність . Її визначають формулою

,

де – кут між векторами і .

Одиниця вимірювання потужності – ват (Вт): 1Вт – потужність, при якій за час 1с. виконується робота в 1Дж.