Alla förstår att arbete är en sorts social aktivitet för en person som han behöver för att säkerställa sin existens. Men inom fysiken finns det också ett liknande begrepp som har en helt annan innebörd. Vad är arbete i fysik kommer den här artikeln att svara på.
Arbeta som en fysisk kvantitet
För att besvara frågan om vad arbete är i fysik, bör det klargöras att det är den energi som läggs på att utföra någon handling. Till exempel överför en person en last från en plats till en annan, medan han arbetar mot friktionskrafter. Om denna person börjar lyfta lasten, kommer hans arbete att syfta till att övervinna planetens gravitationskraft. Ett annat exempel: gasen under kolven, som ett resultat av uppvärmning, börjar öka sin volym, i vilket fall det sägs att den gör en del arbete.
I alla ovanstående fall finns det ett gemensamt drag: arbetet skiljer sig från noll endast när det finns någon typ av mekanisk rörelse av föremål eller deras delar(förflyttning av arbetare med last, expansion av gas).
Arbete är alltså processen att överföra energi från ett tillstånd till ett annat för en given kropp, som ett resultat av vilket denna kropp ändrar position i rymden.
Arbetsformel
Låt oss nu visa hur man kvantitativt beräknar värdet som studeras. Överföring av energi mellan olika tillstånd är endast möjlig om någon kraft är närvarande. Detta kan vara den fysiska ansträngningen av mänskliga händer och fötter, kraften från maskiner, det tryck som skapas, som lätt omvandlas till kraft, i händelse av förbränning av bränsle i en cylinder, kraften från elektromagnetisk induktion av en elektrisk motor, och så vidare.
Följande formel kommer att besvara frågan om hur man hittar ett jobb inom fysik:
A=(F¯l¯)
Arbete A är en skalär storhet, medan kraft F¯ och förskjutning l¯ är vektorstorheter. Det är därför formeln för att beräkna A använder parenteser för att visa att vi talar om skalärprodukten av vektorer. I skalär form kan uttrycket ovan skrivas om enligt följande:
A=Flcos(φ)
Här är φ vinkeln mellan kraftvektorerna F¯ och förskjutningen l¯.
Eftersom förskjutningen mäts i meter och kraften är i Newton, är arbetsenheten Newton per meter (Nm). SI-enheten har sitt eget namn, joule (J). Det visar sig att arbete på 1 J motsvarar en kraft på 1 N, som, verkande längs förskjutningsriktningen, förflyttade kroppen med1 meter.
Gasarbete
Vi analyserade frågan om vad mekaniskt arbete är i fysiken och gav en formel med vilken det kan beräknas. När det gäller expanderande gaser används dock ett annat uttryck.
Anta att vi har ett gassystem som fyller volymen V1 och är under tryck P. Låt dess volym förändras som ett resultat av någon extern eller intern påverkan på systemet och blev lika med V2. Då kan gas A:s arbete bestämmas med följande formel:
A=∫V(P(V)dV)
Om du plottar P(V)-funktionen i P-V-axlarna, blir arean under kurvan numeriskt lika med A.
I fallet med en isobar process (P=const) för en idealgas, kommer svaret på frågan om hur man hittar arbete i fysik vara följande enkla uttryck:
A=P(V2-V1)
Om volymen av gas inte förändras som ett resultat av en termodynamisk process, kommer dess arbete att vara lika med noll. Om V2>V1, fungerar gasen positivt om V1>V 2, sedan negativ.
Work of moment of force
Kraftmomentet är en fysisk storhet, som uttrycks med följande formel:
M=[F¯r¯]
Det vill säga, M är lika med vektorprodukten av kraften F och radievektorn r kring rotationsaxeln. Kraftmomentet uttrycks i Nm.
Vad är arbetet med ett kraftmoment i fysiken? Till denna frågaföljande formel kommer att svara:
A=Mθ
Denna likhet betyder att om momentet M, som verkar på systemet, får det att rotera runt axeln med en vinkel θ, så fungerar det A. Vinkeln θ här måste uttryckas i radianer för att få arbetet i joule.
Beräkningen av kraftmomentets arbete spelar en viktig roll i alla mekaniska system där det finns rotation, såsom hjul, växlar, axlar och så vidare.
tyngdkraftsarbete
När vi har räknat ut vad arbete är i fysik, låt oss beräkna detta värde för tyngdkrafterna. Antag att en kropp med massan m faller från höjden h. Eftersom gravitationen F verkar vertik alt nedåt, fungerar den positivt. Det bestäms av följande formel:
A=mgh, där F=mg
Många i den erhållna formeln för värdet av A kan se uttrycket för den potentiella energin hos en kropp i gravitationskraftfältet. Under kroppens fall utför gravitationen arbetet med att överföra kroppens potentiella energi till den kinetiska energin för dess rörelse.
