Работа при подъёме и опускании груза

Физика · 7 класс. Изучите схему, разберите примеры и проверьте себя.

Равномерный подъём

Пусть груз равномерно поднимают вертикально и существенны только тяжесть и подъёмная сила. Тогда подъёмная сила направлена вверх и равна по значению mg. При высоте подъёма h её работа Aпод = mgh. В этой модели не учитываются сопротивление воздуха и выталкивание; g берут из условия.

Работа тяжести

При том же подъёме сила тяжести направлена вниз, а перемещение вверх. Поэтому Aтяж = −mgh. Груз массой 2 кг при подъёме на 3 м и g = 10 Н/кг имеет Aпод = +60 Дж и Aтяж = −60 Дж. Сумма этих работ при равномерном подъёме равна нулю; положительная работа подъёмной силы не исчезает из-за этой компенсации.

Опускание

Если груз перемещается вниз, сила тяжести совершает положительную работу. При равномерном опускании в той же простой модели поддерживающая сила направлена вверх и совершает отрицательную работу. Сначала называйте силу и направление перемещения; фраза «работа при опускании» без этого может быть неполной.

Перевод массы и высоты

В mgh при g в Н/кг массу выражают в кг, высоту — в м. Например, 250 г = 0,25 кг. При равномерном подъёме на 2 м и g = 9,8 Н/кг работа подъёмной силы 0,25 × 9,8 × 2 = 4,9 Дж. Работа тяжести за тот же подъём −4,9 Дж.

Горизонтальное перемещение

При движении груза только горизонтально на одной высоте тяжесть вертикальна, поэтому её работа нулевая. Это не значит, что любая другая сила обязательно имеет нулевую работу: тяга и трение могут давать ненулевые вклады. Если у перемещения есть вертикальная часть, её нужно учитывать отдельно.

Когда простой расчёт требует уточнения

Равенство подъёмной силы mg не переносят автоматически на разгон, заметное сопротивление или действие других вертикальных сил. Работа тяжести у поверхности при постоянном g определяется направлением и изменением высоты, но работа конкретного подъёмного устройства может потребовать дополнительных данных. В численных заданиях этого курса модель указана явно.

Проверьте себя