De jobb I fysikk er det overføring av energi utført av en kraft når objektet den virker på beveger seg. Matematisk tar det form av skalarproduktet mellom kraftvektorene F og forskyvning s.
Og siden skalarproduktet mellom to vinkelrette vektorer er null, skjer det at kreftene som danner 90 ° med forskyvningen ikke virker, i henhold til definisjonen, siden:
W = F ● s = F⋅ s⋅ cos θ
Hvor W betegner arbeid, fra det engelske ordet arbeid.
Fordelen med å definere arbeidet er at det er en skalar, det vil si at det ikke har noen retning eller sans, bare modul og den respektive enheten. Dette gjør det lettere å utføre beregninger som involverer energiforandringer forårsaket av kreftens handling..
Tyngdekraft og kinetisk friksjon er eksempler på krefter som ofte virker på objekter i bevegelse. En annen vanlig kraft er den normale som utøves av en overflate, men i motsetning til disse fungerer den aldri på gjenstander, siden den er vinkelrett på forskyvningen..
Når en kropp faller fritt, fungerer tyngdekraften positivt på mobilen, og får den til å øke hastigheten når den faller. På den annen side har kinetisk friksjon en helt motsatt effekt, siden den alltid motarbeider bevegelse, utfører den negativt arbeid som ikke favoriserer den..
Artikkelindeks
Arbeidet beregnes av:
W = F ● s
Dette uttrykket er gyldig for konstante krefter, og ifølge definisjonen av et skalarprodukt tilsvarer det:
W = F. s. cos θ
Hvor θ er vinkelen mellom kraften og forskyvningen. Det følger da at bare de kreftene som har en komponent i forskyvningsretningen, kan arbeide på en kropp.
Og det blir også klart at hvis det ikke er noen bevegelse, er det heller ikke noe arbeid.
Når det gjelder tegnet, kan arbeidet være positivt, negativt eller null. I tilfelle kraften har en komponent parallell med bevegelsen, avhenger tegnet på arbeidet av verdien av cos θ.
Det er noen spesielle tilfeller det er verdt å vurdere:
W = F⋅s cos 0º = F⋅s
W = F⋅s cos 180º = -F⋅s
W = F⋅s cos 90º = 0
Noen ganger er den påførte kraften ikke konstant; i så fall må du ty til beregning for å finne utført arbeid. Først bestemmes en arbeidsdifferensial dW, utført på en uendelig liten forskyvning ds:
dW = F⋅ds
For å finne verdien av det totale arbeidet som utføres av denne kraften når objektet går fra punkt A til punkt B, er det nødvendig å integrere begge sider, slik:
Enheten for arbeid i det internasjonale systemet er joule, forkortet J. Enheten har navnet sitt fra den engelske fysikeren James Prescott Joule, en pioner innen studiet av termodynamikk..
Fra arbeidsligningen er joule definert som 1 newton per meter:
1 J = 1 Nm
Arbeid tilsvarer en enhet pund-kraft x fot, noen ganger ringe pund-kraft fot. Det er også en enhet for energi, men det må huskes at arbeid utført på en kropp endrer energitilstanden, og at arbeid og energi derfor er ekvivalente. Ikke rart at de har de samme stasjonene.
Ekvivalensen mellom kilo-kraftfoten og joule er som følger:
1 fotpund-kraft = 1.35582 J
En kjent enhet for arbeid og energi, spesielt for kjøling og klimaanlegg, er BTU eller British Thermal Unit.
1 BTU tilsvarer 1055 J og 778,169 fotpund-kraft.
Det er andre enheter for arbeid som brukes i bestemte områder innen fysikk og ingeniørfag. Blant dem har vi:
Betegnet som erg, er arbeidsenheten i cegesimal-systemet og er lik 1 dyna⋅cm eller 1 x 10-7 J.
Forkortet eV, det brukes ofte i partikkelfysikk og er definert som energien som et elektron får når det beveger seg gjennom en potensiell forskjell på 1 V.
Det vises ofte på strømregninger. Det er arbeidet som utføres i løpet av 1 time av en kilde med en effekt på 1 kW, tilsvarende 3,6 x 106 J.
Det er vanligvis relatert til matens energi, selv om det i denne sammenheng faktisk refereres til a kilokalori, det vil si 1000 kalorier. Det er faktisk flere enheter som får dette navnet, så konteksten må spesifiseres veldig bra.
Ekvivalensen mellom joule og 1 termokjemisk kalori Det er:
1 kalori = 4,1840 J
Når kroppene faller ned, enten vertikalt eller nedover en rampe, gjør vekten positivt arbeid og favoriserer bevegelse. I stedet, når et objekt stiger opp, fungerer tyngdekraften negativt.
Et jevnt elektrisk felt fungerer på en punktladning som beveger seg inne i det. Avhengig av felt og ladetegn, kan dette arbeidet være negativt eller positivt.
Kinetisk friksjon mellom overflater fungerer alltid negativt på objektet i bevegelse.
Å skyve er en kraft som trekker et objekt bort fra noe. Å trekke er en kraft som får et objekt til å komme seg nærmere.
En remskive er et system som brukes til å overføre en kraft fra den ene enden. I en enkel remskive, for å løfte lasten, må en kraft lik motstanden som utøves av objektet påføres.
Det normale, som nevnt ovenfor, virker null når et objekt som hviler på en overflate beveger seg på det, selv om overflaten ikke er flat eller hvis den er skråstilt..
En annen kraft som ikke virker null, er den magnetiske kraften som utøver et jevnt felt på den ladede partikkelen som er vinkelrett på den. Bevegelsen til partikkelen viser seg å være en jevn sirkelbevegelse, med kraften i radiell retning. Siden forskyvningen er vinkelrett på kraften, virker den ikke på lasten..
Et tau fungerer heller ikke på en hengende pendel, siden spenningen i den alltid er vinkelrett på forskyvningen av massen..
Tyngdekraften fungerer heller ikke på en satellitt i sirkulær bane, av samme grunn som de tidligere tilfellene: den er vinkelrett på forskyvningen..
I et massefjærsystem, kraften F som våren utøver på massen har styrke F = kx, hvor k er våren konstant og x dens kompresjon eller forlengelse. Det er en variabel kraft, derfor avhenger arbeidet det av hvor mye våren strekker seg eller krymper.
Grafen nedenfor viser arbeidet som er utført med en variabel kraft Fx som avhenger av stillingen x. Dette er kraften som utøves av en hammer på en spiker. Den første delen er kraften som brukes til å spikre på den mykere delen av veggen, og den andre som fullfører spikringen.
Hvor mye arbeid må hammeren gjøre for at neglen totalt synker 5 cm ned i veggen?
Kraften som utøves av hammeren er variabel, siden det kreves mindre intensitet (50 N) for å kjøre neglen 1,2 cm inn i den myke delen av veggen, mens det i den hardere delen tar 120 N å få neglen til å synke ned til 5 cm dyp, som vist i diagrammet.
I dette tilfellet er arbeidet integrert:
Hvor A = 0 cm og B = 5 cm. Siden integralet er området under grafen Fx vs x, er det nok å finne dette området, som tilsvarer to rektangler, den første med høyde 50 N og bredde 1,2 cm, og den andre med høyde 120 N og bredde (5 cm - 1,2 cm) = 3,8 cm.
Begge beregnes og legges til for å gi det totale arbeidet:
B = 50 N x 1,2 cm + 120 N x 3,8 cm = 516 N. cm = 516 N x 0,01 m = 5,16 J.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.