Що таке робота у фізиці? Робота сил, робота при розширенні газу і робота моменту сили

Кожен розуміє, що робота-це якийсь вид соціальної активності людини, який йому необхідний, щоб забезпечувати своє існування. Проте у фізиці також існує аналогічне поняття, яке має зовсім інший сенс. Що таке робота у фізиці, відповість ця стаття.

Робота як фізична величина

Відповідаючи на питання, Що таке робота у фізиці, слід уточнити, що це енергія, яка витрачена на вчинення будь-яких дій. Наприклад, людина переносить вантаж з одного місця на інше, при цьому він здійснює роботу проти сил тертя. Якщо ж ця людина почне піднімати вантаж, то його робота буде спрямована на подолання сили тяжіння планети. Інший приклад: газ, що знаходиться під поршнем, в результаті нагріву починає збільшувати свій обсяг, в такому випадку кажуть, що він робить деяку роботу.

У всіх перерахованих випадках присутня одна спільна риса: робота відрізняється від нуля тільки тоді, коли є який-небудь тип механічного переміщення об`єктів або їх частин (рух робітника з вантажем, розширення газу) .

Таким чином, робота-це процес переведення енергії з одного стан в інший для даного тіла, в результаті якого це тіло змінює положення в просторі.

Формула роботи

Тепер покажемо, як кількісно можна обчислити досліджувану величину. Переклад енергії між різними станами можливий тільки в тому випадку, якщо присутня деяка сила. Це може бути фізичне зусилля людських рук і ніг, сила машин, створюваний тиск, яке легко перераховується в силу, в разі згоряння палива в циліндрі, сила електромагнітної індукції електродвигуна і так далі.

На питання, Як знаходити роботу у фізиці, відповість наступна формула:

A = (F¯ * l¯)

Робота A-це скалярна величина, в свою чергу сила F і переміщення l - це величини векторні. Саме тому у формулі для обчислення a використовуються круглі дужки, щоб показати, що мова йде про скалярному творі векторів. У скалярній формі вираз вище можна переписати в наступному вигляді:

A = F * l * cos(φ)

Тут φ є кутом між векторами сили F і переміщення l.

Оскільки переміщення вимірюється в метрах, а сила в ньютонах, то одиницею роботи буде ньютон на метр (Н * м). У сі Ця одиниця є власна назва-джоуль (Дж). Виходить, що робота в 1 Дж відповідає силі в 1 Н, яка, діючи вздовж напрямку зміщення, перемістила тіло на 1 метр.

Робота газу

Ми розібрали питання, Що таке механічна робота у фізиці, і привели формулу, за якою її можна обчислити. У разі розширення газів використовують, однак, інший вираз.

Припустимо, що у нас є газова система, яка заповнює обсяг V₁ і знаходиться під тиском P. Нехай в результаті будь-якого зовнішнього або внутрішнього впливу на систему її обсяг змінився і став рівним V₂. Тоді роботу газу A можна визначити за такою формулою:

A = ∫_V(P(V) * dV)

Якщо зобразити на графіку функцію P (V) в осях P-V, то площа під кривою чисельно буде дорівнює величині a.

У випадку ізобарного процесу (P = const) для ідеального відповіддю на питання, Як знаходити роботу у фізиці, буде наступне просте вираз:

A = P * (V₂-V₁)

Якщо в результаті термодинамічного процесу обсяг газу не змінюється, то його робота буде дорівнює нулю. Якщо V₂>V₁, то газ робить позитивну роботу, якщо V₁>V₂, то негативну.

Робота моменту сили

Моментом сили називається фізична величина, яка виражається наступною формулою:

M = [F¯ * r¯]

Тобто M дорівнює векторному добутку сили F на радіус-вектор r щодо осі обертання. Момент сили виражається в Н * м.

Що таке у фізиці робота моменту сили? На це питання відповість наступна формула:

A = M * θ

Це рівність означає, Якщо момент M, діючи на систему, призводить до її повороту навколо осі на кут θ, то він здійснює роботу A. Кут θ тут повинен виражатися в радіанах, щоб отримати роботу в джоулях.

Обчислення роботи моменту сили відіграє важливу роль у всіх механічних системах, де є обертання, наприклад, колеса, шестерні, вали і так далі.

Робота сили тяжіння

Розібравшись, що таке робота у фізиці, обчислимо цю величину для сил тяжіння. Припустимо, що тіло масою m падає з висоти h. Оскільки сила тяжіння F діє вертикально вниз, то вона робить позитивну роботу. Визначається вона за такою формулою:

A = m * g * h,

де F = m * g

Багато в отриманій формулі для величини a можуть побачити вираз для потенційної енергії тіла, що знаходиться в полі сил гравітації. Під час падіння тіла сила тяжіння робить роботу з переведення потенційної енергії тіла в кінетичну енергію його руху.