Что такое работа силы упругости. Работа силы тяжести

Обратите внимание, что у работы и энергии одинаковые единицы измерения. Это означает, что работа может переходить в энергию. Например, для того, чтобы тело поднять на некоторую высоту, тогда оно будет обладать потенциальной энергией , необходима сила, которая совершит эту работу. Работа силы по поднятию перейдет в потенциальную энергию.

Правило определения работы по графику зависимости F(r): работа численно равна площади фигуры под графиком зависимости силы от перемещения.

Угол между вектором силы и перемещением

1) Верно определяем направление силы, которая выполняет работу; 2) Изображаем вектор перемещения; 3) Переносим вектора в одну точку, получаем искомый угол.

На рисунке на тело действуют сила тяжести (mg), реакция опоры (N), сила трения (Fтр) и сила натяжения веревки F, под воздействием которой тело совершает перемещение r.

Работа силы тяжести

Работа реакции опоры

Работа силы трения

Работа силы натяжения веревки

Работа равнодействующей силы

Работу равнодействующей силы можно найти двумя способами: 1 способ - как сумму работ (с учетом знаков "+" или "-") всех действующих на тело сил, в нашем примере
2 способ - в первую очередь найти равнодействующую силу, затем непосредственно ее работу, см. рисунок

Работа силы упругости

Для нахождения работы, совершенной силой упругости, необходимо учесть, что эта сила изменяется, так как зависит от удлинения пружины. Из закона Гука следует, что при увеличении абсолютного удлинения, сила увеличивается.

Для расчета работы силы упругости при переходе пружины (тела) из недеформированного состояния в деформированное используют формулу

Мощность

Скалярная величина, которая характеризует быстроту выполнения работы (можно провести аналогию с ускорением , которое характеризует быстроту изменения скорости). Определяется по формуле

Коэффициент полезного действия

КПД - это отношение полезной работы, совершенной машиной, ко всей затраченной работе (подведенной энергии) за то же время

Коэффициент полезного действия выражается в процентах. Чем ближе это число к 100%, тем выше производительность машины. Не может быть КПД больше 100, так как невозможно выполнить больше работы, затратив меньше энергии.

КПД наклонной плоскости - это отношение работы силы тяжести, к затраченной работе по перемещению вдоль наклонной плоскости.

Главное запомнить

1) Формулы и единицы измерения;
2) Работу выполняет сила;
3) Уметь определять угол между векторами силы и перемещения

Если работа силы при перемещении тела по замкнутому пути равна нулю, то такие силы называют консервативными или потенциальными . Работа силы трения при перемещении тела по замкнутому пути никогда не равна нулю. Сила трения в отличие от силы тяжести или силы упругости является неконсервативной или непотенциальной .

Есть условия, при которых нельзя использовать формулу
Если сила является переменной, если траектория движения является кривой линией. В этом случае путь разбивается на малые участки, для которых эти условия выполняются, и подсчитать элементарные работы на каждом из этих участков. Полная работа в этом случае равна алгебраической сумме элементарных работ:

Значение работы некоторой силы зависит от выбора системы отсчета.

В повседневной жизни часто приходится встречаться с таким понятием как работа. Что это слово означает в физике и как определить работу силы упругости? Ответы на эти вопросы вы узнаете в статье.

Механическая работа

Работа - это скалярная алгебраическая величина, которая характеризует связь между силой и перемещением. При совпадении направления этих двух переменных она вычисляется по следующей формуле:

F - модуль вектора силы, которая совершает работу;
S - модуль вектора перемещения.

Не всегда сила, которая действует на тело, совершает работу. Например, работа силы тяжести равна нулю, если ее направление перпендикулярно перемещению тела.

Если вектор силы образует отличный от нуля угол с вектором перемещения, то для определения работы следует воспользоваться другой формулой:

A=FScosα

α - угол между векторами силы и перемещения.

Значит, механическая работа - это произведение проекции силы на направление перемещения и модуля перемещения, или произведение проекции перемещения на направление силы и модуля этой силы.

Знак механической работы

В зависимости от направления силы относительно перемещения тела работа A может быть:

положительной (0°≤ α<90°);
отрицательной (90°<α≤180°);
равной нулю (α=90°).

Если A>0, то скорость тела увеличивается. Пример - падение яблока с дерева на землю. При A<0 сила препятствует ускорению тела. Например, действие силы трения скольжения.

Единица измерения работы в СИ (Международной системе единиц) - Джоуль (1Н*1м=Дж). Джоуль - это работа силы, значение которой равно 1 Ньютону, при перемещении тела на 1 метр в направлении действия силы.

Работа силы упругости

Работу силы можно определить и графическим способом. Для этого вычисляется площадь криволинейной фигуры под графиком F s (x).

Так, по графику зависимости силы упругости от удлинения пружины, можно вывести формулу работы силы упругости.

Она равна:

A=kx 2 /2

k - жесткость;
x - абсолютное удлинение.

Что мы узнали?

