У повсякденному житті словом «робота» називають різні дії людини чи технічного засобу: робота у школі, робота двигуна, домашня робота тощо.

У фізиці термін «робота», або «механічна робота» — це фізична величина, а отже, її можна вимірювати, обчислювати, порівнювати.

Механічною роботою або роботою сили називають фізичну величину, що характеризує дію сили. Якщо на тіло діє постійна сила і тіло рухається під дією цієї сили, то кажуть, що сила виконує роботу. Наприклад, під дією сили тяжіння кулька, яка висить на нитці, падає на поверхню Землі, коли цю нитку перерізати. У такому разі кажуть, що сила тяжіння виконала роботу з переміщення кульки. Проте сила тяжіння, яка діє на нерухомий камінь, не виконує роботи. Адже камінь не змінює свого положення. 

Значення роботи залежить від значень сили і шляху, на якому діє ця сила.

Механічна робота — це фізична величина, яка характеризує дію сили і визначається добутком F сили на шлях s, пройдений тілом у напрямі дії сили.

Якщо роботу позначити буквою А, то можна записати формулу для визначення роботи:

A = Fs.

Одиниця роботи — джоуль (1 Дж = 1 Н • м). Ця одиниця названа на честь англійського фізика Джеймса Джоуля.

Робота сили, що діє на тіло, є величиною скалярною, але вона може бути додатною, від’ємною або дорівнювати нулю – залежно від того, куди напрямлена сила відносно напрямку руху тіла. 

Слово «потужність» нам також добре відоме. У фізиці термін «потужність» — це фізична величина, яка напряму пов’язана з роботою. 

Наприклад, підйомний кран на будівництві за кілька хвилин піднімає на верхній поверх будинку кілька сотень цеглин. Коли б цю цеглу переносив робітник, то він витратив би кілька годин. Зрозуміло, що підйомний кран виконує ту саму роботу швидше, ніж робітник. Швидкість виконання роботи у фізиці характеризують особливою величиною, яку називають потужністю.

Потужність — це фізична величина, яка характеризує швидкість виконання роботи і визначається відношенням роботи до часу, за який її було виконано.

Часто застосовують одиницю роботи кіловатгодину (1 кВт • год = 3,6 • 106 Дж), а також позасистемну одиницю — кінську силу (1 к. с. = 735,5 Вт). 

Запитання для самоперевірки

1. Яку роботу називають механічною? Яка формула виражає її зміст?

2. У яких випадках про силу можна сказати, що вона виконує додатню роботу?

3. Автомобіль рухається по рівній дорозі. Чи здійснює роботу сила тяжіння, що діє на автомобіль?

4. Чи завжди швидкість виконання роботи однакова? Наведіть приклади різної швидкості виконання роботи.

5. Як розрахувати потужність?

Приклади розв’язування задач 

Задача 1. Мармурову плиту з об’ємом 0,5 м3 рівномірно піднімають на висоту 15 м. Визначте роботу, яку виконує сила пружності троса, до якого прикріплена плита. 

Задача 2. Визначте роботу, яка виконується під час піднімання гранітної плити об’ємом 0,5 м3 на висоту 20 м. Густина граніту 2500 кг/м3. 

Задача 3. Підіймальний кран працював 5 хв. За цей час була виконана робота 9 МДж. Яку потужність розвивав кран? 

Задачі

1. Прикладаючи горизонтальну силу 50 Н, поверхнею стола протягли з незмінною швидкістю вантаж. При цьому було виконано роботу 150 Дж. Який шлях подолав вантаж?

2. Камінь масою 4 кг падає з висоти 5 м. Яка сила виконує додатну роботу під час падіння каменя? Чому дорівнює ця робота?

3. Хлопчик веде велосипед, прикладаючи горизонтальну силу 40 Н. При цьому велосипед рухається рівномірно. Визначте швидкість руху велосипеда, якщо за 5 хв хлопчик виконав роботу 12 кДж.

4. Під тиском газу поршень у циліндрі рівномірно пересунувся на 4 см (див. рисунок). Яку роботу виконав газ? Тиск газу в циліндрі є незмінним і становить 0,6 МПа; площа поршня дорівнює 0,005 м2.

5. Спортсмен піднімає штангу масою 125 кг на висоту 2,2 м за 0,2 с. Яку потужність він при цьому розвиває?

6. Кран підіймає вантаж масою 4,6 т на висоту 8 м. Двигун має потужність 12 кВт. Скільки часу затрачено на піднімання вантажу?

7. Поїзд проходить, рухаючись рівномірно, шлях 12 км за 10 хв. Потужність локомотива 3 МВт. Визначте силу тяги локомотива.

8. На шляху 50 м рівномірно переміщують санки масою 30 кг. Визначте виконану роботу, якщо сила тертя становить 0,06 ваги санок.

9. На останній поверх найвищого у світі будинку висотою 440 м людина масою 60 кг піднялася за 44 хв. Яку середню потужність вона при цьому розвивала?