همه می دانند که کار نوعی فعالیت اجتماعی یک فرد است که برای اطمینان از وجود خود به آن نیاز دارد. با این حال، در فیزیک نیز مفهوم مشابهی وجود دارد که معنای کاملاً متفاوتی دارد. کار در فیزیک چیست، این مقاله پاسخ خواهد داد.
کار به عنوان یک کمیت فیزیکی
در پاسخ به این سؤال که کار در فیزیک چیست، باید روشن شود که این انرژی است که صرف انجام هر عملی می شود. به عنوان مثال، شخصی باری را از مکانی به مکان دیگر منتقل می کند، در حالی که در برابر نیروهای اصطکاک کار می کند. اگر این شخص شروع به بلند کردن بار کند، هدف او غلبه بر نیروی گرانشی سیاره خواهد بود. مثال دیگر: گاز زیر پیستون در اثر گرم شدن شروع به افزایش حجم خود می کند که در این صورت می گویند مقداری کار می کند.
در همه موارد فوق، یک ویژگی مشترک وجود دارد: کار فقط زمانی با صفر تفاوت دارد که نوعی حرکت مکانیکی اجسام یا قطعات آنها وجود داشته باشد.(حرکت کارگر با بار، انبساط گاز).
بنابراین، کار فرآیند انتقال انرژی از یک حالت به حالت دیگر برای یک جسم معین است که در نتیجه این جسم در فضا تغییر موقعیت می دهد.
فرمول کار
حالا بیایید نحوه محاسبه کمی مقدار مورد مطالعه را نشان دهیم. انتقال انرژی بین حالت های مختلف تنها در صورتی امکان پذیر است که نیرویی وجود داشته باشد. این می تواند تلاش فیزیکی دست و پای انسان، نیروی ماشین ها، فشار ایجاد شده که به راحتی به نیرو تبدیل می شود، در صورت احتراق سوخت در یک سیلندر، نیروی القای الکترومغناطیسی یک موتور الکتریکی و به همین ترتیب.
فرمول زیر به این سؤال پاسخ می دهد که چگونه در فیزیک شغل پیدا کنید:
A=(F¯l¯)
کار A یک کمیت اسکالر است، در حالی که نیروی F¯ و جابجایی l¯ کمیت های برداری هستند. به همین دلیل است که فرمول محاسبه A از پرانتز استفاده می کند تا نشان دهد که ما در مورد حاصل ضرب اسکالر بردارها صحبت می کنیم. در شکل اسکالر، عبارت فوق را می توان به صورت زیر بازنویسی کرد:
A=Flcos(φ)
در اینجا φ زاویه بین بردارهای نیرو F¯ و جابجایی l¯ است.
از آنجایی که جابجایی بر حسب متر و نیرو بر حسب نیوتن اندازه گیری می شود، واحد کار نیوتن بر متر (Nm) است. واحد SI نام خاص خود را دارد، ژول (J). به نظر می رسد که کار 1 J با نیروی 1 N مطابقت دارد، که در امتداد جهت جابجایی عمل می کند، بدن را با1 متر.
کار گاز
ما این سؤال را تجزیه و تحلیل کردیم که کار مکانیکی در فیزیک چیست و فرمولی ارائه دادیم که با آن می توان آن را محاسبه کرد. اما در مورد گازهای در حال انبساط، از عبارت متفاوتی استفاده می شود.
فرض کنید که ما یک سیستم گازی داریم که حجم V1 را پر می کند و تحت فشار P است. بگذارید حجم آن در نتیجه تأثیر خارجی یا داخلی روی سیستم تغییر کند. و برابر با V2 شد. سپس کار گاز A را می توان با فرمول زیر تعیین کرد:
A=∫V(P(V)dV)
اگر تابع P(V) را در محورهای P-V رسم کنید، مساحت زیر منحنی از نظر عددی برابر با A خواهد بود.
در مورد یک فرآیند همسان (P=Const) برای یک گاز ایده آل، پاسخ به این سوال که چگونه کار در فیزیک پیدا کنیم عبارت ساده زیر خواهد بود:
A=P(V2-V1)
اگر در نتیجه یک فرآیند ترمودینامیکی حجم گاز تغییر نکند، کار آن برابر با صفر خواهد بود. اگر V2>V1، اگر V1>V 2، سپس منفی.
کار لحظه نیرو
گشتاور نیرو یک کمیت فیزیکی است که با فرمول زیر بیان می شود:
M=[F¯r¯]
یعنی M برابر است با حاصل ضرب بردار نیروی F و بردار شعاع r حول محور چرخش. ممان نیرو بر حسب Nm بیان می شود.
کار یک لحظه نیرو در فیزیک چیست؟ به این سوالفرمول زیر پاسخ خواهد داد:
A=Mθ
این تساوی به این معنی است که اگر ممان M که بر روی سیستم تأثیر می گذارد، باعث شود که آن حول محور با زاویه θ بچرخد، آنگاه کار A را انجام می دهد. زاویه θ در اینجا باید بر حسب رادیان بیان شود تا کار به دست آید. در ژول.
محاسبه کار لحظه نیرو در تمام سیستم های مکانیکی که چرخش وجود دارد، مانند چرخ ها، چرخ دنده ها، شفت ها و غیره نقش مهمی دارد.
کار جاذبه
پس از فهمیدن اینکه کار در فیزیک چیست، بیایید این مقدار را برای نیروهای گرانش محاسبه کنیم. فرض کنید جسمی به جرم m از ارتفاع h سقوط کند. از آنجایی که گرانش F به صورت عمودی به سمت پایین عمل می کند، کار مثبتی انجام می دهد. با فرمول زیر تعیین می شود:
A=mgh،
جایی که F=mg
بسیاری در فرمول بدست آمده برای مقدار A می توانند بیان انرژی پتانسیل یک جسم را در میدان نیروهای گرانشی ببینند. در هنگام سقوط بدن، گرانش کار انتقال انرژی پتانسیل بدن به انرژی جنبشی حرکت آن را انجام می دهد.