Механическая работа совершается при действии на тело силы, которая приводит к перемещению тела. В зависимости от угла, который возникает между силой и перемещением, работа может быть равна нулю или иметь отрицательный или положительный знак. На примере силы упругости вы узнали о графическом способе определения работы.

Краткое описание урока

Главное на уроке – изучение нового материала и практическое применение знаний при решении задач.

В начале урока учащиеся выполняют фронтальную самостоятельную работу по темам: «Работа силы и работа силы тяжести». Затем учащиеся проводят взаимопроверку самостоятельной работы с выставлением оценки.

На следующем этапе урока прошу учащихся доказать, что сила упругости – консервативная. Идёт объяснение материала с элементами беседы.

Приходим к выводу, который должны сделать учащиеся: работа силы упругости зависит от деформации пружины в начальном и конечном состоянии и не зависит от формы траектории. Сила упругости – консервативная сила.

На следующем этапе учащиеся самостоятельно решают предложенные задачи с последующей проверкой у доски. На уроке использованы такие формы работы, которые позволяют развивать ключевые компетентности обучающихся: познавательные, языковые, научные, коммуникативные и другие, которые помогут учащемуся ориентироваться в социуме.

Тип урока – комбинированный

Задачи урока:

Образовательные : показать, что сила упругости консервативна, получить формулу для расчета работы силы упругости.
Развивающие : развивать умение анализировать, делать конспект, обобщать, сравнивать, делать выводы.
Воспитательные : развивать познавательный интерес к предмету, развивать навыки коммуникативного общения.

ХОД УРОКА

1. Организационный момент.

– Сегодня на уроке мы с вами докажем, что сила упругости консервативная сила. Но для успешного достижения нашей цели вы выполните небольшую проверочную работу.

2. Самостоятельная работа

1. По какой формуле рассчитывается работа силы?

2. В каком случае работа силы положительная?

3. Силы называют консервативными, если они обладают свойствами:

A. Работа силы не зависит от формы траектории, по которой движется тело.
Б. Работа силы определяется начальным и конечным положением тела.
В. При движении тела по замкнутой траектории работа силы равна нулю.
Г. работа силы зависит от формы траектории движения тела.

4. Тело брошено вертикально вверх. Какую работу совершила сила тяжести?

А. положительную. Б. отрицательную. В. равную нулю. Г. никакую.

5. Тело массой 2 кг под действием силы тяжести в 30Н поднимается на высоту 15м. Чему равна работа этой силы?

А. 47Дж. Б. 0Дж. В. 4Дж. Г. 900Дж.

4. Новый материал

– По какой формуле рассчитывается работа сила?

– Сформулируйте и запишите закон Гука.

По закону Гука: Fупр = – kx

– Является ли сила упругости постоянной силой?

Для вычисления работы силы упругости воспользуемся графиком зависимости модуля силы упругости от координаты.

Работа силы упругости численно равна площади трапеции BCDM.

Вывод: работа силы упругости зависит от деформации пружины в начальном и конечном состоянии и не зависит от формы траектории. Сила упругости – консервативная сила.

3. Решение задач

1) Резиновый шнур длиной 1м под действием груза 10Н удлинился на 10см. Найти работу силы упругости.

2) Под нагрузкой 8кН балка прогибается на 1мм. Какая потребуется работа, чтобы балка прогнулась на 6мм.

3) При удлинении спиральной пружины на 10см возникает сила упругости 150Н. Начертить график зависимости силы упругости от удлинения пружины. По графику определить работу, совершаемую силой упругости при удлинении пружины на 8,5см.

4. Подведение итогов и выставление оценок.

5. Домашнее задание §48, повторить §47.Подготовиться к проверочной работе.

Литература.

1. Учебник физики10 класс, Г. Я. Мякишев , Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский.
2. Сборник задач по физике В. П. Демкович, Л. П. Демкович.

1. Среднее значение силы упругости равно полусумме начального и конечного ее значений.

2. В чем сходство выражений для работы силы упругости и работы силы тяжести?

2. Работа силы упругости, как и работа силы тяжести, зависит только от начальной и конечной координаты свободного конца, например, пружины (от х 1 до x 2).

3. Чему равна работа силы упругости, если тело, на которое она действует, пройдя какое-то расстояние, вернулось в исходную точку?

3. Так как работа силы упругости не зависит от формы траектории, то ее работа в данном случае равна нулю.

4. Может ли обладать потенциальной энергией тело, находящееся в состоянии равновесия?

4. Может, так как потенциальная энергия тела зависит только от его координат, и не зависит от суммы действующих на него сил.

5. Может ли обладать потенциальной энергией тело, на которое не действуют никакие силы?

5. Нет, так как потенциальная энергия равна работе силы при переходе тела из одного его положения в другое, в котором его координаты считаем нулевыми. Если же на тело не действуют никакие силы, то и потенциальная энергия этого тела отсутствует.

6. Чему равна потенциальная энергия упруго деформированного тела?

6. Потенциальная энергия деформированного тела равна работе силы упругости при переходе тела в состояние, в котором его деформация равна нулю.