A munka a fizikában egy olyan érték, amelyet úgy kapunk meg, hogy megszorozzuk a testet mozgató erő modulját az elmozdult távolsággal. A cikkben részletesen megvizsgáljuk azokat a helyzeteket, amikor a test mozog és mozdulatlan marad. Tanuljuk meg a munka képletét és mértékegységeit.
Testre ható erők
Képzeljük el, hogy van egy szálunk, amelyen egy test van felfüggesztve. A cérna oldaláról a szál rugalmas ereje hat rá, jelöljük F. A test mozdulatlan, mondjuk állványra rögzítettük a fonalat. Kell-e tenni valamit, hogy ez az állapot a végtelenségig megmaradjon? Nem. Bár a testre erő hat, az nem mozdul.
Munka a fizikában – mi az? Mielőtt válaszolna erre a kérdésre, gondolja át a helyzetet. Tegyük fel, hogy egy test mozog, de semmilyen erő nem hat rá. Például, ha ez egy labda a világűrben, távol minden csillagtól és galaxistól. Ekkor vonzásuk ereje elhanyagolható lesz. Rajzoljon diagramot.
A test elmozdult egy bizonyos s távolságot, de nincs erő (F=0). Szükségestegyen valamit a test mozgásban tartása érdekében? Nem. Ez az állapot a végtelenségig fenntartható. Ez egyenletes egyenes irányú mozgás a testre ható erők hiányában.
Mechanikai munka erőltetése
És most a helyzet alapvetően más. Ugyanazt a labdát emeljük fel. Erő hat rá, a kötél oldaláról hat a testre. A labda mozgásának mértékét s betűvel jelöljük, az erőt pedig - F. Maga a labda fel fog emelkedni? Nem, valaminek fel kell emelnie. Például valahol működnie kell egy villanymotornak. De ahhoz, hogy működjön, a víznek le kell esnie a gátról, ami a turbina forgásához vezet, amelyhez a generátor csatlakozik. Az elektromos vezetéken keresztül energiát kell továbbítani a motorhoz, és annak működnie kell és fel kell emelnie a terhet. Vagyis a mozgás nem valósítható meg magától.
A fizikusok azt mondják, hogy az első két esetben az erő nem fejt ki mechanikai munkát. A harmadik esetben a munka elkészült. Miből készül? F erő. A fizikában a munka mennyiség. És ha igen, akkor fel és le változhat. Könnyű kitalálni, hogy ha az erőt növeljük, és a testet azonos távolságra mozgatjuk, akkor ennek az erőnek a munkája nagyobb lesz. Hogyan növelhető az erő? Például labdát venni kétszer olyan nehéz. Akkor a munka megduplázódik. Ezért az erő által végzett munka arányos az erő nagyságával. Ez a törvény.
Gépészeti munkaképlet
Képzeljük el, hogy ugyanazt a labdát nem 50 cm-rel kell emelnünk, hanem 100 cm-rel.végezze el azt a munkát, hogy először a távolság első felére, majd a második felére emelje fel. Minden alkalommal ugyanazt a munkát fogják elvégezni, de a teljes munka kétszerese lesz. Ez azt jelenti, hogy a munka egyenesen arányos a test által megtett távolsággal. Ezért a fizikusok megállapodtak abban, hogy az Fs értékét A betűvel jelölik, és erőmunkának nevezik. Az Fs kifejezés egyenesen arányos a test erejével és elmozdulásával.
A=Fs a fizikában való munka képlete. A a testre ható erő kívánt értéke, s pedig a test által megtett út. Vannak azonban olyan helyzetek, amikor erő hat a testre, de az nem mozdul. Harmadik esetünkben a test az erő kifejtésével azonos irányba mozog. Ezért pontosabb lenne azt mondani, hogy s a test elmozdulása az erő irányában. Fogalmazzuk meg a definíciót: a munka a fizikában egy olyan érték, amely egyenlő az erőmodulus és a test erőirány szerinti elmozdulásának szorzatával.
Mértékegységek
Nézzük meg az A=Fs meghatározó képletet. [A]=Nm=J. N a newton, J a joule. Hogyan lehet megérteni, hogy mi az 1 joule? Rajzoljunk egy diagramot, amely egy joule-os erőt mutat.
Az ábra a test kezdeti és végső helyzetét mutatja. 1 m távolságra mozgattuk, mozgáskor egy newton erő hat a testre. A \u003d 1 N1 m \u003d 1 J. Azaz egy joule az a munka, amelyet egy newton erő végez, amikor egy test 1 m távolságra mozog az erő irányában.
Egy joule kevés munka. Emelni1 kg súly 10 cm-enként, a munkát 1 joule alatt kell elvégezni. A méter magasra emeléséhez 10 joule-os munkát kell elvégeznie. Ha a daruk munkájáról beszélünk, akkor több tíz méterrel tonnákat emelnek. Ezért a munka más mértékegységeit is használják: kilojoule, megajoule stb. 1 kJ=1000 J, 1 MJ=10 ^ 6 J. A falióra mutatóját a motor mozgásba hozza. Sokkal kevesebbet működik, mint egy joule. Millijoule-ban mérik. 1 mJ=0,001 J. Vannak mikrojoule-ok is. 1 μJ=110^-6 J.
