Mi a munka a fizikában? Az erők munkája, a gáz tágulásának munkája és az erő pillanatának munkája

Mindenki megérti, hogy a munka egyfajta társadalmi tevékenység egy személy számára, amelyre szüksége van a létezésének biztosításához. Ennek ellenére van egy hasonló koncepció a fizikában is, amelynek teljesen más jelentése van. Mi a feladat a fizikában, ez a cikk válaszol.

A munka mint fizikai mennyiség

Válaszolva arra a kérdésre, hogy mi a fizikai munka, tisztázni kell, hogy ez az az energia, amelyet bármilyen művelet végrehajtására fordítanak. Például egy személy terhelést hordoz egyik helyről a másikra, miközben a súrlódási erők ellen dolgozik. Ha ez a személy elkezdi felemelni a terhelést, akkor munkája a bolygó gravitációs erejének leküzdésére irányul. Egy másik példa: a dugattyú alatt lévő gáz a fűtés következtében növeli a térfogatát, ebben az esetben azt mondják, hogy valamilyen munkát végez.

Mindezekben az esetekben van egy közös jellemző: a munka csak akkor különbözik a nullától, ha a tárgyak vagy részeik valamilyen mechanikus mozgása van (a munkavállaló mozgása terheléssel, gáztágulás).

Így a munka az energia egyik állapotból a másikba történő átvitelének folyamata egy adott test számára, amelynek eredményeként ez a test megváltoztatja helyzetét az űrben.

A munka képlete

Most megmutatjuk, hogyan lehet számszerűsíteni a vizsgált mennyiséget. Az energia átadása a különböző állapotok között csak akkor lehetséges, ha valamilyen erő van jelen. Ez lehet az emberi kéz és láb fizikai erőfeszítése, a gépek ereje, a létrehozott nyomás, amely könnyen átalakítható a hengerben lévő üzemanyag elégetése esetén, az elektromos motor elektromágneses indukciójának ereje stb.

A következő képlet válaszol arra a kérdésre, hogy hogyan lehet munkát találni a fizikában:

A = (F * l )

Az A munkája skaláris mennyiség, viszont az erő F az elmozdulás pedig l vektormennyiségek. Ezért az a kiszámításának képlete zárójeleket használ annak bemutatására, hogy ez a vektorok skaláris szorzata. Skaláris formában a fenti kifejezés a következőképpen írható át:

A = f * l * cos(xhamsteren)

Itt az F erő és az L elmozdulás vektorai közötti szög.

Mivel az elmozdulást méterben, az erőt Newtonban mérik, a munkaegység Newton / méter (N * m ) lesz. SI-ben ennek az egységnek saját neve van-joule (J). Kiderül, hogy az 1 J munkája 1 N erőnek felel meg, amely az elmozdulás iránya mentén 1 méterrel mozgatta a testet.

Gázüzem

Elemeztük azt a kérdést, hogy mi az mechanikai munka a fizikában, és adott egy képletet, amellyel kiszámítható. Gázbővítés esetén azonban más kifejezést használnak.

Tegyük fel, hogy van egy gázrendszerünk, amely kitölti a v kötetet₁ és alatt van nyomás P. Hagyja, hogy a rendszerre gyakorolt külső vagy belső hatás következtében a térfogata megváltozott, V-vel egyenlő₂. Ezután az a gáz működését a következő képlettel lehet meghatározni:

A = ons_V(P (V) * dV)

Ha a P(V) függvényt ábrázoljuk a tengelyekben P-V, akkor a görbe alatti terület számszerűen megegyezik az a értékkel.

Izobár folyamat esetén (P = const) az ideális gáz, a válasz arra a kérdésre, hogy hogyan lehet munkát találni a fizikában, a következő egyszerű kifejezés:

A = P * (V₂-V₁)

Ha a gáz térfogata nem változik a termodinamikai folyamat eredményeként, akkor működése nulla lesz. Ha V₂>V₁, , akkor a gáz pozitív munkát végez, ha V₁>V₂, akkor negatív.

Az erő pillanatának munkája

Az erő pillanata fizikai mennyiség, amelyet a következő képlet fejez ki:

M = [F * r]

Vagyis M egyenlő az F erő vektor szorzatával az R sugárvektorral a forgástengelyhez viszonyítva. Az erő pillanatát N*m-ben fejezzük ki.

Mi az erő pillanatának munkája a fizikában? A következő képlet válaszol erre a kérdésre:

A = M * ons

Ez az egyenlőség azt jelenti, hogy ha az M pillanat, amely a rendszerre hat, a tengely körüli forgáshoz vezet egy szöggel, akkor az a munkáját végzi. Az itt szereplő szöget radiánban kell kifejezni, hogy a munkát joule-ban végezzük.

Az erő pillanatának kiszámítása fontos szerepet játszik minden olyan mechanikus rendszerben, ahol forgás van, például kerekek, fogaskerekek, tengelyek stb.

Gravitációs munka

Miután kitaláltuk, mi a fizika munkája, kiszámítjuk ezt az értéket a gravitációs erőkre. Tegyük fel, hogy egy m tömegű test leesik a magasságból h. Mivel az F gravitáció függőlegesen lefelé hat, pozitív munkát végez. Ezt a következő képlet határozza meg:

A = m * g * h,

ahol F = m * g

Az a nagyságrendű képletben sokan láthatják a gravitációs erők területén elhelyezkedő test potenciális energiájának kifejezését. A test bukása során a gravitáció elvégzi a test potenciális energiájának mozgási energiává történő átalakítását.