עבודה בפיזיקה היא ערך שנמצא על ידי הכפלת מודול הכוח שמניע את הגוף במרחק שהוא עבר. במאמר נשקול בפירוט את המצבים בהם הגוף נע ונשאר ללא תנועה. בואו נלמד את נוסחת העבודה ויחידות המדידה שלה.
כוחות הפועלים על גוף
בוא נדמיין שיש לנו חוט שעליו תלויה גוף. מהצד של החוט פועל עליו הכוח האלסטי של החוט, נסמן אותו F. הגוף ללא תנועה, נניח שהצמדנו את החוט לחצובה. האם יש צורך לעשות משהו כדי לשמור על המצב הזה ללא הגבלת זמן? לא. למרות שיש כוח שפועל על הגוף, הוא לא זז.
עבודה בפיזיקה - מה זה? לפני שתענה על שאלה זו, שקול את המצב. נניח שגוף נע, אך לא פועלים עליו כוחות. לדוגמה, אם זה כדור בחלל החיצון הרחוק, רחוק מכל הכוכבים והגלקסיות. אז כוח המשיכה שלהם יהיה זניח. צייר תרשים.
הגוף עבר מרחק מסוים s, אבל אין כוח (F=0). זה הכרחילנקוט פעולה כלשהי כדי לשמור על תנועת הגוף? לא. מצב זה יכול להישמר ללא הגבלת זמן. זוהי תנועה ישרה אחידה בהיעדר כוחות הפועלים על הגוף.
כוח מייצר עבודה מכנית
ועכשיו המצב שונה מהותית. נגדיל את אותו הכדור. פועל עליו כוח, הוא מופעל על הגוף מצד החבל. נסמן את כמות התנועה של הכדור באות s, והכוח - F. האם הכדור עצמו יעלה? לא, משהו חייב להרים את זה. לדוגמה, מנוע חשמלי חייב לעבוד איפשהו. אבל כדי שזה יעבוד צריך ליפול מים מהסכר, מה שמוביל לסיבוב הטורבינה שאליה מחובר הגנרטור. דרך קו החשמל יש להעביר אנרגיה למנוע, והוא חייב לעבוד ולהרים את העומס. כלומר, התנועה לא יכולה להתממש בעצמה.
פיזיקאים אומרים שבשני המקרים הראשונים הכוח אינו עושה עבודה מכנית. במקרה השלישי, העבודה מתבצעת. ממה הוא מיוצר? כוח F. בפיזיקה, עבודה היא כמות. ואם כן, אז זה יכול להשתנות למעלה ולמטה. קל לנחש שאם הכוח גדל והגוף יזוז באותו מרחק, אז העבודה של הכוח הזה תהיה גדולה יותר. כיצד ניתן להגביר את הכוח? לדוגמה, לקיחת כדור קשה פי שניים. ואז העבודה תוכפל. לכן, העבודה שעושה כוח היא פרופורציונלית לגודל הכוח. זה החוק.
נוסחת עבודה מכנית
בוא נדמיין שאנחנו צריכים להעלות את אותו כדור לא ב-50 ס"מ, אלא ב-100 ס"מ.בצע את העבודה כדי להרים אותו תחילה לחצי הראשון של המרחק, ולאחר מכן לשנייה. בכל פעם תתבצע אותה עבודה, אך סך העבודה יהיה פי שניים. המשמעות היא שהעבודה עומדת ביחס ישר למרחק שעבר הגוף. לכן, הפיזיקאים הסכימו לציין את הערך של Fs באות A ולכנות זאת עבודת הכוח. הביטוי Fs יהיה פרופורציונלי ישר לכוח ולתזוזה של הגוף.
A=Fs היא הנוסחה לעבודה בפיזיקה. A הוא הערך הרצוי של הכוח המופעל על הגוף, ו-s הוא הנתיב שעבר הגוף. עם זאת, ישנם מצבים בהם מופעל כוח על הגוף, אך הוא אינו זז. במקרה השלישי שלנו, הגוף נע באותו כיוון שבו מופעל הכוח. לכן, יהיה נכון יותר לומר ש-s היא תזוזה של הגוף לכיוון הכוח. בואו ננסח הגדרה: עבודה בפיזיקה היא ערך השווה למכפלת מודול הכוח ותזוזה של הגוף לכיוון הכוח.
יחידות מידה
בוא נסתכל על הנוסחה המגדירה A=Fs. [A]=Nm=J. N הוא ניוטון, J הוא ג'אול. איך להבין מה זה 1 ג'אול? בואו נצייר תרשים המראה כוח שעושה עבודה של ג'אול אחד.
האיור מציג את המיקום הראשוני והסופי של הגוף. הזזנו אותו למרחק של 1 מ' בזמן התנועה הופעל על הגוף כוח של ניוטון אחד. A \u003d 1 N1 m \u003d 1 J. כלומר, ג'אול אחד הוא העבודה שנעשה על ידי כוח של ניוטון אחד כאשר גוף נע במרחק של 1 מ' בכיוון הכוח.
ג'אול אחד הוא כמות קטנה של עבודה. להעלותמשקל 1 ק"ג לכל 10 ס"מ, אתה צריך לעשות עבודה ב-1 ג'אול. כדי להעלות אותו לגובה מטר, אתה צריך לעשות עבודה של 10 ג'אול. אם אנחנו מדברים על העבודה של מנופים, הם מרימים טונות בעשרות מטרים. לכן, משתמשים גם ביחידות מדידה אחרות של עבודה: קילוג'אול, מגה-ג'אול וכו'. 1 קילו-ג'יי=1000 J, 1 MJ=10 ^ 6 J. המחוג של שעון הקיר מופעל על ידי המנוע. זה אכן עובד הרבה פחות מג'אול אחד. הוא נמדד במיליג'אול. 1 mJ=0.001 J. יש גם מיקרו ג'אול. 1 μJ=110^-6 J.
