Обычно словом «работа» мы называем действие человека или технического устройства. Например, мы говорим: работает плотник, работает холодильник, работает компьютер. В физике термин «работа» имеет более конкретный (определённый) смысл. Поясним это на нескольких примерах действия сил. Взгляните на рисунок.

Лошадь тянет телегу с некоторой силой, обозначим её Fтяги. Дедушка, сидящий на телеге, давит на неё с некоторой силой. Обозначим её Fдавл. Телега движется вдоль направления силы тяги лошади (вправо), а в направлении силы давления дедушки (вниз) телега не перемещается. Поэтому в физике говорят, что Fтяги совершает работу над телегой, а Fдавл не совершает работу над телегой.

Итак, работа силы над телом или механическая работа – физическая величина, модуль которой равен произведению силы на путь, пройденный телом вдоль направления действия этой силы:

В честь английского учёного Д.Джоуля единица механической работы получила название 1 джоуль (согласно формуле, 1 Дж = 1 Н·м).

Если на рассматриваемое тело действует некоторая сила, значит, на него действует некоторое тело. Поэтому работа силы над телом и работа тела над телом – полные синонимы. Однако, работа первого тела над вторым и работа второго тела над первым – частичные синонимы, поскольку модули этих работ всегда равны, а их знаки всегда противоположны. Именно поэтому в формуле присутствует знак «±». Обсудим знаки работы более подробно.

1. Что мы обычно называем работой?
2. В отличие от бытовых представлений, в науке ...
3. Символом Fтяги мы обозначили силу, с которой ...
4. Символом Fдавл мы обозначили силу, с которой ...
5. Почему Fтяги совершает работу, а Fдавл – не совершает?
6. Синонимом для механической работы является работа ...
7. Что такое работа силы над телом?
8. Что такое 1 джоуль в физике и технике?
9. Один джоуль представляет собой ...
10. Работы двух тел друг над другом равны лишь по модулю, так как ...

Числовые значения силы и пути – всегда неотрицательные величины. В отличие от них механическая работа может иметь как положительный, так и отрицательный знаки. Если направление силы совпадает с направлением движения тела, то работу силы считают положительной. Если направление силы противоположно направлению движения тела, работу силы считают отрицательной (берём «–» из «±» формулы). Если направление движения тела перпендикулярно направлению действия силы, то такая сила работу не совершает, то есть A = 0.

Рассмотрите три иллюстрации по трём аспектам механической работы.

Совершение силой работы может выглядеть по-разному с точек зрения различных наблюдателей. Рассмотрим пример: девочка едет в лифте вверх. Совершает ли она механическую работу? Девочка может совершать работу только над теми телами, на которые действует силой. Такое тело лишь одно – кабина лифта, так как девочка давит на её пол своим весом. Теперь надо выяснить, проходит ли кабина некоторый путь. Рассмотрим два варианта: с неподвижным и движущимся наблюдателем.

Пусть сначала мальчик-наблюдатель сидит на земле. По отношению к нему кабина лифта движется вверх и проходит некоторый путь. Вес девочки направлен в противоположную сторону – вниз, следовательно, девочка совершает над кабиной отрицательную механическую работу: Aдев < 0. Вообразим, что мальчик-наблюдатель пересел внутрь кабины движущегося лифта. Как и ранее, вес девочки действует на пол кабины. Но теперь по отношению к такому наблюдателю кабина лифта не движется. Поэтому с точки зрения наблюдателя в кабине лифта девочка не совершает механическую работу: Aдев = 0.

11. Когда механическая работа имеет знак «плюс»?
12. Когда механическая работа меньше нуля?
13. Когда работа силы равна нулю?
14. Любое тело способно совершить механическую работу ...
15. Что мы планируем проиллюстрировать примером с лифтом?
16. Девочка может совершать работу над кабиной лифта, поскольку ...
17. С точки зрения мальчика-наблюдателя на земле ...
18. Вес девочки направлен вниз, а кабина движется вверх, значит ...
19. С точки зрения мальчика, стоящего рядом с девочкой, ...
20. Теперь в направлении веса девочки кабина не проходит пути, ...