Какво е работа във физиката? Работата на силите, работата на разширяването на газа и работата на импулса

Всеки разбира, че работата е вид социална дейност на човека, от която той се нуждае, за да осигури съществуването си. Въпреки това във физиката съществува подобно понятие, което има съвсем различно значение. Какво е работа във физиката, отговорите в тази статия.

Работата като физическа величина

За да отговорим на въпроса какво е работа във физиката, трябва да уточним, че това е енергията, изразходвана за извършване на нещо. Например човек, който пренася товар от едно място на друго, извършва работа срещу силите на триене. Ако този човек започне да вдига тежести, работата му ще бъде да преодолее гравитационната сила на планетата. Друг пример: газ, намиращ се под бутало, започва да увеличава обема си, когато се нагрява, и в този случай се казва, че извършва някаква работа.

Всички горепосочени случаи имат една обща черта: работата се различава от нулата само когато има някакъв вид механично движение на обекти или техни части (движение на работник с товар, разширяване на газ).

И така, работата е процес на прехвърляне на енергия от едно състояние в друго за дадено тяло, в резултат на което тялото променя положението си в пространството.

Формулата за работа

Сега нека покажем как можем да изчислим количествено въпросното количество. Прехвърлянето на енергия между различни състояния е възможно само при наличието на някаква сила. Това може да бъде физическото усилие на човешките ръце и крака, силата на машините, генерираното налягане, което лесно се превръща в сила, в случай на горене в цилиндър, силата на електромагнитната индукция на електродвигател и т.н.

На въпроса как да намерим работа във физиката се отговаря със следната формула:

A = (F¯ * l¯)

Работата A е скаларна величина, докато силата F¯ и преместването l¯ са векторни величини. Ето защо във формулата за изчисляване на A са използвани скоби, за да се покаже, че става дума за скаларно произведение на вектори. В скаларна форма горният израз може да бъде преписан по следния начин:

A = F * l * cos(φ)

Тук φ е ъгълът между векторите на силата F¯ и преместването l¯.

Тъй като преместването се измерва в метри, а силата - в нютони, единицата за работа е нютон на метър (N * m). Единицата SI има собствено наименование за това - джаул (Joule). Резултатът показва, че работата на 1 J се равнява на сила от 1 N, която, действайки по посока на преместването, би преместила тялото на един метър.

Работа на газа

Разгледахме какво е механична работа във физиката, и даде формулата, по която може да се изчисли. В случай на разширяване на газовете се използва друг израз, но.

Да предположим, че имаме газова система, която запълва обем V₁ и е под налягане P. Нека в резултат на някакво външно или вътрешно въздействие върху системата нейният обем се е променил и е станал равен на V₂. Тогава работата на газ А може да се определи по формулата

A = ∫_V(P(V) * dV)

Ако се начертае функцията P(V) върху осите P-V, площта под кривата ще бъде числено равна на стойността A.

В случай на изобарен процес (P = const) за идеален газ отговорът на въпроса как да намерим работата във физиката е следният прост израз

A = P * (V₂-V₁)

Ако термодинамичният процес не променя обема на газа, неговата работа е равна на нула. Ако V₂>V₁, даден газ извършва положителна работа, ако V₁>V₂, тогава отрицателната стойност.

Работа на момент на сила

Въртящият момент на дадена сила е физична величина, която се изразява със следната формула:

M = [F¯ * r¯]

Тоест M е равно на векторното произведение на силата F и радиус-вектора r спрямо оста на въртене. Въртящият момент се изразява в N*m.

Какво представлява работата на момент на сила във физиката? Следната формула ще отговори на този въпрос:

A = M * θ

Това уравнение означава, че ако въртящият момент M, действащ върху системата, я кара да се завърти около оста под ъгъл θ, то тя извършва работа A. Ъгълът θ тук трябва да се изрази в радиани, за да се получи работата в джаули.

Изчисляването на работата на въртящия момент играе важна роля във всички механични системи, в които има въртене, напр. колела, зъбни колела, валове и др.

Работа на гравитацията

След като разбрахме какво е работа във физиката, нека да изчислим тази величина за гравитационните сили. Да предположим, че тяло с маса m пада от височина h. Тъй като силата на тежестта F действа вертикално надолу, тя извършва положителна работа. Той се определя по следната формула:

A = m * g * h,

Където F = m * g

Много хора виждат във формулата, получена за стойността А, израз за потенциалната енергия на тяло в полето на гравитационните сили. При падането на тялото гравитацията извършва работата по преобразуване на потенциалната енергия на тялото в кинетична енергия на движението му.