Документ описывает механическую работу как процесс преобразования энергии, который сопровождает изменение состояния объекта под воздействием силы. Работа определяется формулой a = f * s * cosα, где f — сила, s — перемещение, а α — угол между векторами силы и перемещения. Также рассматриваются различные случаи выполнения работы в зависимости от угла и условий действия силы.

1. Страница 1. Работа как процесс, при котором усилию сопутствует
изменение состояния
Понятие энергия тесно связано с понятием механическая работа и выражается через него,
поэтому, мы должны выяснить, что собой представляет механическая работа. Её мы
совершаем, например, когда передвигаем по столу брусок, поднимаем груз, растягиваем
пружину. Работа — это преобразование энергии, которая производит силу для
перемещения тела на расстояние. Если действующая на тело сила F вызывает его
перемещение s , то действие этой силы характеризуется величиной, называемой
механической работой (или, сокращённо, просто работой).
Работой A называется физическая величина, равная произведению модуля постоянной
силы, действующей на движущееся тело, модуля его перемещения и косинуса угла α
 
между векторами силы F и перемещения s .
Рис. 1.
A = F  s  cosα ,
где A — работа, в системе СИ работа измеряется в джоулях, сокращённо Дж;
F — модуль силы, действующей на движущееся тело, выражается в ньютонах,
сокращённо Н;
s — модуль перемещения, измеряется в метрах, сокращённо м;
 
α — угол между векторами силы F и перемещения s , измеряется в градусах или
радианах.
Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительной (0° ≤ α < 90°),
так и отрицательной (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работа, совершаемая силой, равна нулю.
В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж).

2. Джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 Н на перемещении 1 м в направлении
действия силы.

Например, к телу, движущемуся по горизонтальной дороге, приложена сила F ,
направленная под углом  к горизонту (к оси ОХ, рис. 1).
Краткий анализ общей формулы работы.
1. Если угол α = 0°, cosα =1, то работа A равна: A = F  s . В этом случае направление
 
силы F совпадает с направлением перемещения s и работа A положительна и
максимальна.
Подумайте, при каких других значениях угла α работа также будет положительна.
2. Если угол α =180°, то cosα = – 1, поэтому работа A равна: A = F  s (–1)= – F  s .
 
Это значит, что если сила F противоположна по направлению перемещению s , то работа
такой силы отрицательна.
Подумайте, при каких других значениях угла α работа силы также будет отрицательна.
3. Если угол α = 90°, cosα = 0, то работа A равна: A = ( F  s )  0.
Это значит, что если сила перпендикулярна перемещению тела, то она не совершает
работы. Например, не совершает работу сила тяжести, действующая на автомобиль при
его движении по горизонтальной дороге и на искусственный спутник Земли на круговой
орбите.
4. Если сила F = 0, то тело движется по инерции. Работа A равна: A = 0  s  cosα.
= 0, т.е. без действия силы на тело не может быть и работы.
5. Если перемещение s = 0, то тело находится в покое, движения нет. Следовательно,
работа равна: A = F  0  cosα= 0.
Нет перемещения — нет и работы. Например, работа силы тяжести, действующей на
книгу, лежащую на столе, равна нулю.
Теперь мы знаем, что работу может совершать только сила, действующая на движущееся
тело под углом α, не равным 90°. Но сила, приложенная к данному телу, создаётся другим
телом, поэтому очень часто говорят не о работе силы, а о работе тела, создающего её.
Например, вместо слов «работа силы реакции троса подъёмного крана» говорят «работа
троса подъёмного крана» или «работа подъёмного крана».
Пример решения задачи
Задача
На груз, скользящий равномерно по горизонтальной поверхности, действует сила 200 Н,
направленная под углом 60° к горизонту. Чему равна работа этой силы при перемещении
тела, равном 5 м?
Дано:
F= 200 H
α= 60°
S= 5 м
А−?
Решение
Работа силы F определяется формулой:
А = F⋅S⋅cos α;
А = 200 Н ⋅ 5 м ⋅cos 60° = 500 Дж.
Ответ: А = 500 Дж.