Qualsevol moviment d'un cos a l'espai, que condueixi a un canvi en la seva energia total, s'associa amb el treball. En aquest article, considerarem quina és aquesta quantitat, en què es mesura el treball mecànic i com es denota, i també resoldrem un problema interessant sobre aquest tema.
Treballar com a quantitat física
Abans de respondre a la pregunta en què es mesura el treball mecànic, familiaritzem-nos amb aquest valor. Segons la definició, el treball és el producte escalar de la força i el vector de desplaçament del cos que va provocar aquesta força. Matemàticament, podem escriure la següent igu altat:
A=(F¯S¯).
Els claudàtors rodons indiquen el producte puntual. Donades les seves propietats, explícitament aquesta fórmula es reescriurà de la següent manera:
A=FScos(α).
On α és l'angle entre els vectors de força i de desplaçament.
De les expressions escrites es dedueix que el treball es mesura en Newtons per metre (Nm). Com és sabut,aquesta quantitat s'anomena joule (J). És a dir, en física, el treball mecànic es mesura en unitats de treball Joules. Un Joule correspon a aquest treball, en el qual una força d'un Newton, actuant paral·lelament al moviment del cos, provoca un canvi d'un metre en la seva posició en l'espai.
Pel que fa a la designació de treball mecànic en física, cal tenir en compte que la lletra A s'utilitza amb més freqüència per a això (de l'alemany ardeit - treball, treball). A la literatura en llengua anglesa, podeu trobar la designació d'aquest valor amb la lletra llatina W. A la literatura en llengua russa, aquesta lletra està reservada per al poder.
Treball i energia
Determinant la qüestió de com es mesura el treball mecànic, vam veure que les seves unitats coincideixen amb les d'energia. Aquesta coincidència no és casual. El fet és que la quantitat física considerada és una de les maneres de manifestació de l'energia a la natura. Qualsevol moviment de cossos en camps de força o en la seva absència requereix despeses energètiques. Aquests últims s'utilitzen per canviar l'energia cinètica i potencial dels cossos. El procés d'aquest canvi es caracteritza per la feina que s'està fent.
L'energia és una característica fonamental dels cossos. S'emmagatzema en sistemes aïllats, es pot transformar en formes mecàniques, químiques, tèrmiques, elèctriques i altres. El treball és només una manifestació mecànica dels processos energètics.
Treballant amb gasos
L'expressió escrita anteriorment funcionaés bàsic. Tanmateix, aquesta fórmula pot no ser adequada per resoldre problemes pràctics de diferents àrees de la física, per la qual cosa s'utilitzen altres expressions que se'n deriven. Un d'aquests casos és el treball realitzat pel gas. És convenient calcular-lo amb la fórmula següent:
A=∫V(PdV).
Aquí P és la pressió del gas, V és el seu volum. Sabent en què es mesura el treball mecànic, és fàcil demostrar la validesa de l'expressió integral, de fet:
Pam3=N/m2m3=N m=J.
En el cas general, la pressió és una funció del volum, de manera que l'integrand pot adoptar una forma arbitrària. En el cas d'un procés isobàric, l'expansió o contracció d'un gas es produeix a pressió constant. En aquest cas, el treball del gas és igual al producte simple del valor P i la variació del seu volum.
Treballar mentre gireu el cos al voltant de l'eix
El moviment de rotació està molt estès en la naturalesa i la tecnologia. Es caracteritza pels conceptes de moments (força, moment i inèrcia). Per determinar el treball de les forces externes que van fer que un cos o sistema girés al voltant d'un eix determinat, primer cal calcular el moment de la força. Es calcula així:
M=Fd.
On d és la distància del vector força a l'eix de rotació, s'anomena espatlla. El parell M, que va provocar la rotació del sistema a través d'un angle θ al voltant d'algun eix, fa el treball següent:
A=Mθ.
Aquí Ms'expressa en Nm i l'angle θ està en radians.
Tasca de física per a treballs mecànics
Com es deia a l'article, la feina sempre la fa aquesta o aquella força. Considereu el següent problema interessant.
El cos es troba en un pla inclinat cap a l'horitzó amb un angle de 25o. Lliscant cap avall, el cos va adquirir una mica d'energia cinètica. Cal calcular aquesta energia, així com el treball de la gravetat. La massa d'un cos és d'1 kg, la trajectòria recorreguda per ell al llarg del pla és de 2 metres. La resistència a la fricció lliscant es pot descuidar.
A d alt es va demostrar que només funciona la part de la força que es dirigeix al llarg del desplaçament. És fàcil demostrar que en aquest cas la següent part de la força de la gravetat actuarà al llarg del desplaçament:
F=mgsin(α).
Aquí α és l'angle d'inclinació del pla. Aleshores el treball es calcula així:
A=mgsin(α)S=19,810,42262=8,29 J.
És a dir, la gravetat fa un treball positiu.
Ara determinem l'energia cinètica del cos al final del descens. Per fer-ho, recordeu la segona llei newtoniana i calculeu l'acceleració:
a=F/m=gsin(α).
Com que el lliscament del cos s'accelera uniformement, tenim dret a utilitzar la fórmula cinemàtica corresponent per determinar el temps de moviment:
S=at2/2=>
t=√(2S/a)=√(2S/(gsin(α))).
La velocitat del cos al final del descens es calcula de la següent manera:
v=at=gsin(α)√(2S/(gsin(α)))=√(2Sgsin(α)).
L'energia cinètica del moviment de translació es determina mitjançant l'expressió següent:
E=mv2/2=m2Sgsin(α)/2=mSgsin(α).
Vam obtenir un resultat interessant: resulta que la fórmula de l'energia cinètica coincideix exactament amb l'expressió del treball de la gravetat, que es va obtenir abans. Això indica que tot el treball mecànic de la força F està dirigit a augmentar l'energia cinètica del cos lliscant. De fet, a causa de les forces de fricció, el treball A sempre resulta més gran que l'energia E.
