Механична работа | Във физиката работата е това, което прави силата

Във физиката работата е това, което прави силата.

Когато върху даден обект се прилага сила за определен период от време, работата, извършена от силата, се определя като съотношението между големината на силата (нейната сила) и преместването на обекта от началното му положение до текущото му положение (най-краткото разстояние между точките А и В), умножено по косинуса на ъгъла между посоката на силата и действителната посока на преместване на обекта. Това може да се представи по следния начин:

W = F s cos θ {\displaystyle W=Fs\cos \theta }

 В тази формула работата е W, големината на силата е F, преместването е s, а косинусът на ъгъла е cos θ.

В повечето случаи последният фактор (косинусът на ъгъла) е равен на единица, тъй като посоката на силата обикновено е същата като посоката на преместването. Но при обстоятелства като бутане на тежък кашон под ъгъл, който не е успореден на земята (да кажем, че го бутате под ъгъл 20° към земята), посоката на силата не е същата като посоката на преместването. В този пример, поради ъгъла на приложената сила, силата извършва по-малка работа, защото не е толкова ефективна, колкото при бутането на кутията под ъгъл, успореден на земята.

Колкото повече посоката на преместването става перпендикулярна (90°) на посоката на силата, толкова повече работата се доближава до нула. Ако ъгълът е по-голям от 90°, това означава, че обектът като цяло се движи в обратна посока от тази, която силата иска да извърши; силата има отрицателна работа.

Един полезен пример е сценарий с група хора, които играят на теглене на въже. Отборът, който бавно се дърпа към средата, упражнява сила, отдалечаваща се от средата, но въпреки всички усилия на силите им, има отрицателна работа, защото посоката на преместването им е в обратна посока.

Ако държите тежка книга срещу нейното тегло, се получава сила, но ако обектът е неподвижен във въздуха, не се извършва работа. Ако обектът бавно се движи нагоре, работата е положителна, но ако вместо това той бавно се спуска въпреки действието на силата върху него, силата има отрицателна работа.

Можем да погледнем на това и от гледна точка на силата, която се опитва да придвижи книгата надолу - нейното тегло. Работата на тежестта върху книгата, която се повдига, е отрицателна. Това е така, защото преместването на тежестта надолу е в посока, обратна на преместването нагоре.

Работата се счита за свършена, когато е положителна.

Силата е тази, която върши работата, а не агентът, който я е създал. Движението е условие за работа.

Подобно на енергията, тя е скаларна величина, а нейната единица в SI е джаул. Топлопроводимостта не се счита за форма на работа, тъй като няма макроскопично измерима сила, а само микроскопични сили, възникващи при атомни сблъсъци. Терминът работа е създаден през 30-те години на XIX век от френския математик Гаспар-Гюстав Кориолис.

Съгласно теоремата за работата и енергията, ако външна сила въздейства върху твърд обект, в резултат на което кинетичната му енергия се променя от E_k1 на E_k2 , то механичната работа (W) се определя от:

W = Δ E k = E k 2 - E k 1 = m v 2 2 2 - m v 1 2 2 {\displaystyle W=\Delta E_{k}=E_{k_{2}}-E_{k_{1}}={\frac {mv_{2}^{2}}{2}}-{\frac {mv_{1}^{2}}{2}}}

където m е масата на обекта, а v е скоростта на обекта.

Въпроси и отговори

В: Какво е работа във физиката?

В: Как се представя работата математически?

Въпрос: Какво се случва, ако има ъгъл между посоката на силата и преместването?

Въпрос: Счита ли се, че топлопроводността е вид работа?

В: Кой е създал понятието "работа"?

В: Какво гласи теоремата за работата и енергията?

Търсене по буква