Механическая работа (Работа силы).

Еще в древности при применении простых машин (рычаг, блок, ворот и т. д.) была обнаружена замечательная особенность всех этих машин: оказалось, что в простых машинах перемещения вполне определенным образом связаны с силами, развиваемыми машиной. Именно, отношение перемещений двух концов простой машины, к которым приложены силы, всегда обратно отношению сил, приложенных к этим концам.

Например, если для равновесия рычага сила F₁ должна быть в n раз больше по модулю силы F₂ (смотри рисунок), то при вращении рычага путь S₁ , пройденный точкой приложения силы F₁, будет в n раз меньше пути S₂, пройденного точкой приложения силы F₂.

Это обстоятельство было сформулировано еще в древности следующим образом: "то, что мы выигрываем в силе, мы проигрываем в пути". Положение это имеет столь общее и вместе с тем столь важное значение, что оно получило название "золотого правила" механики. Заметим, что "золотое правило" механики практически соблюдается только в тех случаях, когда движение простых машин происходит равномерно или с малыми ускорениями.

Пользуясь введенными обозначениями, можно выразить "золотое правило" формулой

,

или

F₁S₁ = F₂S₂

Итак, мы видим, что в простой машине при равномерном движении всегда существует вполне определенная связь между силами и перемещениями: если направления силы и перемещения совпадают, то произведения силы на перемещение для обеих точек приложения сил оказываются одинаковыми. Таким образом, это произведение играет особую роль: с его помощью можно характеризовать действие простых машин (отметим, что эта характеристика используется для многих иных явлений). Ввиду его важности это произведение рассматривается как самостоятельная физическая величина, получившая название работы силы.

Общее выражение для работы силы выглядит следующим образом:

Работа силы при перемещении равна произведению модулей силы и перемещения и косинуса угла между ними.

Сила и перемещение - векторные величины, характеризующиеся как модулем, так и направлением.

Работа - скалярная физическая величина. Знак работы определяется знаком cos :

• Работа силы положительна (А > 0), если угол α острый (0° < α < 90°), cos α > 0.
• Работа силы, отрицательна (А < 0), если угол α тупой (90° < α < 180°), cos α < 0.
• Работа силы перпендикулярной перемещению, равна нулю (α = 90°) cos α = 0.

Т. е. положительной считается работа сил, сонаправленных с перемещением тела, отрицательной - работа сил, направленных противоположно перемещению.

Если на движущееся тело действуют несколько сил, то в выражении для работы используется модуль равнодействующей всех сил. Работа же этой равнодействующей равна сумме работ отдельных сил.