Почему работа силы, приложенной к механизму, всегда больше, чем полезная работа?

Работа силы, приложенной к механизму, всегда больше полезной работы потому, что ни один реальный механизм не может передать всю затраченную энергию без потерь.

Полезная работа — это та часть работы, которая идет именно на выполнение нужного действия: поднятие груза, перемещение тела, сжатие пружины и так далее. Но при работе механизма часть затраченной энергии неизбежно расходуется «впустую» с точки зрения полезного результата.

Основные причины этого такие:

1. Трение
В любых реальных механизмах есть трение: в осях, шарнирах, опорах, между поверхностями деталей. На преодоление трения требуется дополнительная работа. Эта энергия превращается в тепло и уже не идет на полезный результат.

2. Деформация деталей
Части механизма могут немного деформироваться, вибрировать, растягиваться, сжиматься. На это тоже тратится энергия.

3. Потери на звук, нагрев, колебания
Во время работы механизм может нагреваться, шуметь, дрожать. Все это означает, что часть энергии уходит в другие формы, а не в полезную работу.

Поэтому полная работа приложенной силы состоит из двух частей:

• полезной работы;

• работы против вредных сопротивлений.

То есть
затраченная работа = полезная работа + потери.

А раз потери всегда неотрицательны, то затраченная работа всегда больше полезной.

Это связано с коэффициентом полезного действия механизма.
КПД показывает, какая доля затраченной работы стала полезной:

η = Aпол / Aзатр

Поскольку у реального механизма всегда есть потери, то η < 1, а значит Aпол < Aзатр.

Для идеального механизма без трения и потерь полезная работа могла бы быть равна затраченной, но в действительности таких механизмов не существует.

Итак, работа силы, приложенной к механизму, всегда больше полезной работы, потому что часть энергии неизбежно расходуется на преодоление трения и другие потери.