کار در فیزیک مقداری است که با ضرب ماژول نیرویی که جسم را حرکت می دهد در مسافتی که حرکت کرده است، به دست می آید. در مقاله، شرایطی را که بدن حرکت می‌کند و بی‌حرکت می‌ماند را به تفصیل در نظر خواهیم گرفت. بیایید فرمول کار و واحدهای اندازه گیری آن را یاد بگیریم.
نیروهای وارد بر بدن
بیایید تصور کنیم که نخی داریم که جسمی روی آن آویزان است. از کنار نخ، نیروی کشسانی نخ روی آن وارد می شود، آن را نشان می دهیم F. بدن بی حرکت است، فرض کنید نخ را به سه پایه وصل کرده ایم. آیا برای حفظ این حالت به طور نامحدود باید کاری کرد؟ خیر اگرچه نیرویی بر بدن وارد می شود، اما حرکت نمی کند.
کار در فیزیک - چیست؟ قبل از پاسخ به این سوال، وضعیت را در نظر بگیرید. فرض کنید جسمی در حال حرکت است، اما هیچ نیرویی روی آن وارد نمی شود. برای مثال، اگر توپی در فضای دورتر، دور از همه ستاره ها و کهکشان ها باشد. سپس نیروی جاذبه آنها ناچیز خواهد بود. یک نمودار بکشید.
جسم مسافت معینی s را طی کرده است، اما نیرویی وجود ندارد (F=0). لازمهبرای حفظ حرکت بدن اقدامی انجام دهید؟ خیر این حالت می تواند به طور نامحدود حفظ شود. این حرکت یکنواخت مستطیل در غیاب نیروهای وارد بر بدن است.
نیروی تولید کار مکانیکی
و اکنون وضعیت اساساً متفاوت است. ما همان توپ را بالا می بریم. نیرویی روی آن وارد می شود، از کنار طناب به بدن وارد می شود. مقدار حرکت توپ را با حرف s و نیروی - F نشان می دهیم. آیا خود توپ بالا می رود؟ نه، چیزی باید آن را بلند کند. مثلاً یک موتور الکتریکی باید در جایی کار کند. اما برای کارکرد آن باید آب از سد بریزد که منجر به چرخش توربینی که ژنراتور به آن متصل است می شود. از طریق خط برق، انرژی باید به موتور منتقل شود و باید کار کند و بار را بلند کند. یعنی حرکت به خودی خود قابل تحقق نیست.
فیزیکدانان می گویند که در دو مورد اول نیرو کار مکانیکی انجام نمی دهد. در حالت سوم کار انجام می شود. توسط چه چیزی تولید می شود؟ نیروی F. در فیزیک، کار یک کمیت است. و اگر چنین است، آنگاه می تواند بالا و پایین تغییر کند. به راحتی می توان حدس زد که اگر نیرو زیاد شود و جسم به همان فاصله حرکت کند، کار این نیرو بیشتر می شود. چگونه می توان قدرت را افزایش داد؟ به عنوان مثال، گرفتن یک توپ دو برابر سخت تر است. سپس کار دو برابر می شود. بنابراین، کار انجام شده توسط یک نیرو متناسب با بزرگی نیرو است. این قانون است.
فرمول کار مکانیکی
بیایید تصور کنیم که باید همان توپ را نه 50 سانتی متر، بلکه 100 سانتی متر بالا بیاوریم.کار را انجام دهید تا ابتدا آن را به نیمه اول و سپس به نیمه دوم ببرید. هر بار همان کار انجام می شود، اما کل کار دو برابر خواهد بود. این بدان معنی است که کار با مسافت طی شده توسط بدن نسبت مستقیم دارد. بنابراین، فیزیکدانان موافقت کردند که مقدار Fs را با حرف A نشان دهند و آن را کار نیرو نامند. عبارت Fs مستقیماً با نیرو و جابجایی بدن متناسب خواهد بود.
A=Fs فرمول کار در فیزیک است. A مقدار مورد نظر نیروی وارد شده به جسم و s مسیر طی شده توسط جسم است. با این حال، شرایطی وجود دارد که نیرویی به بدن وارد می شود، اما حرکت نمی کند. در حالت سوم ما، جسم در همان جهتی حرکت می کند که نیرو وارد می شود. بنابراین، دقیق تر است که بگوییم s جابجایی جسم در جهت نیرو است. بیایید یک تعریف بسازیم: کار در فیزیک کمیتی است برابر حاصلضرب مدول نیرو و جابجایی بدن در جهت نیرو.
واحد اندازه گیری
بیایید به فرمول تعیین کننده A=Fs نگاه کنیم. [A]=Nm=J. N نیوتن است، J ژول است. چگونه بفهمیم 1 ژول چیست؟ بیایید نموداری رسم کنیم که نیرویی را نشان می دهد که کار یک ژول را انجام می دهد.
شکل وضعیت اولیه و نهایی بدن را نشان می دهد. آن را تا فاصله 1 متری حرکت دادیم در هنگام حرکت نیروی یک نیوتن به بدن وارد شد. A \u003d 1 N1 m \u003d 1 J. یعنی یک ژول کاری است که توسط نیروی یک نیوتن انجام می شود وقتی جسمی در فاصله 1 متری در جهت نیرو حرکت می کند.
یک ژول مقدار کمی کار است. برای بالا بردن1 کیلوگرم وزن در هر 10 سانتی متر، شما باید کار را در 1 ژول انجام دهید. برای بالا بردن آن به ارتفاع یک متر، باید کار 10 ژول را انجام دهید. اگر در مورد کار جرثقیل ها صحبت کنیم، آنها تن ها را ده ها متر بالا می برند. بنابراین از واحدهای اندازه گیری دیگر کار نیز استفاده می شود: کیلوژول، مگاژول و غیره 1 کیلوژول=1000 ژول، 1 مگا ژول=10 ^ 6 ژ. عقربه ساعت دیواری توسط موتور به حرکت در می آید. خیلی کمتر از یک ژول کار می کند. بر حسب میلی ژول اندازه گیری می شود. 1 mJ=0.001 J. میکروژول نیز وجود دارد. 1 μJ=110^-6 J.
