Работа. Мощность. Энергия.
Для начала разберемся с понятием работа. По определению это физическая величина равная произведению силы на пройденный путь и на косинус угла между ними. Сразу видно, что это ни как не связано с той работой, которую мы выполняем, зарабатывая деньги, наводя порядок дома и т.д. Названия одинаковые, а суть разная. Например, вы сидите и учите физику. Это работа с житейской точки зрения. Для физика ваша работа равна нулю, т.к. вы не перемещаетесь. Если при этом вы поднимаете книгу, то вы совершаете работу, но оказывается, что не только вы. Точно такую же работу совершит и сила тяжести, только она будет отрицательна. Отрицательна не значит плохая, бесполезная, а просто со знаком минус. Кстати, когда вы кладете эту книгу обратно вниз, то уже вы совершаете отрицательную работу.
За знак работы, плюс или минус, отвечает то самый косинус из определения. Для углов от 0 до 90° он положительный, от 90° до 180° - отрицательный.
На первом рисунке показаны направления силы и перемещения в случае положительной работы, на втором для отрицательной.
Но мы уже отмечали, что работа может быть равной нулю. Рассмотрим подробнее этот случай. Вообще когда вас спрашивают, может ли эта физическая величина быть равной нулю и если может, то когда, вам лучше посмотреть на формулу. Если спрашивают про работу, то смотрим на формулу работы:
Видим, что работа зависит от трех величин: силы, пути и косинуса угла между ними. Все они могут быть равными нулю. Значит и работа становится нулевой в трех случаях. Первый – путь равен нулю. Например, автомобиль стоит на месте, попал в ДТП. Сила тяжести на него действует, но работу она не совершает. Случай второй – угол между силой и перемещением равен нулю. Опять автомобиль, но уже после небольшого ремонта движется на диагностику. Катится по равной горизонтальной дороге. Перемещение направлено прямо вдоль дороги, а сила тяжести строго вниз. Угол между ними 90° и значит, работы нет. Я не случайно взял этот пример. Я хотел показать, что работу можно вычислять для любой силы. Сила тяжести в этом случае работу не совершает, а сила трения между колесами а асфальтом совершает, причем положительную, т.к. направлена в сторону движения. (Об читай тут). Остался третий случай – сила равна нулю. Тут все просто, т.к. работа находится только для силы (можно так и говорить – работа силу упругости, трения и. т.д. равна …), то нет силы нет и работы. Например, тот же автомобиль стоить но уже в рабочем состоянии и с прицепом. Т.к. он не движется, то силы упругости в сцеплении нет, а значит она не совершает работу.