Visi supranta, kad darbas yra tam tikra socialinė žmogaus veikla, kuri jam reikalinga savo egzistencijai užtikrinti. Tačiau fizikoje taip pat yra panaši sąvoka, kuri turi visiškai skirtingą reikšmę. Kas yra darbas fizikoje, atsakys šis straipsnis.
Dirbti kaip fizinis dydis
Atsakant į klausimą, kas yra darbas fizikoje, reikėtų patikslinti, kad tai yra energija, kuri išleidžiama atliekant bet kokį veiksmą. Pavyzdžiui, žmogus perkelia krovinį iš vienos vietos į kitą, dirbdamas prieš trinties jėgas. Jei šis žmogus pradės kelti krovinį, tada jo darbas bus skirtas planetos gravitacinės jėgos įveikimui. Kitas pavyzdys: dujos po stūmokliu dėl kaitinimo pradeda didinti savo tūrį, tokiu atveju sakoma, kad jos atlieka tam tikrą darbą.
Visais aukščiau nurodytais atvejais yra vienas bendras bruožas: darbas nuo nulio skiriasi tik tada, kai vyksta kažkoks mechaninis daiktų ar jų dalių judėjimas(darbuotojo judėjimas su kroviniu, dujų išsiplėtimas).
Taigi darbas yra tam tikro kūno energijos perkėlimas iš vienos būsenos į kitą, dėl ko šis kūnas keičia padėtį erdvėje.
Darbo formulė
Dabar parodykime, kaip kiekybiškai apskaičiuoti tiriamą vertę. Energijos perdavimas tarp skirtingų būsenų įmanomas tik esant tam tikram jėgui. Tai gali būti žmogaus rankų ir kojų fizinės pastangos, mašinų jėga, sukuriamas slėgis, kuris lengvai paverčiamas jėga, degant kurui cilindre, elektros variklio elektromagnetinės indukcijos jėga ir taip toliau.
Ši formulė atsakys į klausimą, kaip susirasti darbą fizikos srityje:
A=(F¯l¯)
Darbas A yra skaliarinis dydis, o jėga F¯ ir poslinkis l¯ yra vektoriniai dydžiai. Štai kodėl A apskaičiavimo formulė naudoja skliaustus, kad parodytų, jog kalbame apie vektorių skaliarinę sandaugą. Skaliarine forma aukščiau pateiktą išraišką galima perrašyti taip:
A=Flcos(φ)
Čia φ yra kampas tarp jėgos vektorių F¯ ir poslinkio l¯.
Kadangi poslinkis matuojamas metrais, o jėga – niutonais, darbo vienetas yra niutonas vienam metrui (Nm). SI vienetas turi savo pavadinimą – džaulis (J). Pasirodo, 1 J darbas atitinka 1 N jėgą, kuri, veikdama išilgai poslinkio krypties, perkėlė kūną1 metras.
Dujų darbas
Išanalizavome klausimą, kas yra mechaninis darbas fizikoje, ir pateikėme formulę, pagal kurią jį galima apskaičiuoti. Tačiau besiplečiančių dujų atveju naudojama kitokia išraiška.
Tarkime, kad turime dujų sistemą, kuri užpildo tūrį V1 ir yra slėgyje P. Tegul jos tūris pasikeičia dėl tam tikros išorinės ar vidinės įtakos sistemai ir tapo lygus V2. Tada dujų A darbą galima nustatyti pagal šią formulę:
A=∫V(P(V)dV)
Jei nubraižysite funkciją P(V) P-V ašyse, plotas po kreive bus skaitiniu būdu lygus A.
Idealiųjų dujų izobarinio proceso (P=const) atveju atsakymas į klausimą, kaip rasti darbą fizikoje, bus toks paprastas posakis:
A=P(V2-V1)
Jei dėl termodinaminio proceso dujų tūris nekinta, tai jų darbas bus lygus nuliui. Jei V2>V1, tada dujos veikia teigiamai, jei V1>V 2, tada neigiamas.
Jėgos momento darbas
Jėgos momentas yra fizikinis dydis, išreiškiamas šia formule:
M=[F¯r¯]
Tai yra, M yra lygus jėgos F vektorinei sandaugai ir spindulio vektoriui r aplink sukimosi ašį. Jėgos momentas išreiškiamas Nm.
Ką veikia jėgos momentas fizikoje? Į šį klausimąši formulė atsakys:
A=Mθ
Ši lygybė reiškia, kad jei momentas M, veikdamas sistemą, priverčia ją pasisukti aplink ašį kampu θ, tada ji veikia A. Kampas θ čia turi būti išreikštas radianais, kad gautų darbą džauliais.
Jėgos momento darbo apskaičiavimas vaidina svarbų vaidmenį visose mechaninėse sistemose, kuriose yra sukimasis, pvz., ratuose, krumpliaračiuose, velenuose ir pan.
Svorio darbas
Išsiaiškinę, kas yra darbas fizikoje, apskaičiuokime šią gravitacijos jėgų vertę. Tarkime, kad iš aukščio h nukrenta m masės kūnas. Kadangi gravitacija F veikia vertikaliai žemyn, ji veikia teigiamai. Jis nustatomas pagal šią formulę:
A=mgh, kur F=mg
Daugelis gautoje A reikšmės formulėje gali matyti kūno potencialios energijos gravitacinių jėgų lauke išraišką. Kūno kritimo metu gravitacija atlieka potencialią kūno energiją perkeldama į jo judėjimo kinetinę energiją.
