Igaüks mõistab, et töö on inimese omamoodi sotsiaalne tegevus, mida ta vajab oma olemasolu tagamiseks. Kuid füüsikas on ka sarnane mõiste, millel on täiesti erinev tähendus. See artikkel annab vastuse, mis on töö füüsikas.
Töö füüsilise suurusena
Vastates küsimusele, mis on töö füüsikas, tuleks selgitada, et see on energia, mis kulub mis tahes toimingu sooritamiseks. Näiteks kannab inimene koormat ühest kohast teise, samal ajal kui ta töötab hõõrdejõudude vastu. Kui see inimene hakkab koormat tõstma, on tema töö suunatud planeedi gravitatsioonijõu ületamisele. Veel üks näide: kolvi all olev gaas hakkab kuumutamise tulemusena oma mahtu suurendama, sel juhul öeldakse, et see teeb natuke tööd.
Kõigil ül altoodud juhtudel on üks ühine tunnus: töö erineb nullist ainult siis, kui esineb teatud tüüpi objektide või nende osade mehaaniline liikumine(töölise liikumine koormaga, gaasi paisumine).
Seega on töö antud keha jaoks energia ülekandmine ühest olekust teise, mille tulemusena see keha muudab ruumis asendit.
Töövalem
Nüüd näitame, kuidas uuritavat väärtust kvantitatiivselt arvutada. Energia ülekandmine erinevate olekute vahel on võimalik ainult mingi jõu olemasolul. See võib olla inimese käte ja jalgade füüsiline pingutus, masinate jõud, tekkiv rõhk, mis muundub kergesti jõuks, kütuse põlemisel silindris, elektrimootori elektromagnetilise induktsiooni jõud ja nii edasi.
Järgmine valem annab vastuse küsimusele, kuidas leida tööd füüsikas:
A=(F¯l¯)
Töö A on skalaarsuurus, samas kui jõud F¯ ja nihe l¯ on vektorsuurused. Sellepärast kasutab A arvutamise valem sulgusid, et näidata, et me räägime vektorite skalaarkorrutisest. Skalaarses vormis saab ül altoodud avaldise ümber kirjutada järgmiselt:
A=Flcos(φ)
Siin φ on jõuvektorite F¯ ja nihke l¯ vaheline nurk.
Kuna nihet mõõdetakse meetrites ja jõudu njuutonites, on tööühikuks njuutonit meetri kohta (Nm). SI ühikul on oma nimi, džaul (J). Selgub, et 1 J töö vastab jõule 1 N, mis nihke suunas toimides liigutas keha1 meeter.
Gaasitöö
Analüüsisime küsimust, mis on mehaaniline töö füüsikas, ja andsime valemi, mille järgi seda saab arvutada. Paisuvate gaaside puhul kasutatakse aga teistsugust väljendit.
Oletame, et meil on gaasisüsteem, mis täidab ruumala V1 ja on rõhu all P. Laske selle maht muutuda mõne süsteemi välise või sisemise mõju tagajärjel ja sai võrdseks V2. Seejärel saab gaasi A töö määrata järgmise valemiga:
A=∫V(P(V)dV)
Kui joonistate funktsiooni P(V) P-V telgedele, on kõvera alune pindala arvuliselt võrdne A-ga.
Ideaalse gaasi isobaarilise protsessi (P=const) korral on vastus küsimusele, kuidas leida tööd füüsikas, järgmine lihtne avaldis:
A=P(V2-V1)
Kui termodünaamilise protsessi tulemusena gaasi maht ei muutu, siis on selle töö võrdne nulliga. Kui V2>V1, siis gaas töötab positiivselt, kui V1>V 2, siis negatiivne.
Jõumomendi töö
Jõumoment on füüsikaline suurus, mida väljendatakse järgmise valemiga:
M=[F¯r¯]
See tähendab, et M on võrdne jõu F ja raadiusvektori r korrutisega ümber pöörlemistelje. Jõumomenti väljendatakse Nm.
Mis on jõumomendi töö füüsikas? Sellele küsimuselejärgmine valem vastab:
A=Mθ
See võrdus tähendab, et kui süsteemile mõjuv moment M paneb selle pöörlema ümber telje nurga θ võrra, siis see töötab A. Nurka θ tuleb siin väljendada radiaanides, et saada töö. džaulides.
Jõumomendi töö arvutamine mängib olulist rolli kõigis mehaanilistes süsteemides, kus toimub pöörlemine, nagu rattad, hammasrattad, võllid ja nii edasi.
Raskusjõu töö
Olles välja selgitanud, mis on töö füüsikas, arvutame selle gravitatsioonijõudude väärtuse. Oletame, et keha massiga m kukub kõrguselt h. Kuna gravitatsioon F toimib vertikaalselt allapoole, teeb see positiivset tööd. See määratakse järgmise valemiga:
A=mgh, kus F=mg
Paljud saadud A väärtuse valemis näevad gravitatsioonijõudude väljas keha potentsiaalse energia avaldist. Keha langemise ajal teeb gravitatsioon tööd, kandes keha potentsiaalse energia üle selle liikumise kineetiliseks energiaks.
