Iedereen begrijpt dat werk een soort sociale activiteit is van een persoon die hij nodig heeft om zijn bestaan te verzekeren. In de natuurkunde is er echter ook een soortgelijk concept dat een heel andere betekenis heeft. Wat is werk in de natuurkunde, dit artikel zal het antwoord geven.
Werk als een fysieke hoeveelheid
Als antwoord op de vraag wat werk in de natuurkunde is, moet worden verduidelijkt dat dit de energie is die wordt besteed aan het uitvoeren van een actie. Een persoon verplaatst bijvoorbeeld een last van de ene plaats naar de andere, terwijl hij wel tegen wrijvingskrachten werkt. Als deze persoon de last begint op te tillen, zal zijn werk gericht zijn op het overwinnen van de zwaartekracht van de planeet. Nog een voorbeeld: het gas onder de zuiger begint als gevolg van verwarming zijn volume te vergroten, in welk geval wordt gezegd dat het wat werk doet.
In alle bovenstaande gevallen is er één gemeenschappelijk kenmerk: het werk verschilt alleen van nul wanneer er een soort mechanische beweging is van objecten of hun onderdelen(beweging van arbeider met last, uitzetting van gas).
Werk is dus het proces van het overbrengen van energie van de ene toestand naar de andere voor een bepaald lichaam, waardoor dit lichaam van positie in de ruimte verandert.
Werkformule
Laten we nu laten zien hoe we de onderzochte waarde kwantitatief kunnen berekenen. De overdracht van energie tussen verschillende toestanden is alleen mogelijk als er enige kracht aanwezig is. Dit kan de fysieke inspanning zijn van menselijke handen en voeten, de kracht van machines, de gecreëerde druk, die gemakkelijk kan worden omgezet in kracht, in het geval van verbranding van brandstof in een cilinder, de kracht van elektromagnetische inductie van een elektromotor, en enzovoort.
De volgende formule geeft antwoord op de vraag hoe je een baan in de natuurkunde kunt vinden:
A=(F¯l¯)
Werk A is een scalaire grootheid, terwijl kracht F¯ en verplaatsing l¯ vectorgrootheden zijn. Daarom gebruikt de formule voor het berekenen van A haakjes om aan te tonen dat we het hebben over het scalaire product van vectoren. In scalaire vorm kan de bovenstaande uitdrukking als volgt worden herschreven:
A=Flcos(φ)
Hier is φ de hoek tussen krachtvectoren F¯ en verplaatsing l¯.
Aangezien verplaatsing wordt gemeten in meters en kracht in Newton is, is de werkeenheid Newton per meter (Nm). De SI-eenheid heeft een eigen naam, de joule (J). Het blijkt dat arbeid van 1 J overeenkomt met een kracht van 1 N, die in de verplaatsingsrichting het lichaam bewoog met1 meter.
Gaswerk
We hebben de vraag geanalyseerd wat mechanisch werk is in de natuurkunde en hebben een formule gegeven waarmee het kan worden berekend. In het geval van uitzettende gassen wordt echter een andere uitdrukking gebruikt.
Veronderstel dat we een gassysteem hebben dat het volume V1 vult en onder druk P staat. Laat het volume veranderen als gevolg van een externe of interne invloed op het systeem en werd gelijk aan V2. Dan kan de arbeid van gas A worden bepaald met de volgende formule:
A=∫V(P(V)dV)
Als je de P(V)-functie plot in de P-V-assen, dan is de oppervlakte onder de curve numeriek gelijk aan A.
In het geval van een isobaar proces (P=const) voor een ideaal gas, zal het antwoord op de vraag hoe werk in de natuurkunde te vinden is de volgende eenvoudige uitdrukking zijn:
A=P(V2-V1)
Als als gevolg van een thermodynamisch proces het gasvolume niet verandert, is zijn werk gelijk aan nul. Als V2>V1, dan doet het gas positief werk als V1>V 2, dan negatief.
Werk van krachtmoment
Het krachtmoment is een fysieke grootheid, die wordt uitgedrukt door de volgende formule:
M=[F¯r¯]
Dat wil zeggen, M is gelijk aan het vectorproduct van de kracht F en de straalvector r om de rotatie-as. Het krachtmoment wordt uitgedrukt in Nm.
Wat is het werk van een moment van kracht in de natuurkunde? op deze vraagde volgende formule zal antwoorden:
A=Mθ
Deze gelijkheid betekent dat als het moment M, inwerkend op het systeem, ervoor zorgt dat het rond de as roteert met een hoek, het dan werkt A. De hoek θ moet hier worden uitgedrukt in radialen om het werk te krijgen in joules.
De berekening van de arbeid van het krachtmoment speelt een belangrijke rol in alle mechanische systemen waar sprake is van rotatie, zoals wielen, tandwielen, assen enzovoort.
Zwaartekrachtwerk
Nu we hebben uitgezocht wat werk in de natuurkunde is, gaan we deze waarde voor de zwaartekracht berekenen. Stel dat een lichaam met massa m v alt van een hoogte h. Omdat zwaartekracht F verticaal naar beneden werkt, doet het positief werk. Het wordt bepaald door de volgende formule:
A=mgh, waar F=mg
Velen in de verkregen formule voor de waarde van A kunnen de uitdrukking zien voor de potentiële energie van een lichaam in het veld van zwaartekracht. Tijdens de val van het lichaam doet de zwaartekracht het werk om de potentiële energie van het lichaam om te zetten in de kinetische energie van zijn beweging.
