Lucru mecanic | În fizică, lucrul este ceea ce face o forță

În fizică, munca este ceea ce face forța.

Atunci când o forță este aplicată asupra unui obiect pentru o anumită perioadă de timp, lucrul efectuat de forță se definește ca fiind mărimea forței (intensitatea acesteia) înmulțită cu deplasarea obiectului din poziția inițială în poziția curentă (cea mai scurtă distanță între punctele A și B), înmulțită cu cosinusul unghiului dintre direcția forței și direcția reală a deplasării obiectului. Acest lucru poate fi reprezentat prin:

W = F s cos θ {\displaystyle W=Fs\cos \theta } $W=Fs\cos \theta$

În această formulă, lucrul este W, mărimea forței este F, deplasarea este s, iar cosinusul unghiului este cos θ.

În cele mai multe situații, ultimul factor (cosinusul unghiului) este egal cu unu, deoarece direcția forței este de obicei aceeași direcție cu cea a deplasării. Dar în situații precum împingerea unei cutii grele la un unghi care nu este paralel cu solul (să spunem că o împingem la 20° spre sol), direcția forței nu este aceeași cu direcția deplasării. În acest exemplu, din cauza unghiului forței aplicate, forța efectuează mai puțin lucru, deoarece nu este la fel de eficientă ca împingerea cutiei la un unghi paralel cu solul.

Cu cât direcția de deplasare devine mai perpendiculară (90°) pe direcția forței, cu atât mai mult lucrul se apropie de zero. Dacă unghiul este mai mare de 90°, înseamnă că obiectul se deplasează în general în sens invers față de ceea ce intenționează să facă forța; forța are un lucru negativ.

Un exemplu util este un scenariu în care un grup de persoane joacă "tras de mânecă". Echipa care este trasă încet spre mijloc exercită o forță care o îndepărtează de mijloc, dar, în ciuda eforturilor depuse de forțele lor, există o muncă negativă, deoarece direcția de deplasare este în sens opus.

Ținerea unei cărți grele împotriva greutății sale produce o forță, dar dacă obiectul este staționar în aer, nu se produce nicio muncă. Dacă obiectul se mișcă încet în sus, munca este pozitivă, dar dacă în schimb coboară încet în ciuda efortului depus de forță asupra sa, forța are o muncă negativă.

Putem privi acest lucru și din perspectiva forței care încearcă să deplaseze cartea în jos, adică greutatea acesteia. Lucrul greutății asupra unei cărți care este ridicată este negativ. Acest lucru se datorează faptului că greutatea în jos este în direcția opusă deplasării în sus.

Activitatea este considerată ca fiind finalizată atunci când este pozitivă.

Forța este cea care acționează, nu agentul care a creat forța. Mișcarea este o cerință a muncii.

La fel ca și energia, este o mărime scalară, iar unitatea sa SI este joule. Conducția căldurii nu este considerată ca fiind o formă de muncă, deoarece nu există o forță măsurabilă macroscopic, ci doar forțe microscopice care apar în coliziunile atomice. Termenul de muncă a fost creat în anii 1830 de către matematicianul francez Gaspard-Gustave Coriolis.

În conformitate cu teorema muncă-energie, dacă o forță exterioară acționează asupra unui obiect rigid, făcând ca energia cinetică a acestuia să se schimbe de la E_k1 la E_k2 , atunci lucrul mecanic (W) este dat de:

W = Δ E k = E k 2 - E k 1 = m v 2 2 2 2 - m v 1 2 2 2 {\displaystyle W=\Delta E_{k}=E_{k_{2}}-E_{k_{1}}={\frac {mv_{2}^{2}}}{2}}-{\frac {mv_{1}^{2}}}{2}}} $W=\Delta E_{k}=E_{k_{2}}-E_{k_{1}}={\frac {mv_{2}^{2}}{2}}-{\frac {mv_{1}^{2}}{2}}$

unde m este masa obiectului și v este viteza obiectului.

Un aruncător de baseball lucrează asupra mingii prin transferul de energie în ea.

Întrebări și răspunsuri

Î: Ce este munca în fizică?

R: Lucrul este forța pe care o resimte un obiect atunci când i se aplică o forță pentru o anumită perioadă de timp.

Î: Cum este reprezentată matematic munca?

R: Lucrul este reprezentat prin formula W=Fs cos è, unde W reprezintă lucrul, F reprezintă mărimea forței, s reprezintă deplasarea și cos è reprezintă unghiul dintre direcția forței și direcția reală a deplasării.

Î: Ce se întâmplă dacă există un unghi între direcția forței și cea a deplasării?

R: În cazul în care există un unghi între direcția forței și deplasare, atunci se va depune mai puțină muncă, deoarece devine mai puțin eficient decât împingerea într-o direcție paralelă. Cu cât este mai perpendiculară (90°) pe direcția forței, cu atât mai multă muncă se apropie de zero. Dacă este mai mare de 90°, atunci deplasarea generală va fi în direcția opusă celei intenționate de forță; rezultând o muncă negativă.

Î: Este considerată conducția termică o formă de muncă?

R: Nu, conducția căldurii nu este considerată o formă de muncă, deoarece nu există forțe măsurabile macroscopic; sunt prezente doar forțe microscopice care apar în coliziunile atomice.

Î: Cine a creat termenul de "muncă"?

R: Termenul "muncă" a fost creat de matematicianul francez Gaspard-Gustave Coriolis în anii 1830.

Î: Ce afirmă teorema muncă-energie?

R: Conform teoremei muncă-energie, dacă o forță exterioară acționează asupra unui obiect rigid, determinând schimbarea energiei cinetice a acestuia de la Ek1 la Ek2, atunci lucrul mecanic (W) poate fi calculat folosind mv2/2 - mv1/2 , unde m reprezintă masa și v reprezintă viteza.