§ 88. Работа силы

В предыдущем параграфе мы установили, что в простой машине при равномерном движении всегда существует вполне определенная связь между силами и перемещениями: если направления силы и перемещения совпадают, то произведения силы на перемещение для обеих точек приложения сил оказываются одинаковыми. Таким образом, это произведение играет особую роль: с его помощью можно характеризовать действие простых машин. В дальнейшем выяснится, что оно исключительно важно и для многих иных явлений. Ввиду его важности это произведение рассматривается как самостоятельная физическая величина, получившая название работы силы.

В частном случае, когда направления силы и перемещения совпадают, работа  равна произведению модуля силы  на модуль перемещения :

.                                                                                    (88.1)

Общее выражение для работы будет выведено в § 90. Таким образом, когда точка приложения силы перемещается, то сила совершает работу. Если же, несмотря на действие силы, перемещение точки приложения силы не происходит, то сила никакой работы не совершает. Например, если груз неподвижно висит на подвесе, то действующая на него сила тяжести не совершает работы; но при опускании или падении груза эта сила совершает работу, равную  ( — сила тяжести, действующая на груз,  — расстояние, на которое опустился груз).

Точно так же и в простых машинах (в рычаге, блоке и т. д.) приложенные силы не совершают работы, пока машина не движется. Но если блок начинает вращаться и конец веревки, к которому приложена сила, начинает перемещаться в направлении действия силы, то эта сила совершает работу, равную произведению силы на перемещение.

Во всех движущих механизмах (паровой машине, двигателе внутреннего сгорания, электрическом моторе и т. д.) действуют силы, которые совершают работу при движении механизма. Так, в паровой машине сила давления пара на поршень совершает работу при движении поршня; силы давления газов сгоревшего заряда пороха совершают работу при движении снаряда. Силы взаимодействия электрических токов, текущих в обмотках электромотора, совершают работу при вращении мотора.

Понятие работы как физической величины, введенное в механике, только до известной степени согласуется с представлением о работе в житейском смысле. Действительно, например, работа грузчика по подъему грузов считается тем большей, чем больше вес поднимаемого груза и чем на большую высоту он должен быть поднят. Однако с той же житейской точки зрения мы склонны называть «физической работой» всякую деятельность человека, при которой он совершает известные мускульные усилия. Но, согласно даваемому в механике определению, эта деятельность может и не сопровождаться работой. В известном мифе об Атланте, поддерживающем на своих плечах небесный свод, люди имели в виду усилия, необходимые для поддержания огромной тяжести, и расценивали эти усилия как колоссальную работу. С точки же зрения механики здесь нет работы, и мышцы Атланта могли бы быть попросту заменены прочной колонной.