! Головне у цьому параграфі

• Реактивний рух є проявом закону збереження імпульсу.

• Система, що здійснює реактивний рух, не потребує взаємодії з іншими тілами, крім тих, що входять до неї. Тому вона забезпечує можливість переміщення у навколоземному просторі.

? Запитання та вправи для самоперевірки

1. Яка важлива особливість реактивного руху забезпечує його широке використання в сучасній техніці?

2. Які основні складові сучасної ракети?

3. Які характеристики ракети визначають її максимальну швидкість?

4. Яким чином створюється реактивна сила у реактивному двигуні?

5. Яким чином вирішують питання необхідності збільшення співвідношення корисної маси до маси оболонки ракети?

* Запропонуйте власну схему космічної ракети майбутнього. Розкрийте внесок вітчизняних учених і конструкторів до справи освоєння космосу.

§ 21. Механічна робота. Потужність

Робота сили. Потужність

Навколишні тіла перебувають у постійному русі, який характеризує механічний стан довільної системи. Зміни механічного стану системи можна дослідити, проаналізувавши особливості взаємного розміщення тіл, що входять до системи, та зміни їх руху. Важливою характеристикою механічної системи є її імпульс. Не завжди є можливість детально вивчати всі ці характеристики, тому досить зручно описувати зміни механічного стану системи однією фізичною величиною, яку називають роботою.

З повсякденного життя ви знаєте, що роботу виконують найрізноманітніші машини і механізми, а також людина за допомогою своїх м’язів. Робота зводиться до надання руху навколишнім тілам, підтримки його або зупинки рухомого тіла. Такі зміни механічного руху відбуваються в результаті взаємодії тіл. Оскільки взаємодія тіл характеризується силою, то зміну стану руху одного тіла внаслідок взаємодії з іншими тілами може розглядатися як його рух під дією деякої сили. Тобто, одні тіла діють на інші з тією чи іншою силою. При цьому кажуть, що тіла виконують роботу. Тож, якщо до тіла прикладена певна сила і воно переміщується під її дією, то сила виконує механічну роботу. Робота є кількісною мірою дії сили.

Механічна робота – це фізична величина, що кількісно характеризує зміну стану тіла під дією сили.

Механічна робота залежить від величини прикладеної до тіла сили та його переміщення під її дією. Якщо тіло здійснює переміщення у напрямі дії сили , то робота А = F ∙ S. Якщо сила утворює кут α з переміщенням (мал. 3.13.), то робота сили визначається не лише модулем сили та переміщення, а й залежить від кута докладання сили. Тому в загальному випадку робота сили дорівнює добутку модулів сили та переміщення і косинуса кута між ними.

А = F ∙ S ∙ cos α

За цією формулою розраховують роботу постійної сили, під дією якої тіло переміщується прямолінійно.

Робота є величиною скалярною. За одиницю роботи беруть джоуль, що в СІ визначається як робота сили в 1 Н під час переміщення точки її прикладання на 1 м:

1Дж = 1 Н ∙ м.

Знак роботи визначається знаком косинуса кута між силою та переміщенням. Робота А > 0, якщо α < 90°. Якщо α > 90° – робота від’ємна. Якщо α = 90° сила перпендикулярна переміщенню, то робота не виконується.

Фізичний зміст додатної роботи сили полягає в тому, що тіло переміщується в напрямі дії сили.

Робота від’ємна, якщо переміщення тіла протилежне до напряму дії сили.

Додатною є робота сили тяги, оскільки вона напрямлена уздовж переміщення (мал. 3.14). Додатна робота виконується силою натягу нитки під час піднімання вантажу.

Від’ємну роботу, як правило, виконують сили тертя, які направлені проти руху. Разом із тим, робота сил тертя може бути додатною (наприклад, сила тертя спокою, що прикладена до людини на ескалаторі, спрямована у бік його руху).

Не виконує роботу сила тяжіння при переміщенні тіла по горизонтальній площині, а також під час руху супутника по коловій орбіті.

Приклад.

Задача 1. Визначимо роботу, яку виконав вантажник, перемістивши візок на 10 м, діючи на нього з силою 100 Н, напрямленою під кутом 45°.

Дано: Розв’язання.

F = 100 Н; А = F ∙ S ∙ cos α

S = 10 м; А = 100 ∙ 10 ∙ = 500 V₂ ≈ 700 Дж

α = 45°

А – ?

Відповідь: А = 700 Дж = 7 кДж.

Потужність. Робота характеризує дію сили, залежить від її величини, напряму сили та переміщення, і не залежить від часу. Тобто, величина механічної роботи не дає можливості визначити протягом якого часу вона була виконана. Оскільки на практиці досить важливо знати час докладання сили, і відповідно, виконання роботи.

Тому використовують фізичну величину, яка характеризує швидкість виконання роботи, або роботу за одиницю часу – потужність:

Р =

В

Мал.139

раховуючи, що А = F ∙ ∆S ∙ cos α : Р = ∙ cos α = F ∙ Vcos α.

Я

Мал.139

кщо кут між векторами сили і швидкості більший за 90°, то потужність буде від’ємною. Тобто, тіло споживатиме потужність.

Одиницею вимірювання потужності є ват (Вт). Тіло має потужність 1 Вт, якщо воно виконує роботу в 1 Дж протягом 1 с.

1 Вт =

До цього часу використовують таку одиницю (позасистемну) потужності, як кінська сила (к.с.)

1 к.с ≈ 735 Вт

Для вимірювання потужності великих механізмів використовують кіловати: 1 кВт = 1000 Вт (10³ Вт), мегавати: 1 мВт = 1000000 Вт (10⁶ Вт).