Ikviens saprot, ka darbs ir sava veida cilvēka sociālā darbība, kas viņam nepieciešama savas eksistences nodrošināšanai. Tomēr fizikā ir arī līdzīgs jēdziens, kam ir pavisam cita nozīme. Kas ir darbs fizikā, uz to atbildēs šis raksts.
Darbieties kā fizisks lielums
Atbildot uz jautājumu, kas ir darbs fizikā, jāprecizē, ka tā ir enerģija, kas tiek tērēta jebkuras darbības veikšanai. Piemēram, cilvēks pārvieto slodzi no vienas vietas uz otru, kamēr viņš strādā pret berzes spēkiem. Ja šis cilvēks sāks celt kravu, tad viņa darbs būs vērsts uz planētas gravitācijas spēka pārvarēšanu. Cits piemērs: gāze zem virzuļa karsēšanas rezultātā sāk palielināt savu tilpumu, un tādā gadījumā tiek teikts, ka tā veic kādu darbu.
Visos iepriekšminētajos gadījumos ir viena kopīga iezīme: darbs atšķiras no nulles tikai tad, ja notiek kāda veida objektu vai to daļu mehāniska kustība(strādnieka pārvietošanās ar kravu, gāzes izplešanās).
Tādējādi darbs ir enerģijas pārnešanas process no viena stāvokļa uz otru konkrētam ķermenim, kā rezultātā šis ķermenis maina pozīciju telpā.
Darba formula
Tagad parādīsim, kā kvantitatīvi aprēķināt pētāmo vērtību. Enerģijas pārnešana starp dažādiem stāvokļiem ir iespējama tikai tad, ja ir kāds spēks. Tas var būt cilvēka roku un kāju fiziskais piepūle, mašīnu spēks, radītais spiediens, kas viegli pārvēršas spēkā, degvielas sadegšanas gadījumā cilindrā, elektromotora elektromagnētiskās indukcijas spēks un tā tālāk.
Uz jautājumu, kā atrast darbu fizikā, atbildēs šāda formula:
A=(F¯l¯)
Darbs A ir skalārs lielums, savukārt spēks F¯ un nobīde l¯ ir vektora lielumi. Tāpēc A aprēķina formula izmanto iekavas, lai parādītu, ka mēs runājam par vektoru skalāro reizinājumu. Skalārā formā iepriekš minēto izteiksmi var pārrakstīt šādi:
A=Flcos(φ)
Šeit φ ir leņķis starp spēka vektoriem F¯ un nobīdi l¯.
Tā kā pārvietojumu mēra metros un spēku mēra ņūtonos, darba vienība ir ņūtons uz metru (Nm). SI vienībai ir savs nosaukums, džouls (J). Izrādās, ka 1 J darbs atbilst 1 N spēkam, kas, darbojoties pa pārvietošanās virzienu, pārvietoja ķermeni par1 metrs.
Gāzes darbs
Mēs analizējām jautājumu par to, kas fizikā ir mehāniskais darbs, un sniedzām formulu, pēc kuras to var aprēķināt. Tomēr izplešanās gāzu gadījumā tiek izmantota cita izteiksme.
Pieņemsim, ka mums ir gāzes sistēma, kas piepilda tilpumu V1 un ir zem spiediena P. Ļaujiet tās tilpumam mainīties kādas ārējas vai iekšējas ietekmes uz sistēmu rezultātā. un kļuva vienāds ar V2. Tad gāzes A darbu var noteikt pēc šādas formulas:
A=∫V(P(V)dV)
Ja attēlosit funkciju P(V) P-V asīs, laukums zem līknes skaitliski būs vienāds ar A.
Izobāra procesa gadījumā (P=const) ideālai gāzei atbilde uz jautājumu, kā atrast darbu fizikā, būs šāda vienkārša izteiksme:
A=P(V2-V1)
Ja termodinamiskā procesa rezultātā gāzes tilpums nemainās, tad tās darbs būs vienāds ar nulli. Ja V2>V1, tad gāze darbojas pozitīvi, ja V1>V 2, pēc tam negatīvs.
Spēka momenta darbs
Spēka moments ir fizikāls lielums, ko izsaka ar šādu formulu:
M=[F¯r¯]
Tas ir, M ir vienāds ar spēka F vektora reizinājumu un rādiusa vektoru r ap rotācijas asi. Spēka moments ir izteikts Nm.
Kāds ir spēka momenta darbs fizikā? Uz šo jautājumušāda formula atbildēs:
A=Mθ
Šī vienādība nozīmē, ka, ja moments M, iedarbojoties uz sistēmu, liek tai pagriezties ap asi par leņķi θ, tad tas darbojas A. Leņķis θ šeit ir jāizsaka radiānos, lai iegūtu darbu. džoulos.
Spēka momenta darba aprēķinam ir liela nozīme visās mehāniskajās sistēmās, kur notiek rotācija, piemēram, riteņos, zobratos, vārpstās un tā tālāk.
Smaguma darbs
Izpratuši, kas ir darbs fizikā, aprēķināsim šo gravitācijas spēku vērtību. Pieņemsim, ka ķermenis ar masu m nokrīt no augstuma h. Tā kā gravitācija F darbojas vertikāli uz leju, tā darbojas pozitīvi. To nosaka pēc šādas formulas:
A=mgh, kur F=mg
Daudzi iegūtajā A vērtības formulā var redzēt ķermeņa potenciālās enerģijas izteiksmi gravitācijas spēku laukā. Ķermeņa krišanas laikā gravitācija veic darbu, pārnesot ķermeņa potenciālo enerģiju tā kustības kinētiskajā enerģijā.
