Що таке робота й енергія?

1. Механічна робота виконується, якщо на тіло діє сила і тіло під дією цієї сили переміщується на деяку відстань. Розглянь малюнок 20.1. З'ясуй, у яких випадках механічна робота не виконується.

2. З'ясуй, чи можна порівняти і виміряти роботу. Підніми на парту наплічник. Потім підніми його ще вище — на витягнуті руки над головою. Поверни наплічник на місце й так само підніми над головою якусь книжку. Що лишається незмінним під час виконання цих завдань? А що змінюється? У якому з трьох випадків довелося виконати більшу роботу? Обґрунтуй відповідь.

3. З'ясуй, чи пов'язані між собою робота й енергія. Поклади на парту гумку. Розташуй на певній відстані від гумки пенал і штовхни його так, щоби зрушити з місця гумку (мал. 20.2).

Підніми пенал на невелику висоту й відпусти. Тепер підніми його на більшу висоту й знову відпусти. У чому полягає відмінність між обома випадками? На що було витрачено енергію пенала щоразу?

Чи може сила не виконувати роботу?

У побуті під словом «робота» ми найчастіше розуміємо, прибрати кому шкільні домашні завдання та й взагалі будь-яку працю — фізичну чи розумову. Та в цьому параграфі ми говоритимемо про роботу як про фізичну величину, що характеризує рух і взаємодію тіл.

Наприклад, будівельний кран піднімає вантаж — і роботу виконує сила натягу троса, трактор тягне плуга — роботу виконує сила тяги двигуна, ти йдеш до школи — роботу виконує сила м’язів.

Якщо напрямок сили й напрямок руху збігаються, робота буде додатною. Ні — від’ємною (наприклад, коли сила тертя гальмує рух).

Також робота може дорівнювати нулю, якщо: 1) сили недостатньо, щоб зрушити тіло з місця; 2) дію сили компенсує інша сила; 3) напрямки руху й сили перпендикулярні.

Розглянь малюнок 20.3. Якою буде робота в кожному випадку?

Механічна робота — це фізична величина, якою характеризують дію сили з переміщення якогось тіла.

Чи можливо виміряти роботу?

У завданні 2 для піднімання тіл треба виконати роботу з подолання сили тяжіння, що тягне ці тіла донизу. А вона залежить від маси. Отже, для підняття наплічника доведеться виконати більше роботи, ніж для підняття книжки. Також величина роботи залежить від висоти піднімання — що вище треба підняти тіло, то більшою буде робота.

Як пов’язані робота й енергія?

Поняття енергії стосується не лише енергетики. Енергією володіє будь-яке тіло: чи то величезна зоря, чи то мікрочастинка. Ось лише назви видів енергії: механічна, хімічна, електрична, магнітна, теплова, світлова, ядерна.

Усі ці види енергії взаємопов’язані, можуть перетворюватися один на інший.

Тіла можуть виконувати роботу лише тоді, коли вони мають енергію. Повернімося до малюнка 20.1. У яких випадках енергію витрачають на виконання роботи? Яке тіло має запас енергії? А яке отримує енергію від інших тіл?

Два види механічної енергії

Відсортуй ілюстрації (мал. 20.4) на приклади для кінетичної та потенціальної енергії — обидві є різновидами механічної енергії.

Це може бути енергія вітру, потоку води, велосипеда, ракети.

Кінетична енергія — це

енергія тіл, що рухаються.

Це може бути енергія піднятого над землею вантажу, стиснутої пружини чи натягнутої тятиви лука.

Тіло одночасно може мати кінетичну й потенціальну енергію, вони також можуть перетворюватися одна в іншу. Натягнута тятива лука має потенціальну енергію. Випрямляючись, тятива надає стрілі кінетичної енергії.

Кінетична енергія збільшується рівно настільки, наскільки зменшується потенціальна, тобто сума потенціальної і кінетичної енергій залишається сталою (зберігається).

Потенціальна енергія — це

енергія взаємодії, вона визначається положенням тіла чи його частин відносно інших тіл.

1. Наведи приклади виконання додатної і від'ємної роботи.

2. Назви сили й тіла, що виконують роботу коли: а) ти сидиш за партою і пишеш; б) вантажівка везе вантаж; в) опадає листя.

3. Укажи, як змінюється потенціальна й кінетична енергія м'яча (мал. 20.5) що скочується на підлогу.

4. Дві пташки різної маси летять на однаковій висоті з однаковою швидкістю. Яка з них має більшу енергію? Чому?

5. Розглянь малюнок 20.6. Визнач, які тіла мають кінетичну енергію, потенціальну, одночасно кінетичну й потенціальну. У яких випадках: а) механічна робота виконується внаслідок дії сили: м'язів, тяжіння, пружності; б) напрямки дії сили й переміщення тіла збігаються, напрямок переміщення протилежний до напрямку дії сили, напрямок дії сили й напрямок переміщення утворюють певний кут.

Це матеріал з підручника "Природничі науки" 5 клас Засєкіна 2022