Работа силы тяжести
Работа силы тяжести при перемещении тела равна произведению модуля силы тяжести на вертикальное перемещение и зависит только от начальной и конечной высоты тела. При движении вниз сила тяжести совершает положительную работу, а при подъёме — отрицательную.
Сила тяжести направлена вертикально вниз. Поэтому при опускании тела \(h_2<h_1\), и работа положительна: сила помогает движению. При подъёме тела \(h_2>h_1\), и работа отрицательна: сила тяжести направлена против перемещения. Если тело движется горизонтально, его высота не меняется, поэтому работа силы тяжести равна нулю.
Связь с потенциальной энергией выражается формулой \(A_{т}=-\Delta E_p\). Это значит: если сила тяжести совершила положительную работу, потенциальная энергия уменьшилась на такую же величину. Вблизи поверхности Земли \(E_p=mgh\), если нулевой уровень потенциальной энергии выбран на высоте \(h=0\).
Камень массой \(2\) кг опустили с высоты \(5\) м на высоту \(1\) м. При \(g=10\) Н/кг работа силы тяжести равна \(A_{т}=2\cdot10\cdot(5-1)=80\) Дж. Работа положительна, потому что камень движется вниз.
Знак работы определяется не тем, ускоряется тело или замедляется, а направлением силы относительно перемещения. При движении тела вверх сила тяжести совершает отрицательную работу даже тогда, когда тело продолжает двигаться по инерции. Также не следует путать работу силы тяжести с полной работой всех сил, действующих на тело.
Мяч переместили горизонтально, не изменив его высоту. Какова работа силы тяжести?
Главное
- \(A_{т}=mg(h_1-h_2)\): работа зависит только от начальной и конечной высот.
- При движении вниз работа силы тяжести положительна, при подъёме — отрицательна, при горизонтальном перемещении — нулевая.
- Работа силы тяжести равна убыли потенциальной энергии: \(A_{т}=-\Delta E_p\).