Almal verstaan dat werk 'n soort sosiale aktiwiteit van 'n persoon is wat hy nodig het om sy bestaan te verseker. In fisika is daar egter ook 'n soortgelyke konsep wat 'n heeltemal ander betekenis het. Wat is werk in fisika, sal hierdie artikel antwoord.
Werk as 'n fisiese hoeveelheid
Om die vraag te beantwoord oor wat werk in fisika is, moet dit duidelik gemaak word dat dit die energie is wat spandeer word om enige aksie uit te voer. 'n Persoon dra byvoorbeeld 'n las van een plek na 'n ander oor, terwyl hy wel teen wrywingskragte werk. As hierdie persoon die las begin lig, sal sy werk daarop gemik wees om die gravitasiekrag van die planeet te oorkom. Nog 'n voorbeeld: die gas onder die suier, as gevolg van verhitting, begin sy volume verhoog, in welke geval daar gesê word dat dit 'n bietjie werk doen.
In al die bogenoemde gevalle is daar een algemene kenmerk: die werk verskil slegs van nul wanneer daar een of ander soort meganiese beweging van voorwerpe of hul dele is(beweging van werker met vrag, uitsetting van gas).
Werk is dus die proses van oordrag van energie van een toestand na 'n ander vir 'n gegewe liggaam, as gevolg waarvan hierdie liggaam posisie in die ruimte verander.
Werkformule
Kom ons wys nou hoe om die waarde wat bestudeer word, kwantitatief te bereken. Die oordrag van energie tussen verskillende toestande is slegs moontlik as daar een of ander krag teenwoordig is. Dit kan die fisiese inspanning van menslike hande en voete wees, die krag van masjiene, die druk wat geskep word, wat maklik in krag omgeskakel word, in die geval van verbranding van brandstof in 'n silinder, die krag van elektromagnetiese induksie van 'n elektriese motor, en so aan.
Die volgende formule sal die vraag beantwoord hoe om 'n werk in fisika te kry:
A=(F¯l¯)
Werk A is 'n skalêre grootheid, terwyl krag F¯ en verplasing l¯ vektorhoeveelhede is. Dit is hoekom die formule vir die berekening van A hakies gebruik om aan te toon dat ons van die skalaarproduk van vektore praat. In skalaarvorm kan die uitdrukking hierbo soos volg herskryf word:
A=Flcos(φ)
Hier is φ die hoek tussen kragvektore F¯ en verplasing l¯.
Aangesien verplasing in meter gemeet word en krag in Newton is, is die werkeenheid Newton per meter (Nm). Die SI-eenheid het sy eie naam, die joule (J). Dit blyk dat werk van 1 J ooreenstem met 'n krag van 1 N, wat, wat in die rigting van verplasing inwerk, die liggaam beweeg het deur1 meter.
Gaswerk
Ons het die vraag ontleed wat meganiese werk in fisika is, en 'n formule gegee waarmee dit bereken kan word. In die geval van uitdyende gasse word 'n ander uitdrukking egter gebruik.
Veronderstel dat ons 'n gasstelsel het wat die volume V1 vul en onder druk P is. Laat die volume daarvan verander as gevolg van een of ander eksterne of interne invloed op die stelsel en gelyk aan V2 geword. Dan kan die werk van gas A deur die volgende formule bepaal word:
A=∫V(P(V)dV)
As jy die P(V)-funksie in die P-V-asse plot, dan sal die oppervlakte onder die kromme numeries gelyk wees aan A.
In die geval van 'n isobariese proses (P=const) vir 'n ideale gas, sal die antwoord op die vraag hoe om werk in fisika te kry die volgende eenvoudige uitdrukking wees:
A=P(V2-V1)
As as gevolg van 'n termodinamiese proses die volume van gas nie verander nie, sal die werk daarvan gelyk aan nul wees. As V2>V1, dan doen die gas positiewe werk as V1>V 2, dan negatief.
Werk van oomblik van krag
Die oomblik van krag is 'n fisiese grootheid, wat deur die volgende formule uitgedruk word:
M=[F¯r¯]
Dit wil sê, M is gelyk aan die vektorproduk van die krag F en die radiusvektor r om die rotasie-as. Die moment van krag word uitgedruk in Nm.
Wat is die werk van 'n oomblik van krag in fisika? Op hierdie vraagdie volgende formule sal antwoord:
A=Mθ
Hierdie gelykheid beteken dat as die oomblik M, wat op die sisteem inwerk, dit om die as met 'n hoek θ laat draai, dan werk dit A. Die hoek θ hier moet in radiale uitgedruk word om die werk te kry in joule.
Die berekening van die werk van die kragmoment speel 'n belangrike rol in alle meganiese stelsels waar daar rotasie is, soos wiele, ratte, asse ensovoorts.
Swaartekrag
Nadat ons uitgevind het wat werk in fisika is, kom ons bereken hierdie waarde vir die swaartekragte. Gestel 'n liggaam met massa m val vanaf 'n hoogte h. Aangesien swaartekrag F vertikaal afwaarts optree, doen dit positiewe werk. Dit word deur die volgende formule bepaal:
A=mgh, waar F=mg
Baie in die verkrygde formule vir die waarde van A kan die uitdrukking sien vir die potensiële energie van 'n liggaam in die veld van gravitasiekragte. Tydens die val van die liggaam doen swaartekrag die werk om die potensiële energie van die liggaam oor te dra na die kinetiese energie van sy beweging.
