loc de munca În fizică este transferul de energie efectuat de o forță atunci când obiectul asupra căruia acționează se mișcă. Matematic ia forma produsului scalar între vectorii de forță F și deplasare s.
Și întrucât produsul scalar dintre doi vectori perpendiculari este zero, se întâmplă ca forțele care se formează la 90 ° cu deplasarea să nu funcționeze, conform definiției, deoarece:
W = F ● s = F⋅ s⋅ cos θ
Unde W denotă muncă, din cuvântul englezesc muncă.
Avantajul definirii lucrării este că este un scalar, adică nu are direcție sau sens, doar modul și unitatea respectivă. Acest lucru face mai ușoară efectuarea calculelor care implică schimbări de energie cauzate de acțiunea forțelor..
Gravitatea și fricțiunea cinetică sunt exemple de forțe care lucrează adesea asupra obiectelor în mișcare. O altă forță comună este cea normală exercitată de o suprafață, dar spre deosebire de acestea, nu funcționează niciodată pe obiecte, deoarece este perpendiculară pe deplasare..
Când un corp cade liber, gravitația lucrează pozitiv pe mobil, determinându-l să crească viteza pe măsură ce cade. Pe de altă parte, fricțiunea cinetică are un efect complet opus, deoarece, deoarece se opune întotdeauna mișcării, efectuează o muncă negativă care nu o favorizează..
Indice articol
Lucrarea este calculată prin:
W = F ● s
Această expresie este valabilă pentru forțe constante și conform definiției unui produs scalar, este echivalentă cu:
W = F. s. cos θ
Unde θ este unghiul dintre forță și deplasare. Rezultă, deci, că numai acele forțe care au o componentă în direcția deplasării pot lucra pe un corp.
Și, de asemenea, devine clar că, dacă nu există mișcare, nu există nici o muncă.
În ceea ce privește semnul, lucrarea poate fi pozitivă, negativă sau zero. În cazul în care forța are o componentă paralelă cu mișcarea, semnul lucrării depinde de valoarea cos θ.
Există câteva cazuri particulare care merită luate în considerare:
W = F⋅s cos 0º = F⋅s
W = F⋅s cos 180º = -F⋅s
W = F⋅s cos 90º = 0
Uneori forța aplicată nu este constantă; în acest caz, trebuie să recurgeți la calcul pentru a găsi munca depusă. În primul rând, se determină un diferențial de lucru dW, efectuat pe o deplasare infinitesimală ds:
dW = F⋅ds
Pentru a găsi valoarea muncii totale realizate de această forță atunci când obiectul trece de la punctul A la punctul B, este necesar să se integreze ambele părți, astfel:
Unitatea de lucru în sistemul internațional este joule, prescurtat J. Unitatea își ia numele de la fizicianul englez James Prescott Joule, un pionier în studiul termodinamicii..
Din ecuația muncii, joulul este definit ca 1 newton pe metru:
1 J = 1 N⋅m
Munca corespunde ca unitate lire-forță x picior, uneori sună piciorul cu putere de lire. Este, de asemenea, o unitate pentru energie, dar trebuie să ne amintim că lucrările efectuate asupra unui corp își schimbă starea de energie și, prin urmare, munca și energia sunt echivalente. Nu e de mirare că au aceleași unități.
Echivalența dintre piciorul de forță și joule este după cum urmează:
1 picior-lire-forță = 1,35582 J
O unitate binecunoscută pentru muncă și energie, în special pentru domeniul refrigerării și aerului condiționat este BTU sau Unitate termică britanică.
1 BTU este egal cu 1055 J și 778.169 picioare-lire-forță.
Există alte unități de lucru care sunt utilizate în domenii specifice ale fizicii și ingineriei. Printre acestea avem:
Notat ca erg, este unitatea de lucru din sistemul cegesimal și este egală cu 1 dyna⋅cm sau 1 x 10-7 J.
EV prescurtat, este utilizat în mod obișnuit în fizica particulelor și este definit ca energia pe care o dobândește un electron când se deplasează printr-o diferență de potențial de 1 V.
