Задача 2 (о работе переменной силы).
Если материальная точка под действием силы , не изменяющейся ни по величине, ни по направлению, переместилась на расстояние в направлении действия силы, то работа силы
.
Рассмотрим случай, когда сила меняется по величине, но сохраняет постоянное направление. Пусть под действием этой силы материальная точка перемещается по прямой вдоль линии действия силы. Поставим задачу о вычислении работы силы .
Примем прямую, вдоль которой перемещается материальная точка, за ось Ox. Пусть начальная и конечная точка пути имеют абсциссы a и b . В каждой точке величина силы имеет определенное значение, то есть . Будем считать непрерывной.
Примем ту же схему, что и в задаче 1.
Рис.2
1. Отрезок разобьем на конечное число произвольных частей . работа на всем пути равна сумме работ на всех малых участках пути.
2. Если брать достаточно малыми, то, вследствие предположения о непрерывности функции , сила на каждом из малых участков пути изменяется незначительно. Можно считать ее постоянной и равной , где . Тогда
3. На всем пути . Это приближенное равенство будет тем точнее, чем меньше . Поэтому
(2)
Задача 3 (о вычислении массы неоднородного стержня).
Рис.3
Пусть линейный неоднородный стержень лежит на оси Ox в пределах отрезка .
Плотность распределения массы вдоль стержня есть некоторая непрерывная функция от : . Требуется определить массу стержня.
Для определения массы стержня разобьем его на произвольных частей точками .
В пределах каждой части выберем по произвольной точке .
Так как в пределах функция изменяется незначительно (в силу непрерывности), то массу части стержня можно считать приближенно равной .
Тогда масса всего стержня
.
Точное значение массы, очевидно, получим в переделе
(3)
Все три рассмотренные задачи (число их можно продолжить) привели нас к одной и той же математической операции над функциями различного смысла, заданными на отрезке .
Поэтому вполне естественно изучить эту операцию независимо от содержания той или иной задачи.