Čo je práca vo fyzike? Práca síl, práca expanzie plynu a práca momentu sily

Každý chápe, že práca je druhom spoločenskej činnosti človeka, ktorú potrebuje na zabezpečenie svojej existencie. Napriek tomu existuje podobný koncept aj vo fyzike, ktorý má úplne iný význam. Čo je práca vo fyzike, tento článok odpovie.

Práca ako fyzická veličina

Pri odpovedi na otázku, čo je práca vo fyzike, by sa malo objasniť, že ide o energiu, ktorá sa vynakladá na vykonávanie akýchkoľvek činností. Napríklad osoba nesie bremeno z jedného miesta na druhé, pričom pracuje proti silám trenia. Ak táto osoba začne zdvíhať bremeno, potom bude jeho práca zameraná na prekonanie gravitačnej sily planéty. Ďalší príklad: plyn pod piestom v dôsledku zahrievania začína zväčšovať svoj objem, v takom prípade sa hovorí, že robí nejakú prácu.

Vo všetkých týchto prípadoch existuje jedna spoločná vlastnosť: práca sa líši od nuly iba vtedy, keď dôjde k určitému druhu mechanického pohybu predmetov alebo ich častí (pohyb pracovníka so záťažou, expanzia plynu).

Práca je teda proces prenosu energie z jedného stavu do druhého pre dané telo, v dôsledku čoho toto telo mení svoju polohu v priestore.

Vzorec práce

Teraz si ukážeme, ako je možné kvantifikovať študované množstvo. Prenos energie medzi rôznymi stavmi je možný iba vtedy, ak je prítomná určitá sila. Môže to byť fyzická námaha ľudských rúk a nôh, sila strojov, vytvorený tlak, ktorý sa ľahko premení na silu v prípade spaľovania paliva vo valci, sila elektromagnetickej indukcie elektromotora atď.

Nasledujúci vzorec odpovie na otázku, Ako nájsť prácu vo fyzike:

A = (F * l)

Práca A je skalárna veličina, sila F a posun l sú vektorové veličiny. Preto vzorec na výpočet a používa zátvorky na preukázanie, že ide o skalárny súčin vektorov. V skalárnej forme je možné vyššie uvedený výraz prepísať takto:

A = F * l * cos (φ)

Tu φ je uhol medzi vektormi sily F a posunutie l.

Pretože posun sa meria v metroch a sila v Newtonoch, jednotka práce bude newton na meter(N * m ) . V SI má táto jednotka svoj vlastný názov-joule (J). Ukazuje sa, že práca 1 J zodpovedá sile 1 N, ktorá pôsobiaca v smere posunu posunula telo o 1 meter.

Plynová prevádzka

Analyzovali sme otázku, čo je mechanická práca vo fyzike, a dali vzorec, pomocou ktorého sa dá vypočítať. V prípade expanzie plynu sa však používa iný výraz.

Predpokladajme, že máme plynový systém, ktorý vypĺňa objem V₁ a je pod tlak P. Predpokladajme, že v dôsledku nejakého vonkajšieho alebo vnútorného vplyvu na systém sa jeho objem zmenil a stal sa rovným V₂. Potom môže byť prevádzka plynu A určená nasledujúcim vzorcom:

Na = ∫_V(P (v) * dV)

Ak grafujeme funkciu P (v) v osiach P-V, potom sa plocha pod krivkou bude číselne rovnať hodnote A.

V prípade izobarického procesu (P = konšt) pre ideál plyn, odpoveď na otázku, Ako nájsť prácu vo fyzike, je nasledujúci jednoduchý výraz:

A = P * (V₂-V₁)

Ak sa objem plynu nezmení v dôsledku termodynamického procesu, jeho prevádzka bude nulová. Ak V₂>V₁, , potom plyn vykonáva pozitívnu prácu, ak V₁>V₂, potom negatívne.

Práca momentu sily

Moment sily je fyzikálna veličina, ktorá je vyjadrená nasledujúcim vzorcom:

M = [F * r]

To znamená, že M sa rovná vektorovému súčinu sily F vektorom polomeru r vzhľadom na os otáčania. Moment sily je vyjadrený v N * m.

Aká je práca momentu sily vo fyzike? Nasledujúci vzorec odpovie na túto otázku:

A = M *

Táto rovnosť znamená, že ak moment M, pôsobiaci na systém, vedie k jeho rotácii okolo osi o uhol, potom vykoná prácu a. Aby bola práca vykonaná v jouloch, musí byť tu vyjadrený uhol v radiánoch.

Výpočet práce momentu sily hrá dôležitú úlohu vo všetkých mechanických systémoch, kde dochádza k rotácii, napríklad kolesá, ozubené kolesá, hriadele atď.

Gravitačná práca

Po zistení, čo je práca vo fyzike, vypočítame túto hodnotu pre gravitačné sily. Predpokladajme, že teleso s hmotnosťou m padá z výšky h. Pretože gravitácia F pôsobí vertikálne nadol, vykonáva pozitívnu prácu. Určuje sa podľa nasledujúceho vzorca:

A = m * g * h,

kde F = m * g

Mnohí vo výslednom vzorci pre hodnotu a môžu vidieť výraz potenciálnej energie telesa umiestneného v oblasti gravitačných síl. Počas pádu tela gravitácia vykonáva prácu na premene potenciálnej energie tela na kinetickú energiu jeho pohybu.