Физика 7 класс: работа, мощность, энергия

Пойми, как физика описывает действие и движение

Трудно понять, почему один ученик быстро поднимает рюкзак, а другой долго толкает парту? В этом разделе ты разберёшься, что такое работа, мощность и энергия, и научишься решать задачи по понятному плану.

В физике работа — это не просто любое усилие. Работа совершается, когда сила действует на тело и тело перемещается. Например, если ты поднимаешь учебник с пола на стол, ты прикладываешь силу, а учебник перемещается вверх. Значит, совершается механическая работа.

Работу обозначают буквой A. Если сила направлена так же, как перемещение, используют формулу:

\( A = F \cdot s \)
A — работа, Дж
F — сила, Н
s — путь, м

Единица работы — джоуль (Дж). Работа равна одному джоулю, если сила в один ньютон перемещает тело на один метр.

Научись находить работу по формуле

Чтобы вычислить работу, сначала проверь единицы измерения. Силу переводить обычно не нужно, если она дана в ньютонах. Путь должен быть в метрах. Если в условии указаны сантиметры, переведи их: 100 см = 1 м.

Рассмотрим простой пример. Мальчик тянет санки с силой 30 Н на расстояние 4 м. Сила направлена вдоль движения, поэтому можно сразу применить формулу.

Дано: F = 30 Н, s = 4 м
Найти: A
Решение: A = F · s = 30 Н · 4 м = 120 Дж
Ответ: работа равна 120 Дж.

Если тело не перемещается, механическая работа равна нулю, даже если сила есть. Например, ты держишь тяжёлый портфель неподвижно. Усталость чувствуется, но в школьной физике перемещения нет, значит, работа силы тяжести или твоей силы в этом случае не рассчитывается как обычное произведение.

Работа может быть положительной или отрицательной. При подъёме тела твоя сила совершает положительную работу, а сила тяжести направлена вниз и мешает движению. В простых задачах 7 класса чаще всего рассматривают положительную работу.

Разберись, почему важна мощность

Два ученика могут совершить одинаковую работу, но один сделает её быстрее. Например, оба подняли одинаковые коробки на одну высоту, однако первый справился за 5 секунд, а второй — за 10 секунд. Первый развивал большую мощность.

Мощность показывает, какая работа выполняется за единицу времени. Её обозначают буквой N:

\( N = A : t \)
N — мощность, Вт
A — работа, Дж
t — время, с

Единица мощности — ватт (Вт). Мощность равна одному ватту, если за одну секунду совершается работа в один джоуль. В быту мощность указывают на лампах, чайниках и двигателях. Чем больше мощность прибора, тем быстрее он может выполнять работу, но это не означает, что он всегда тратит меньше энергии.

Величина	Обозначение	Единица
Работа	A	джоуль, Дж
Мощность	N	ватт, Вт
Время	t	секунда, с

Для решения задачи найди работу, время и только потом раздели A на t. В бесплатном личном кабинете «Просто Урок» можно потренироваться выбирать нужную формулу без спешки.

Узнай, откуда берётся энергия

Энергия — это способность тела совершать работу. Она не видна напрямую, но проявляется в движении, нагревании, подъёме и деформации тел. Единица энергии, как и работы, — джоуль.

Кинетическая энергия есть у движущегося тела. Чем больше масса и скорость тела, тем заметнее его действие. Мяч, летящий в ворота, может сдвинуть сетку. Стоящий мяч такой способностью почти не пользуется.

Потенциальная энергия связана с положением тела или его деформацией. Книга на полке имеет энергию из-за высоты, а растянутая пружина — из-за деформации. Для поднятого тела около поверхности Земли используют формулу:

\( E_{\text{п}} = m \cdot g \cdot h \)
Eₚ — потенциальная энергия, Дж
m — масса, кг
g — ускорение свободного падения, примерно 10 Н/кг
h — высота, м

Если книга массой 2 кг лежит на высоте 1,5 м, её потенциальная энергия равна 30 Дж. При падении эта энергия превращается в кинетическую. В реальности часть энергии переходит во внутреннюю энергию воздуха и книги, поэтому тело может нагреться.

Решай задачи без путаницы в единицах

Разберём типовую задачу. Груз массой 5 кг подняли на высоту 2 м за 4 секунды. Найдём работу силы тяжести по модулю и мощность подъёма. Сначала определяем работу подъёма: сила, с которой груз поднимают равномерно, примерно равна его весу, то есть F = m · g.

Дано: m = 5 кг, h = 2 м, t = 4 с, g = 10 Н/кг
Найти: A, N
Решение: F = m · g = 5 кг · 10 Н/кг = 50 Н
A = F · h = 50 Н · 2 м = 100 Дж
N = A : t = 100 Дж : 4 с = 25 Вт
Ответ: работа равна 100 Дж, мощность равна 25 Вт.

Главный порядок действий такой: выпиши данные, переведи единицы, выбери формулу, подставь числа, запиши единицу ответа. Проверяй смысл: если время стало больше при той же работе, мощность должна уменьшиться.

Что запомнить перед самостоятельной работой

Работа появляется, когда сила перемещает тело: A = F · s. Мощность показывает скорость выполнения работы: N = A : t. Энергия — способность совершать работу. У движущегося тела есть кинетическая энергия, у поднятого или деформированного тела — потенциальная.

Запомни единицы: работа и энергия измеряются в джоулях, мощность — в ваттах, время — в секундах, путь и высота — в метрах. Если задача кажется сложной, не угадывай формулу. Нарисуй ситуацию, выпиши величины и спроси себя: что происходит с телом?

Следующий шаг — зарегистрируйся в бесплатном личном кабинете «Просто Урок» и реши 5 заданий по теме бесплатно. После практики станет легче замечать, где работа, где мощность, а где энергия.

К концу темы ты умеешь отличать работу от усилия, вычислять работу и мощность, находить потенциальную энергию поднятого тела, переводить единицы и оформлять решение по шагам.