Anumang paggalaw ng isang katawan sa kalawakan, na humahantong sa pagbabago sa kabuuang enerhiya nito, ay nauugnay sa trabaho. Sa artikulong ito, isasaalang-alang natin kung ano ang dami na ito, kung saan sinusukat ang gawaing mekanikal, at kung paano ito tinutukoy, at malulutas din natin ang isang kawili-wiling problema sa paksang ito.
Magtrabaho bilang pisikal na dami
Bago sagutin ang tanong kung saan sinusukat ang gawaing mekanikal, kilalanin natin ang halagang ito. Ayon sa kahulugan, ang trabaho ay ang scalar product ng puwersa at ang displacement vector ng katawan na dulot ng puwersang ito. Sa matematika, maaari nating isulat ang sumusunod na pagkakapantay-pantay:
A=(F¯S¯).
Ang mga bilog na bracket ay nagpapahiwatig ng tuldok na produkto. Dahil sa mga katangian nito, tahasang muling isusulat ang formula na ito tulad ng sumusunod:
A=FScos(α).
Kung saan ang α ay ang anggulo sa pagitan ng force at displacement vectors.
Mula sa nakasulat na mga expression na sumusunod na ang gawain ay sinusukat sa Newtons bawat metro (Nm). Sa pagkakaalam,ang dami na ito ay tinatawag na joule (J). Iyon ay, sa pisika, ang gawaing mekanikal ay sinusukat sa mga yunit ng Joules ng trabaho. Ang isang Joule ay tumutugma sa naturang gawain, kung saan ang puwersa ng isang Newton, na kumikilos na kahanay sa paggalaw ng katawan, ay humahantong sa pagbabago sa posisyon nito sa kalawakan ng isang metro.
Tungkol sa pagtatalaga ng mekanikal na gawain sa pisika, dapat tandaan na ang titik A ay kadalasang ginagamit para dito (mula sa German ardeit - labor, work). Sa panitikan sa wikang Ingles, mahahanap mo ang pagtatalaga ng halagang ito sa Latin na titik W. Sa panitikan sa wikang Ruso, ang liham na ito ay nakalaan para sa kapangyarihan.
Trabaho at lakas
Pagtukoy sa tanong kung paano sinusukat ang gawaing mekanikal, nakita namin na ang mga yunit nito ay tumutugma sa mga para sa enerhiya. Ang pagkakataong ito ay hindi sinasadya. Ang katotohanan ay ang itinuturing na pisikal na dami ay isa sa mga paraan ng pagpapakita ng enerhiya sa kalikasan. Ang anumang paggalaw ng mga katawan sa force field o kung wala sila ay nangangailangan ng mga gastos sa enerhiya. Ang huli ay ginagamit upang baguhin ang kinetic at potensyal na enerhiya ng mga katawan. Ang proseso ng pagbabagong ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng gawaing ginagawa.
Ang enerhiya ay isang pangunahing katangian ng mga katawan. Ito ay naka-imbak sa mga nakahiwalay na sistema, maaari itong mabago sa mekanikal, kemikal, thermal, elektrikal at iba pang mga anyo. Ang trabaho ay isang mekanikal na pagpapakita lamang ng mga proseso ng enerhiya.
Nagtatrabaho sa mga gas
Ang expression na nakasulat sa itaas upang gumanaay basic. Gayunpaman, maaaring hindi angkop ang pormula na ito para sa paglutas ng mga praktikal na problema mula sa iba't ibang larangan ng pisika, kaya ginagamit ang iba pang mga ekspresyong nagmula rito. Ang isang ganoong kaso ay ang gawaing ginawa ng gas. Maginhawang kalkulahin ito gamit ang sumusunod na formula:
A=∫V(PdV).
Narito ang P ay ang presyon sa gas, ang V ay ang dami nito. Dahil alam kung saan sinusukat ang gawaing mekanikal, madaling patunayan ang bisa ng integral expression, sa katunayan:
Pam3=N/m2m3=N m=J.
