Co je práce ve fyzice? Práce sil, práce při expanzi plynu a práce momentu síly

Každý chápe, že práce je druh sociálního aktivismu člověka, který potřebuje k zajištění své existence. Ve fyzice však existuje také podobný koncept, který má úplně jiný význam. Co je to práce ve fyzice, tento článek odpoví.

Práce jako fyzická veličina

Na otázku, co je práce ve fyzice, je třeba objasnit, že jde o energii vynaloženou na provedení jakýchkoli akcí. Například osoba přenáší náklad z jednoho místa na druhé, zatímco pracuje proti třecím silám. Pokud tato osoba začne zvedat náklad, bude její práce zaměřena na překonání síly gravitace planety. Další příklad: plyn pod pístem v důsledku zahřívání začíná zvyšovat svůj objem, v takovém případě se říká, že vykonává nějakou práci.

Ve všech uvedených případech existuje jedna společná vlastnost: práce se liší od nuly, pouze pokud existuje nějaký typ mechanického pohybu objektů nebo jejich částí (pohyb pracovníka s nákladem, expanze plynu) .

Práce je tedy proces přeměny energie z jednoho stav do druhého pro dané tělo, který způsobí, že toto tělo změní polohu v prostoru.

Vzorec práce

Nyní ukážeme, jak kvantitativně vypočítat studovanou hodnotu. Přenos energie mezi různými stavy je možný, pouze pokud je přítomna určitá síla. Může to být fyzická síla lidských rukou a nohou, síla strojů vytvářená tlakem, který se snadno přepočítává na sílu, v případě spalování paliva ve válci, síla elektromagnetické indukce elektromotoru atd.

Na otázku, jak najít práci ve fyzice, odpoví následující vzorec:

A = (F¯ * l¯)

Práce A je skalární veličina, zase síla F a pohyb l jsou vektorové veličiny. Proto vzorec pro výpočet a používá závorky, aby ukázal, že jde o skalární produkt vektorů. Ve skalární formě lze výše uvedený výraz přepsat v následující podobě:

A = F * l * cos(φ)

Zde φ je úhel mezi vektory síly F a pohybu l.

Protože se pohyb měří v metrech a síla v Newtonech, bude pracovní jednotkou Newton na metr (N * M). V Si má tato jednotka své vlastní jméno-Joule (J). Ukazuje se, že práce v 1 J odpovídá síle 1 N, která působením podél směru posunutí posunula tělo o 1 metr.

Provoz plynu

Vyřešili jsme otázku, co je mechanická práce ve fyzice, a přinesl vzorec, podle kterého jej lze vypočítat. V případě expanze plynů se však používá jiný výraz.

Předpokládejme, že máme plynový systém, který vyplňuje objem v₁ a Nachází se pod tlak P. Nechť v důsledku jakéhokoli vnějšího nebo vnitřního vlivu na systém se jeho objem změnil a stal se rovným V₂. Pak lze práci plynu a určit pomocí tohoto vzorce:

A = ∫_V(P(V) * dV)

Pokud v grafu zobrazíte funkci P (V) v osách P-V, pak se plocha pod křivkou numericky rovná hodnotě A.

V případě izobarického procesu (P = const) pro perfektní odpověď na otázku, jak najít práci ve fyzice, bude následující jednoduchý výraz:

A = P * (V₂-V₁)

Pokud se v důsledku termodynamického procesu nezmění objem plynu, bude jeho provoz nulový. Pokud V₂>V₁, pak plyn dělá pozitivní práci, pokud V₁>V₂, pak negativní.

Práce okamžiku síly

Moment síly se nazývá fyzická veličina, která je vyjádřena následujícím vzorcem:

M = [F¯ * r¯]

To znamená, že M se rovná vektorovému součinu síly F o poloměr-vektor r vzhledem k ose otáčení. Moment síly je vyjádřen v n * m.

Co je ve fyzice práce momentu síly? Na tuto otázku odpoví následující vzorec:

A = M * θ

Tato rovnost znamená, že pokud moment M působící na systém způsobí, že se otočí kolem osy o úhel θ, pak provede práci a. Úhel θ zde musí být vyjádřen v radiánech, aby získal práci v joulech.

Výpočet výkonu momentu síly hraje důležitou roli ve všech mechanických systémech, kde je rotace, například kola, Ozubená kola, hřídele atd.

Práce gravitace

Po pochopení toho, co je práce ve fyzice, vypočítáme tuto hodnotu pro gravitační síly. Předpokládejme, že tělo o hmotnosti m klesá z výšky h. Protože gravitace F působí svisle dolů, pak vykonává pozitivní práci. Určuje se podle tohoto vzorce:

A = m * g * h,

kde F = M * g

Mnoho ve výsledném vzorci pro velikost A může vidět výraz pro potenciální energii těla umístěného v poli gravitačních sil. Během pádu těla gravitace pracuje na převodu potenciální energie těla na kinetickou energii jeho pohybu.