Apare frecvent pe facturile de utilități. Este lucrarea efectuată timp de 1 oră de o sursă a cărei putere este de 1 kW, echivalent cu 3,6 x 106 J.
De obicei este legat de energia alimentelor, deși, de fapt, în acest context se face referire la a kilocalorie, adică 1000 de calorii. De fapt, există mai multe unități care primesc acest nume, deci contextul trebuie specificat foarte bine.
Echivalența dintre joule și 1 calorii termochimice este:
1 calorie = 4,1840 J
Când corpurile coboară, fie pe verticală, fie pe o rampă, greutatea funcționează pozitiv, favorizând mișcarea. În schimb, ori de câte ori un obiect urcă, gravitația lucrează negativ.
Un câmp electric uniform funcționează pe o sarcină punctuală care se deplasează în interiorul său. În funcție de câmp și de semnul taxării, această lucrare poate fi negativă sau pozitivă.
Fricțiunea cinetică între suprafețe face întotdeauna un lucru negativ asupra obiectului în mișcare.
Împingerea este o forță care îndepărtează un obiect de ceva. Tragerea este o forță care face ca un obiect să se apropie.
Un scripete este un sistem utilizat pentru a transmite o forță de la unul dintre capetele sale. Într-o scripete simplă, pentru a ridica sarcina, trebuie aplicată o forță egală cu rezistența exercitată de obiect.
Normalul, așa cum s-a menționat mai sus, funcționează zero atunci când un obiect sprijinit pe o suprafață se mișcă pe ea, chiar dacă suprafața nu este plană sau dacă este înclinată..
O altă forță care funcționează zero este forța magnetică care exercită un câmp uniform asupra particulei încărcate care este perpendiculară pe ea. Mișcarea particulei se dovedește a fi o mișcare circulară uniformă, cu forța în direcția radială. Deoarece deplasarea este perpendiculară pe forță, nu funcționează la sarcină..
De asemenea, o frânghie nu funcționează pe un pendul suspendat, deoarece tensiunea din ea este întotdeauna perpendiculară pe deplasarea masei..
De asemenea, gravitația nu funcționează pe un satelit pe orbită circulară, din același motiv ca și în cazurile anterioare: este perpendiculară pe deplasare..
Într-un sistem cu arc de masă, forța F că arcul exercită asupra masei are magnitudine F = kx, Unde k este constanta arcului și X comprimarea sau alungirea acestuia. Este o forță variabilă, prin urmare munca pe care o face depinde de cât de mult se întinde sau se micșorează arcul.
Următorul grafic arată munca realizată de o forță variabilă FX care depinde de poziție X. Aceasta este forța exercitată de un ciocan asupra unui cui. Prima parte este forța utilizată pentru a cuie pe secțiunea mai moale a peretelui și a doua pentru a termina de înfipt unghia.
Câtă muncă trebuie să facă ciocanul pentru ca unghia să se scufunde în total 5 cm în perete?
Forța exercitată de ciocan este variabilă, deoarece este necesară o intensitate mai mică (50 N) pentru a introduce unghia de 1,2 cm în partea moale a peretelui, în timp ce în partea mai grea, este nevoie de 120 N pentru ca unghia să se scufunde până la 5 cm adâncime, așa cum se arată în diagramă.
În acest caz lucrarea este integral:
Unde A = 0 cm și B = 5 cm. Deoarece integralul este zona sub graficul Fx vs x, este suficient să găsiți această zonă, care corespunde a două dreptunghiuri, primul cu înălțimea de 50 N și lățimea de 1,2 cm, iar al doilea cu înălțimea de 120 N și lățimea (5 cm - 1,2 cm) = 3,8 cm.
Ambele sunt calculate și adăugate pentru a da lucrarea totală:
L = 50 N x 1,2 cm + 120 N x 3,8 cm = 516 N.cm = 516 N x 0,01 m = 5,16 J.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.