План ответа: 1.Работа. 2.Мощность. Ответ: 1.Если толкать или тянуть тело, не встречая при этом никакой помехи, то результатом будет ускорение тела. Происшедшее при этом приращение кинетической энергии называют работой силы А: А = (mV22)/2 – (mV21)/2. По закону Ньютона ускорение тела, а, следовательно, и прирост кинетической энергии определяется векторной суммой всех сил, приложенных к телу, значит, в случае многих сил формула А = (mV22)/2 – (mV21)/2 – есть работа результирующей силы. Выразим работу А через величину силы. Для простоты мы ограничимся случаем, когда движение возможно лишь в одном направлении – будем толкать или тянуть вагонетку массы m, стоящую на рельсах. Согласно общей формулы равномерно-ускоренного движения V22 – V21 = 2aS. Поэтому, работа всех сил на пути S: A = (mV22)/2 – (mV21)/2 = maS. Произведение ma равно составляющей суммарной силы на направление движения. Т.о., А = fпрод S. Работа силы измеряется произведением пути на составляющую силы вдоль направления пути. Формула работы справедлива для сил любого происхождения и для движений любой траектории. Работа может быть равна нулю, и тогда, когда на движущееся тела действуют силы. Например, работа силы Кориолиса равняется нулю, т.к. сила перпендикулярна к направлению движения. Продольной составляющей у неё нет, поэтому равна нулю и работа. Любое искривление траектории, не сопровождающееся изменением скорости, не требует работы – ведь кинетическая энергия при этом не меняется. Работа может быть отрицательной, если сила направлена под тупым углом к движению, то она не помогает, а мешает движению. Продольная составляющая сила на направление будет отрицательной. Сила трения всегда замедляет движение, т.е. производит отрицательную работу. По приращении кинетической энергии можно судить о работе лишь результирующей силы. Работы отдельных сил вычисляются как произведение fпрод S. Автомобиль равномерно движется по шоссе. Прироста кинетической энергии нет, значит, работа результирующей силы равна 0. Но не равна 0 работа мотора, она равна произведению силы тяги на пройденный путь и полностью компенсируется отрицательной работой сил сопротивления и трения. Если под действием силы тяжести тело перейдёт из одного места в другое, то кинетическая энергия его изменится. Это изменение кинетической энергии равно работе А. Но из закона сохранения энергии известно, что прирост кинетической энергии происходит за счёт убыли потенциальной. Т.о., работа силы тяжести равна убыли потенциальной энергии: А = U1 – U2. Очевидно, что убыль или прирост потенциальной энергии, а, значит, и прирост или уменьшение кинетической энергии, будут одни и те же, не зависимо от того, по какому пути тело двигалось. Это значит, что работа силы тяжести не зависит от формы пути. Если тело перешло из первой точки во вторую с увеличением кинетической энергии, то из второй точки оно перейдёт в первую с уменьшением кинетической энергии на точно такую же величину. При этом пофиг, совпадает ли форма пути туда с обратно. Значит, работа туда и обратно будет одинаковой. А если тело проделает длинное путешествие, но конец пути совпадает с началом, то работа будет равна 0. Представим себе какой угодно формы замкнутый канал, по которому без трения скользит тело. Отправим его в путешествие с самой высокой точки. Тело помчится вниз, набирая скорость. За счёт полученной кинетической энергии тело будет преодолевать подъём и, наконец, вернётся на станцию отправления со скоростью, с которой оно покинуло станцию. Потенциальная энергия вернётся к прежнему значению. А если так, то кинетическая энергия не могла ни уменьшиться, ни увеличиться, значит, работа равна 0. Работа по кольцевому пути равна 0 не для всех сил. Работа сил трения, например, будет тем больше, чем длиннее путь. Чтобы судить о возможности машины производить работу, а так же о потреблении энергии, пользуются понятием мощности. 2.Мощность – это работа, совершенная за единицу времени. Более распространённая единица мощности называется ватт, получаемый делением джоуля на секунду. (От старых времён перешла к нам в наследство единица мощности, называемая лошадиной силой. На заре развития техники это название имело глубокий смысл. Машина мощностью 10 л.с. заменяет 10 лошадей – так заключал покупатель, даже если он не имел представления о единицах мощности. Автор первой единицы мощности полагал, что средняя лошадь способна произвести за одну секунду 75 кгс*м работы. Такая единица и принята: 1 л.с. = 75 кгс*м/с. )Тяжеловозы способны производить большую работу, в особенности в момент трогания с места. Однако мощность средней лошади скорее близка к ? лошадиной силы. Самолёты, корабли, ракеты часто движутся с постоянной скоростью. Это значит, что силы, действующие на них благодаря работе двигателя, равны по модулю и противоположны по направлению силам сопротивления. Скорость определяется мощностью двигателя: N = A/t. Но A = Fs, где F – модуль силы сопротивления. Следовательно, N = Fs/t. Отношение s/t = v, где v – это модуль скорости движения тела. Поэтому N = Fv (2), или v = N/F. Из этой формулы видно, что при постоянной силе сопротивления скорость тела пропорциональна мощности двигателя. Поэтому быстроходные поезда и автомобили нуждаются в двигателях большой мощности. Однако на самом деле во многих случаях сила сопротивления не постоянна, а растёт с ростом скорости. При больших скоростях, с которыми движутся корабли и самолёты, сила сопротивления воздуха и воды пропорциональна квадрату скорости. Это возможно выразить формулой F = ?v2, где ? – коэффициент пропорциональности. Подставив в формулу (2) вместо F величину ?v2, для мощности мы получим выражение N = ?v2. Мощность самолётных и судовых двигателей, следовательно, пропорциональна кубу скорости. Если, например, требуется увеличить скорость самолёта вдвое, то мощность его двигателей нужно увеличить в восемь раз. Вот почему с таким трудом даётся каждый новый успех в увеличении скорости самолётов, кораблей и других средств транспорта. Из формулы F = N/v видно, что когда мощность N двигателя постоянна, то сила, которая приложена к движущемуся телу благодаря работе двигателя, больше при малых скоростях, чем при больших. Именно поэтому водитель автомобиля при подъёме в гору, когда нужна наибольшая сила тяги, переключает двигатель на малую скорость.