Wszyscy rozumieją, że praca jest rodzajem aktywności społecznej osoby, której potrzebuje, aby zapewnić sobie egzystencję. Jednak w fizyce istnieje również podobne pojęcie, które ma zupełnie inne znaczenie. Czym jest praca w fizyce, odpowie ten artykuł.
Pracuj jako wielkość fizyczna
Odpowiadając na pytanie, czym jest praca w fizyce, należy wyjaśnić, że jest to energia, która jest zużywana na wykonanie dowolnej czynności. Na przykład osoba przenosi ładunek z jednego miejsca na drugie, podczas gdy on działa przeciw siłom tarcia. Jeśli ta osoba zacznie podnosić ładunek, jego praca będzie miała na celu pokonanie siły grawitacji planety. Inny przykład: gaz pod tłokiem w wyniku nagrzewania zaczyna zwiększać swoją objętość, w takim przypadku mówi się, że wykonuje jakąś pracę.
We wszystkich powyższych przypadkach istnieje jedna wspólna cecha: praca różni się od zera tylko wtedy, gdy występuje jakiś rodzaj mechanicznego ruchu obiektów lub ich części(przemieszczanie się pracownika z ładunkiem, rozszerzanie się gazu).
Tak więc praca jest procesem przenoszenia energii z jednego stanu do drugiego dla danego ciała, w wyniku czego ciało to zmienia swoje położenie w przestrzeni.
Formuła pracy
Teraz pokażmy, jak ilościowo obliczyć badaną wartość. Transfer energii między różnymi stanami jest możliwy tylko wtedy, gdy obecna jest jakaś siła. Może to być wysiłek fizyczny ludzkich rąk i stóp, siła maszyn, wytworzone ciśnienie, które łatwo zamienia się w siłę w przypadku spalania paliwa w cylindrze, siła indukcji elektromagnetycznej silnika elektrycznego oraz tak dalej.
Poniższy wzór odpowie na pytanie, jak znaleźć pracę w fizyce:
A=(F¯l¯)
Praca A jest wielkością skalarną, natomiast siła F¯ i przemieszczenie l¯ są wielkościami wektorowymi. Dlatego wzór na obliczenie A używa nawiasów, aby pokazać, że mówimy o iloczynie skalarnym wektorów. W formie skalarnej powyższe wyrażenie można przepisać w następujący sposób:
A=Flcos(φ)
Tutaj φ jest kątem między wektorami siły F¯ a przemieszczeniem l¯.
Ponieważ przemieszczenie jest mierzone w metrach, a siła w niutonach, jednostką pracy jest niuton na metr (Nm). Jednostka SI ma swoją własną nazwę, dżul (J). Okazuje się, że praca 1 J odpowiada sile 1 N, która działając wzdłuż kierunku przemieszczenia przesunęła ciało o1 metr.
Praca gazowa
Przeanalizowaliśmy pytanie, czym jest praca mechaniczna w fizyce i podaliśmy wzór, za pomocą którego można ją obliczyć. W przypadku gazów ekspandujących stosuje się jednak inne wyrażenie.
Załóżmy, że mamy system gazowy, który wypełnia objętość V1 i jest pod ciśnieniem P. Niech jego objętość zmieni się w wyniku jakiegoś zewnętrznego lub wewnętrznego wpływu na system i stał się równy V2. Wtedy pracę gazu A można wyznaczyć ze wzoru:
A=∫V(P(V)dV)
Jeśli wykreślisz funkcję P(V) na osiach P-V, obszar pod krzywą będzie liczbowo równy A.
W przypadku procesu izobarycznego (P=const) dla gazu doskonałego, odpowiedzią na pytanie jak znaleźć pracę w fizyce będzie następujące proste wyrażenie:
A=P(V2-V1)
Jeżeli w wyniku procesu termodynamicznego objętość gazu się nie zmieni, to jego praca będzie równa zeru. Jeśli V2>V1, gaz działa dodatnio, jeśli V1>V 2, a następnie ujemna.
Praca momentu siły
Moment siły jest wielkością fizyczną, wyrażoną następującym wzorem:
M=[F¯r¯]
Oznacza to, że M jest równe iloczynowi wektora siły F i wektora promienia r wokół osi obrotu. Moment siły jest wyrażony w Nm.
Jaka jest praca momentu siły w fizyce? Na to pytanieodpowie następująca formuła:
A=Mθ
Ta równość oznacza, że jeśli moment M działający na układ powoduje jego obrót wokół osi o kąt θ, to działa A. Kąt θ musi być wyrażony w radianach, aby uzyskać pracę w dżulach.
Obliczanie pracy momentu siły odgrywa ważną rolę we wszystkich układach mechanicznych, w których występuje rotacja, takich jak koła, koła zębate, wały i tak dalej.
Praca grawitacyjna
Po ustaleniu, czym jest praca w fizyce, obliczmy tę wartość dla sił grawitacji. Załóżmy, że ciało o masie m spada z wysokości h. Ponieważ grawitacja F działa pionowo w dół, działa pozytywnie. Określa go następujący wzór:
A=mgh, gdzie F=mg
Wiele w otrzymanym wzorze na wartość A może zobaczyć wyrażenie na energię potencjalną ciała w polu sił grawitacyjnych. Podczas upadku ciała grawitacja wykonuje pracę polegającą na przekazywaniu energii potencjalnej ciała w energię kinetyczną jego ruchu.
