题目
W=FS什么意思?
提问时间:2020-06-02
答案
W=Fs是计算功的基本公式,对公式中的“s”应该理解为“物理的位移”呢,
还是理解为力的作用点的位移?不妨先看几个实例.
【例1】长为L、质量为m的匀质软绳盘绕在水平面上的木桩上,现用一水平恒
力以恒定的速度v拉绳的一端,忽略一切摩擦,如图1所示.
求:
(1)拉力的大小;
(2)在绳被拉直的过程中拉力对绳所做的功.
【分析与解】绳被拉直的过程中获得动量p=mv;绳被拉直所用的时间t=L/v.由
动量定理 Ft=p 可得:F=mv2/L.
F对绳所做的功,由动能定理可得
W=△Ek=mv2/2 .
若由公式W=Fs计算F对绳的功,则有W=Fs=FL=mv2 .
上述结果显然是错误的,其错在哪里呢?我们不妨分析一下绳由盘绕到被拉
直的全过程,在此过程中绳已不再是一个质点,绳上各点的运动是不相同的.在
上面计算功时,L是力的作用点的位移而不能视为绳的位移.若考虑绳的质心的位
移,我们可将绳的质心看作绳的中点,其位移 .再由公式W=Fs计算,则
W=FL/2=mv2/2 .
【例2】如图2所示,长为L、质量为M的木板静止在光滑的水平面上.一质量
为m 的木板从板的左端以较大的速度向右端滑去,最后从右端滑脱,
木板向右滑行了s.若m与M间的摩擦系数为μ,试求摩擦力对m和M各做多少功?
【分析与解】在木板由左端滑向右端的过程中,木块与木板间的滑动摩擦力
的大小f=μmg.在此过程中,f对木板做负功,使其动能减小;f对木板做正功,
使木板获得动能.
对木板做功 W1=Fs=μmg(L+s) .
对木板做功 W2=Fs=μmgs .
在这个问题中,木板可看作质点,其位移的大小与它所受摩擦力的作用点的
位移的大小是相等的.而木板则不能当作质点,它的位移(s)与它所有的摩擦力
的作用点的位移(s+L)是不相同的.
【例3】如图3所示,力F恒定,使物体沿直线移动s,求此过程中力F所做的功.
【分析与解】在题给条件下,物体可视为质点,若取力的作用点的位移来计算
功,则W=Fs=Flcosθ .由图3不难得出l=s(2(1+cosα))1/2=2scos(α/2) ,
θ=α/2 ,则
W=2Fscos(α/2)cos(α/2)=Fs(1+cosα)
若取物体的位移来计算功,则我们应考虑动滑轮的作用,由机械原理省力不
省功,即滑轮的作用使物体除受F的作用外,同时还受到一水平向右的作用力 ,
如图4.
F对物体做的功为
W=Fscosα+F's=Fs(1+cosα).
归纳起来,笔者认为,当物体所研究的问题中可视为质点时,公式W=Fs中的s
即可是物体的位移,也可取力的作用点的位移;当物体在所研究的问题中不能当作
质点处理时,公式W=Fs中s一般应取物体的位移或质点系质心的位移而不应取力的
作用点的位移.
还是理解为力的作用点的位移?不妨先看几个实例.
【例1】长为L、质量为m的匀质软绳盘绕在水平面上的木桩上,现用一水平恒
力以恒定的速度v拉绳的一端,忽略一切摩擦,如图1所示.
求:
(1)拉力的大小;
(2)在绳被拉直的过程中拉力对绳所做的功.
【分析与解】绳被拉直的过程中获得动量p=mv;绳被拉直所用的时间t=L/v.由
动量定理 Ft=p 可得:F=mv2/L.
F对绳所做的功,由动能定理可得
W=△Ek=mv2/2 .
若由公式W=Fs计算F对绳的功,则有W=Fs=FL=mv2 .
上述结果显然是错误的,其错在哪里呢?我们不妨分析一下绳由盘绕到被拉
直的全过程,在此过程中绳已不再是一个质点,绳上各点的运动是不相同的.在
上面计算功时,L是力的作用点的位移而不能视为绳的位移.若考虑绳的质心的位
移,我们可将绳的质心看作绳的中点,其位移 .再由公式W=Fs计算,则
W=FL/2=mv2/2 .
【例2】如图2所示,长为L、质量为M的木板静止在光滑的水平面上.一质量
为m 的木板从板的左端以较大的速度向右端滑去,最后从右端滑脱,
木板向右滑行了s.若m与M间的摩擦系数为μ,试求摩擦力对m和M各做多少功?
【分析与解】在木板由左端滑向右端的过程中,木块与木板间的滑动摩擦力
的大小f=μmg.在此过程中,f对木板做负功,使其动能减小;f对木板做正功,
使木板获得动能.
对木板做功 W1=Fs=μmg(L+s) .
对木板做功 W2=Fs=μmgs .
在这个问题中,木板可看作质点,其位移的大小与它所受摩擦力的作用点的
位移的大小是相等的.而木板则不能当作质点,它的位移(s)与它所有的摩擦力
的作用点的位移(s+L)是不相同的.
【例3】如图3所示,力F恒定,使物体沿直线移动s,求此过程中力F所做的功.
【分析与解】在题给条件下,物体可视为质点,若取力的作用点的位移来计算
功,则W=Fs=Flcosθ .由图3不难得出l=s(2(1+cosα))1/2=2scos(α/2) ,
θ=α/2 ,则
W=2Fscos(α/2)cos(α/2)=Fs(1+cosα)
若取物体的位移来计算功,则我们应考虑动滑轮的作用,由机械原理省力不
省功,即滑轮的作用使物体除受F的作用外,同时还受到一水平向右的作用力 ,
如图4.
F对物体做的功为
W=Fscosα+F's=Fs(1+cosα).
归纳起来,笔者认为,当物体所研究的问题中可视为质点时,公式W=Fs中的s
即可是物体的位移,也可取力的作用点的位移;当物体在所研究的问题中不能当作
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作用点的位移.
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