El treball en física és un valor que es troba multiplicant el mòdul de la força que mou el cos per la distància que s'ha mogut. En l'article, analitzarem amb detall les situacions en què el cos es mou i es manté immòbil. Aprenem la fórmula del treball i les seves unitats de mesura.
Forces que actuen sobre un cos
Imaginem-nos que tenim un fil sobre el qual està suspès un cos. Des del costat del fil hi actua la força elàstica del fil, anotem-lo F. El cos està immòbil, diguem que hem enganxat el fil a un trípode. Cal fer alguna cosa per mantenir aquest estat indefinidament? No. Tot i que hi ha una força que actua sobre el cos, no es mou.
Treballar en física: què és? Abans de respondre aquesta pregunta, considereu la situació. Suposem que un cos es mou, però no hi actua cap força. Per exemple, si és una bola a l'espai exterior llunyà, lluny de totes les estrelles i galàxies. Aleshores, la força de la seva atracció serà insignificant. Dibuixa un diagrama.
El cos s'ha mogut una certa distància s, però no hi ha força (F=0). És necessarifer alguna acció per mantenir el cos en moviment? No. Aquest estat es pot mantenir indefinidament. Aquest és un moviment rectilini uniforme en absència de forces que actuen sobre el cos.
Força que produeix treball mecànic
I ara la situació és fonamentalment diferent. Aixecarem la mateixa pilota. Hi actua una força, s'aplica al cos des del costat de la corda. Denotem la quantitat de moviment de la pilota amb la lletra s, i la força - F. La pilota mateixa pujarà? No, alguna cosa l'ha d'aixecar. Per exemple, un motor elèctric ha de funcionar en algun lloc. Però perquè funcioni, ha de caure aigua de la presa, la qual cosa fa que giri la turbina a la qual està connectat el generador. A través de la línia elèctrica, l'energia s'ha de transmetre al motor, que ha de funcionar i aixecar la càrrega. És a dir, el moviment no es pot realitzar per si mateix.
Els físics diuen que en els dos primers casos la força no fa cap treball mecànic. En el tercer cas, la feina està feta. De què es produeix? Força F. En física, el treball és una quantitat. I si és així, llavors pot canviar amunt i avall. És fàcil endevinar que si la força augmenta i el cos es mou a la mateixa distància, el treball d'aquesta força serà més gran. Com es pot augmentar la força? Per exemple, agafar una pilota és el doble de difícil. Aleshores la feina es duplicarà. Per tant, el treball realitzat per una força és proporcional a la magnitud de la força. Aquesta és la llei.
Fórmula de treball mecànic
Imaginem que hem d'aixecar la mateixa bola no 50 cm, sinó 100 cm.fes el treball per aixecar-lo primer a la primera meitat de la distància, i després a la segona. Cada vegada es farà el mateix treball, però el treball total serà el doble. Això vol dir que el treball és directament proporcional a la distància recorreguda pel cos. Per tant, els físics van acordar denotar el valor de Fs amb la lletra A i anomenar-lo el treball de la força. L'expressió Fs serà directament proporcional a la força i el desplaçament del cos.
A=Fs és la fórmula per treballar en física. A és el valor desitjat de la força aplicada al cos, i s és la trajectòria recorreguda pel cos. Tanmateix, hi ha situacions en què s'aplica una força al cos, però no es mou. En el nostre tercer cas, el cos es mou en la mateixa direcció en què s'aplica la força. Per tant, seria més exacte dir que s és el desplaçament del cos en la direcció de la força. Formulem una definició: el treball en física és una quantitat igual al producte del mòdul de força i el desplaçament del cos en la direcció de la força.
Unitats de mesura
Mirem la fórmula definidora A=Fs. [A]=Nm=J. N són newtons, J són joules. Com entendre què és 1 joule? Dibuixem un diagrama que mostri una força que fa un treball d'un joule.
La figura mostra la posició inicial i final del cos. El vam moure a una distància d'1 m. En moure's, s'aplicava al cos una força d'un newton. A \u003d 1 N1 m \u003d 1 J. És a dir, un joule és el treball realitzat per una força d'un newton quan un cos es mou a una distància d'1 m en la direcció de la força.
Un joule és una petita quantitat de treball. Per elevar1 kg de pes per 10 cm, cal fer el treball en 1 joule. Per aixecar-lo a un metre d'alçada, cal fer un treball de 10 joules. Si parlem del treball de les grues, aixequen tones per desenes de metres. Per tant, també s'utilitzen altres unitats de mesura de treball: kilojoules, megajoules, etc. 1 kJ=1000 J, 1 MJ=10 ^ 6 J. L'agulla del rellotge de paret la posa en moviment el motor. Funciona molt menys d'un joule. Es mesura en mil·lijoules. 1 mJ=0,001 J. També hi ha microjoules. 1 μJ=110^-6 J.
