Для многих технических задач важна не только выполняемая работа, но и скорость ее выполнения.
Скорость выполнения работы характеризуется мощностью. Мощность машины или механизма равен отношению проведенной работы к промежутку времени, в течение которого она выполнялась. Мощность транспортного средства, например автомобиля, удобно выражать через силу и скорость.
Самолеты, корабли, ракеты, автомобили и другие транспортные средства часто движутся с постоянной скоростью. Это означает, что силы, действующие на них благодаря работе двигателя, одинаковые по модулю и противоположны по направлению силам сопротивления. От чего зависит скорость движения этих тел?
Пусть тело движется с постоянной скоростью и сила, действующая на это тело, направлена вдоль перемещения тела. Обозначим модуль скорости v, а модуль силы - F. Тогда работа силы - А = Fs.
При движении с постоянной скоростью сила тяги двигателя компенсирует силу сопротивления движению. Приведенная формула для мощности объясняет, почему водитель переключает двигатель на малой скорости, когда автомобиль едет вверх по склону или плохой дорогой: для увеличения силы тяги при той же мощности мотора нужно уменьшить скорость движения
V = N / F
Из этой формулы видно, что скорость тела пропорциональна мощности двигателя, так быстроходные автомобили и поезда нуждаются в двигателях большой мощности. Однако на самом деле во многих случаях сила сопротивления не постоянная, а возрастает с повышением скорости. Если, например, необходимо увеличить скорость самолета вдвое, то мощность его двигателей нужно увеличить в восемь раз. Вот почему так трудно дается каждый новый успех в увеличении скорости самолетов, кораблей и других средств транспорта.
Вопрос к ученикам во время изложения нового материала
1. Морем плывет корабль. Осуществляет при этом работу сила притяжения?
2. Выполняет работу сила тяжести, действующая на спутник, который движется вокруг Земли по круговой орбите?
3. Положительную или отрицательную работу осуществляет сила тяжести, когда тело скользит вниз по наклонной плоскости?
4. Какую работу - положительную или отрицательную - осуществляем мы, растягивая пружину? Какую работу совершает при этом сила упругости?
5. Как в известной мощности вычислить работу?
6. От чего зависит скорость равномерного движения транспортного средства, приводимого в движение его двигателем?
7. Автомобиль движется горизонтальным участком дороги. Когда его двигатель развивает большую мощность во время медленной езды или скорой?