Mindenki megérti, hogy a munka az ember egyfajta társadalmi tevékenysége, amelyre szüksége van létének biztosításához. A fizikában azonban van egy hasonló fogalom is, amelynek teljesen más jelentése van. Mi a munka a fizikában, ez a cikk választ ad.
Munka fizikai mennyiségként
Arra a kérdésre válaszolva, hogy mi a munka a fizikában, tisztázni kell, hogy ez az az energia, amelyet bármilyen cselekvés végrehajtására fordítanak. Például egy személy áthelyez egy terhet egyik helyről a másikra, miközben a súrlódási erők ellen dolgozik. Ha ez a személy elkezdi felemelni a terhet, akkor munkája a bolygó gravitációs erejének leküzdésére irányul. Egy másik példa: a dugattyú alatt lévő gáz a felmelegedés hatására elkezdi növelni a térfogatát, ilyenkor azt mondják, hogy működik.
A fenti esetekben van egy közös vonás: a munka csak akkor tér el a nullától, ha a tárgyak vagy részeik valamilyen mechanikus mozgása történik.(munkás mozgatása teherrel, gáztágulás).
Tehát a munka az a folyamat, amikor egy adott test energia átvitele egyik állapotból a másikba történik, aminek eredményeként ez a test pozíciót változtat a térben.
Munkaképlet
Most mutassuk meg, hogyan kell kvantitatívan kiszámítani a vizsgált értéket. Az energia átvitele a különböző állapotok között csak akkor lehetséges, ha valamilyen erő jelen van. Ez lehet az emberi kéz-láb fizikai erőfeszítése, a gépek ereje, a keletkező, könnyen erővé alakítható nyomás, hengerben tüzelőanyag égésekor, villanymotor elektromágneses indukciós ereje, ill. így tovább.
A következő képlet választ ad arra a kérdésre, hogyan lehet elhelyezkedni a fizikában:
A=(F¯l¯)
A munka egy skaláris mennyiség, míg az F¯ erő és az elmozdulás l¯ vektormennyiségek. Ez az oka annak, hogy az A kiszámításának képlete zárójelben mutatja, hogy vektorok skaláris szorzatáról beszélünk. Skaláris formában a fenti kifejezés a következőképpen írható át:
A=Flcos(φ)
Itt φ az F¯ erővektorok és az l¯ elmozdulás közötti szög.
Mivel az elmozdulást méterben mérik, az erőt pedig Newtonban, a munka mértékegysége Newton per méter (Nm). Az SI egységnek saját neve van, a joule (J). Kiderült, hogy az 1 J munkája 1 N erőnek felel meg, amely az elmozdulás iránya mentén hatva elmozdította a testet1 méter.
Gázüzem
Elemeztük azt a kérdést, hogy mi a mechanikai munka a fizikában, és adtunk egy képletet, amellyel ez kiszámítható. A táguló gázok esetében azonban más kifejezést használunk.
Tegyük fel, hogy van egy gázrendszerünk, amely kitölti a V1 térfogatot és P nyomás alatt van. és egyenlővé vált V2. Ekkor az A gáz munkája a következő képlettel határozható meg:
A=∫V(P(V)dV)
Ha a P(V) függvényt a P-V tengelyeken ábrázolja, akkor a görbe alatti terület számszerűen egyenlő lesz A-val.
Egy ideális gáz izobár folyamata esetén (P=const) a válasz arra a kérdésre, hogy hogyan lehet munkát találni a fizikában, a következő egyszerű kifejezés lesz:
A=P(V2-V1)
Ha egy termodinamikai folyamat eredményeként a gáz térfogata nem változik, akkor a munkája nulla lesz. Ha V2>V1, akkor a gáz pozitívan működik, ha V1>V 2, majd negatív.
Az erőnyomaték munkája
Az erőnyomaték egy fizikai mennyiség, amelyet a következő képlettel fejezünk ki:
M=[F¯r¯]
Azaz M egyenlő az F erő és az r sugárvektor forgástengely körüli vektorszorzatával. Az erőnyomaték Nm-ben van kifejezve.
Mi az erőnyomaték munkája a fizikában? Erre a kérdésrea következő képlet válaszol:
A=Mθ
Ez az egyenlőség azt jelenti, hogy ha a rendszerre ható M nyomaték θ szöggel forgatja el a tengely körül, akkor működik A. A θ szöget itt radiánban kell kifejezni, hogy megkapjuk a munkát. joule-ban.
Az erőnyomaték hatásának kiszámítása fontos szerepet játszik minden olyan mechanikai rendszerben, ahol forog, mint például kerekek, fogaskerekek, tengelyek és így tovább.
A gravitáció munkája
Miután rájöttünk, mi a munka a fizikában, számítsuk ki ezt az értéket a gravitációs erőkre. Tegyük fel, hogy egy m tömegű test h magasságból esik le. Mivel az F gravitáció függőlegesen lefelé hat, pozitív munkát végez. Ezt a következő képlet határozza meg:
A=mgh, ahol F=mg
Az A értékére kapott képletben sokan láthatják a test potenciális energiájának kifejezését a gravitációs erők terén. A test esése során a gravitáció azt a munkát végzi, hogy a test potenciális energiáját a mozgásának kinetikai energiájába adja át.
