Fysikaliskt arbete | Inom fysiken är arbete vad kraft gör

Inom fysiken är arbete vad kraften gör.

När en kraft appliceras på ett föremål under en viss tid definieras det arbete som utförs av kraften som storleken på kraften (dess styrka) gånger föremålets förflyttning från dess utgångsläge till dess nuvarande läge (kortaste avstånd mellan punkt A och B) gånger cosinus av vinkeln mellan kraftens riktning och den faktiska riktningen för föremålets förflyttning. Detta kan representeras genom:

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

I denna formel är arbetet W, kraftens storlek F, förskjutningen s och vinkelns cosinus cos θ.

I de flesta fall är den sista faktorn (vinkelns cosinus) lika med ett eftersom kraftens riktning vanligtvis är samma riktning som förskjutningen. Men under omständigheter som att skjuta en tung låda i en vinkel som inte är parallell med marken (låt oss säga att den skjuts 20° mot marken) är kraftriktningen inte densamma som förskjutningens riktning. I det här exemplet utför kraften mindre arbete på grund av vinkeln på den pålagda kraften, eftersom den inte är lika effektiv som att skjuta lådan i en vinkel parallellt med marken.

Ju mer förskjutningens riktning blir vinkelrät (90°) mot kraftens riktning, desto mer närmar sig arbetet noll. Om vinkeln är större än 90° visar det att föremålet totalt sett rör sig i en riktning bakåt från vad kraften avser att göra; kraften har ett negativt arbete.

Ett användbart exempel är ett scenario där en grupp människor spelar dragkamp. Det lag som långsamt dras in mot mitten utövar en kraft bort från mitten, men trots alla ansträngningar av deras krafter uppstår ett negativt arbete eftersom riktningen på deras förflyttning är i motsatt riktning.

Om du håller en tung bok mot dess vikt uppstår en kraft, men om föremålet står stilla i luften utförs inget arbete. Om föremålet långsamt rör sig uppåt är arbetet positivt, men om det i stället sakta sjunker neråt trots att kraften utövar på det, har kraften negativt arbete.

Vi kan också betrakta detta ur perspektivet av den kraft som försöker flytta boken nedåt, dess vikt. Viktens arbete på en bok som lyfts är negativt. Detta beror på att den nedåtriktade vikten är i motsatt riktning till den uppåtriktade förskjutningen.

Arbetet anses vara slutfört när det är positivt.

Det är kraften som utför arbetet, inte den aktör som skapade kraften. Rörelse är ett krav för arbete.

Liksom energi är det en skalär storhet och dess SI-enhet är joule. Värmeledning anses inte vara en form av arbete, eftersom det inte finns någon makroskopiskt mätbar kraft, utan endast mikroskopiska krafter som uppstår vid atomkollisioner. Termen arbete skapades på 1830-talet av den franske matematikern Gaspard-Gustave Coriolis.

Om en yttre kraft verkar på ett styvt föremål och dess rörelseenergi ändras från E_k1 till E_k2 , enligt teoremet om arbete och energi, så ges det mekaniska arbetet (W) av följande:

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

där m är föremålets massa och v är föremålets hastighet.

En basebollkastare arbetar med bollen genom att överföra energi till den.

Frågor och svar

F: Vad är arbete inom fysiken?

S: Arbete är den kraft som ett objekt upplever när en kraft appliceras på det under en viss tid.

F: Hur representeras arbete matematiskt?

S: Arbete representeras av formeln W=Fs cos è, där W representerar arbete, F representerar storleken på kraften, s representerar förflyttning och cos è representerar vinkeln mellan kraftriktningen och den faktiska förflyttningsriktningen.

F: Vad händer om det finns en vinkel mellan kraftriktningen och förskjutningen?

S: Om det finns en vinkel mellan kraftriktningen och förskjutningen kommer mindre arbete att utföras eftersom det blir mindre effektivt än att skjuta i en parallell riktning. Ju mer vinkelrätt (90°) mot kraftriktningen, desto mer arbete närmar sig noll. Om den är större än 90° kommer den totala rörelsen att gå i motsatt riktning än vad som var meningen med kraften, vilket resulterar i negativt arbete.

F: Är värmeledning en form av arbete?

Svar: Nej, värmeledning anses inte vara en form av arbete eftersom det inte finns några makroskopiskt mätbara krafter, utan endast mikroskopiska krafter som uppstår vid atomkollisioner.

F: Vem skapade begreppet "arbete"?

S: Termen "arbete" skapades av den franske matematikern Gaspard-Gustave Coriolis på 1830-talet.

Fråga: Vad säger teoremet Arbete-Energi?

S: Enligt teoremet Arbete och energi kan mekaniskt arbete (W) beräknas med hjälp av mv2/2 - mv1/2 , där m står för massa och v för hastighet, om en yttre kraft verkar på ett styvt föremål och får dess rörelseenergi att ändras från Ek1 till Ek2.