Работа силы и ее мощность

Энергетические характеристики

При движениях человека силы, приложенные к его телу на некотором пути, совершают работу и изменяют положение и скорость \ звеньев тела, что изменяет его энергию. Работа характеризует процесс, при котором меняется энергия системы. Энергия же характеризует состояние системы, изменяющееся вследствие работы. Энергетические характеристики показывают, как меняются виды энергии при движениях, и протекает сам процесс изменения энергии.

Работа силы — это мера действия силы на тело при некотором его перемещении под действием этой силы.

Работа переменной силы в поступательном движении на конечном пути равна определенному интегралу от элементарной работы силы на пути ее приложения:

где F_v — проекция силы F на направление скорости v. Так как силы в движениях человека обычно переменны, а движения точек тела криволинейны, работа силы представляет собой сумму элементарных работ.

Если сила направлена в сторону движения (или под острым углом к его направлению), то она совершает положительную работу, уве­личивая энергию движущегося тела. Когда же сила направлена на­встречу движению (или под тупым углом к его направлению), то работа силы отрицательная и энергия движущегося тела уменьшается,

Работа силы тяжести тела равна произведению его веса на разность высот ( h ) начального и конечного положений:

При опускании тела работа силы тяжести положительная, при под­нимании — отрицательная.

Работа силы упругости при удлинении упругого тела ( дельта l ) с коэффициентом жесткости тела (С) имеет выражение:

Работа силы трения при прижимающей силе (сила нормального давления — N), коэффициенте трения k на перемещении (дельта s) равна:

Как видно, работа силы тяжести и силы упругости не зависит от формы траектории тела; работа же силы трения зависит от длины пути, стало быть, и от формы траектории.

При вращательном движении работа силы на конечном пути зависит от момента силы и углового перемещения:

При энергетических расчетах для оценки роли силы определяют мощность силы, характеризующую важную сторону ее эффекта — быстроту совершения работы.

Мощность силы — это мера быстроты приращения работы силы. Мощность силы в данный момент времени равна производной по времени от работы:

где N — мощность, dA — элементарная работа, F — сила, совер­шающая работу.

Эффективность приложения сил в механике определяют по коэф­фициенту полезного действия (к.п.д.) — отношению полезной работы (Ап) ко всей затраченной работе (А) движущих сил:

Чем больше к.п.д. (η), тем эффективнее движение.

Таким образом, понятие работы представляет собой меру внешних воздействий, приложенных к телу на определенном пути, вызывающих изменения механического состояния тела.