Sa pangkalahatang kaso, ang pressure ay isang function ng volume, kaya ang integrand ay maaaring magkaroon ng arbitrary na anyo. Sa kaso ng isang prosesong isobaric, ang pagpapalawak o pag-urong ng isang gas ay nangyayari sa isang pare-parehong presyon. Sa kasong ito, ang gawain ng gas ay katumbas ng simpleng produkto ng halagang P at ang pagbabago sa dami nito.
Magtrabaho habang iniikot ang katawan sa paligid ng axis
Ang paggalaw ng pag-ikot ay laganap sa kalikasan at teknolohiya. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga konsepto ng mga sandali (force, momentum at inertia). Upang matukoy ang gawain ng mga panlabas na puwersa na naging sanhi ng pag-ikot ng isang katawan o sistema sa paligid ng isang tiyak na axis, kailangan mo munang kalkulahin ang sandali ng puwersa. Ito ay kinakalkula tulad nito:
M=Fd.
Kung saan ang d ay ang distansya mula sa force vector hanggang sa axis ng pag-ikot, ito ay tinatawag na balikat. Ang torque M, na humantong sa pag-ikot ng system sa pamamagitan ng isang anggulo θ sa paligid ng ilang axis, ay gumagawa ng sumusunod na gawain:
A=Mθ.
Narito si May ipinahayag sa Nm at ang anggulo θ ay nasa radians.
Gawain sa pisika para sa gawaing mekanikal
Tulad ng sinabi sa artikulo, ang gawain ay palaging ginagawa ng ganito o iyon na puwersa. Isaalang-alang ang sumusunod na kawili-wiling problema.
Ang katawan ay nasa isang eroplano na nakahilig sa abot-tanaw sa isang anggulong 25o. Pag-slide pababa, ang katawan ay nakakuha ng ilang kinetic energy. Kinakailangang kalkulahin ang enerhiya na ito, pati na rin ang gawain ng grabidad. Ang masa ng isang katawan ay 1 kg, ang landas na nilakbay nito kasama ang eroplano ay 2 metro. Maaaring mapabayaan ang sliding friction resistance.
Ipinakita sa itaas na ang bahagi lamang ng puwersa na nakadirekta sa displacement ay gumagana. Madaling ipakita na sa kasong ito ang sumusunod na bahagi ng puwersa ng grabidad ay kikilos kasama ng displacement:
F=mgsin(α).
Narito ang α ang anggulo ng pagkahilig ng eroplano. Pagkatapos ay kalkulahin ang trabaho tulad nito:
A=mgsin(α)S=19.810.42262=8.29 J.
Ibig sabihin, positibong gumagana ang gravity.
Ngayon, alamin natin ang kinetic energy ng katawan sa dulo ng pagbaba. Upang gawin ito, tandaan ang pangalawang batas ng Newtonian at kalkulahin ang acceleration:
a=F/m=gsin(α).
Dahil pare-parehong pinabilis ang pag-slide ng katawan, may karapatan kaming gumamit ng kaukulang kinematic formula upang matukoy ang oras ng paggalaw:
S=at2/2=>
t=√(2S/a)=√(2S/(gsin(α))).
Ang bilis ng katawan sa dulo ng pagbaba ay kinakalkula tulad ng sumusunod:
v=at=gsin(α)√(2S/(gsin(α)))=√(2Sgsin(α)).
Ang kinetic energy ng translational motion ay tinutukoy gamit ang sumusunod na expression:
E=mv2/2=m2Sgsin(α)/2=mSgsin(α).
Nakakuha kami ng isang kawili-wiling resulta: lumalabas na ang formula para sa kinetic energy ay eksaktong tumutugma sa expression para sa work of gravity, na nakuha nang mas maaga. Ipinapahiwatig nito na ang lahat ng mekanikal na gawain ng puwersa F ay naglalayong dagdagan ang kinetic energy ng sliding body. Sa katunayan, dahil sa mga puwersa ng friction, ang gawaing A ay palaging lumalabas na mas malaki kaysa sa enerhiya na E.
