Кожен розуміє, що робота — це певний вид соціальної активності людини, який йому необхідний, щоб забезпечувати своє існування. Тим не менш у фізиці також існує аналогічне поняття, яке має зовсім інший зміст. Що таке робота у фізиці, відповість дана стаття.

Робота як фізична величина

Відповідаючи на питання, що таке робота у фізиці, слід уточнити, що це енергія, яка витрачена на вчинення яких-небудь дій. Наприклад, людина переносить вантаж з одного місця на інше, при цьому він здійснює роботу проти сил тертя. Якщо ж ця людина почне піднімати вантаж, то його робота буде спрямована на подолання сили тяжіння планети. Інший приклад: газ, що знаходиться під поршнем, в результаті нагріву починає збільшувати свій об’єм, в такому випадку кажуть, що він здійснює певну роботу.

У всіх випадках присутня одна загальна риса: робота відрізняється від нуля лише тоді, коли є який-небудь тип механічного переміщення об’єктів або їх частин (рух робочого з вантажем, розширення газу).

Таким чином, робота — це процес перекладу енергії з одного стану в інше для даного тіла, в результаті якого це тіло змінює положення в просторі.

Формула роботи

Тепер покажемо, як можна кількісно обчислити досліджувану величину. Переклад енергії між різними станами можливий тільки в тому випадку, якщо присутня деяка сила. Це може бути фізичне зусилля людських рук і ніг, сила машин, створюваний тиск, яке легко перераховується в силу, у разі згоряння палива в циліндрі, сила електромагнітної індукції електродвигуна і так далі.

На питання, як знаходити роботу в фізиці, відповість наступна формула:

A = (F * l)

Робота A — це скалярна величина, в свою чергу сила F і переміщення l — це векторні величини. Саме тому у формулі для обчислення A використовуються круглі дужки, щоб показати, що мова йде про скалярному добутку векторів. У скалярної формою вираження вище можна переписати в наступному вигляді:

A = F * l * cos(φ)

Тут φ є кутом між векторами сили F і переміщення l.

Дивіться також:  Точка - це... Значення і тлумачення слова "точка"

Оскільки переміщення вимірюється в метрах, а сила в ньютонах, то одиницею роботи буде ньютон на метр (Н * м). В СІ ця одиниця є власне назва — джоуль (Дж). Виходить, що робота в 1 Дж відповідає силі до 1 М, яка, діючи вздовж напрямку зсуву, перемістила тіло на 1 метр.

Робота газу

Ми розібрали питання, що таке механічна робота у фізиці, і навели формулу, за якою її можна обчислити. У разі розширення газів використовують, однак, інше вираження.

Припустимо, що у нас є газова система, яка заповнює об’єм V1 і знаходиться під тиском P. Нехай в результаті будь-якого зовнішнього чи внутрішнього впливу на систему її обсяг змінився і став рівним V2. Тоді роботу газу A можна визначити за такою формулою:

A = ∫V(P(V) * dV)

Якщо зобразити на графіку функцію P(V) в осях P-V, то площа під кривою чисельно дорівнює величині A.

У разі изобарного процесу (P = const) для ідеального газу відповіддю на питання, як знаходити роботу в фізиці, буде наступне просте вираз:

A = P * (V2-V1)

Якщо в результаті термодинамічного процесу обсяг газу не змінюється, то його робота буде дорівнює нулю. Якщо V2>V1, то газ робить позитивну роботу, якщо V1>V2, то негативну.

Робота моменту сили

Моментом сили називається фізична величина, яка виражається наступною формулою:

M = [F * r]

Тобто M дорівнює векторному добутку сили F на радіус-вектор r відносно осі обертання. Момент сили виражається в Н*м.

Що таке у фізиці робота моменту сили? На це питання відповість наступна формула:

A = M * θ

Це рівність означає, якщо момент M, діючи на систему, призводить до її повороту навколо осі на кут θ, то він здійснює роботу A. Кут θ тут повинен виражатися в радіанах, щоб отримати роботу в джоулях.

Дивіться також:  Кемеровська область: історія освіти, цікаві факти, фото

Обчислення роботи моменту сили відіграє важливу роль у всіх механічних системах, де є обертання, наприклад, колеса, шестерні, вали і так далі.

Робота сили тяжіння

Розібравшись, що таке робота у фізиці, обчислимо цю величину для сил тяжіння. Припустимо, що тіло масою m падає з висоти h. Оскільки сила тяжіння F діє вертикально вниз, то вона робить позитивну роботу. Визначається вона за такою формулою:

A = m * g * h,

де F = m * g

Багато в отриманій формулі для величини A можуть побачити вираз для потенційної енергії тіла, що знаходиться у полі сил тяжіння. Під час падіння тіла сила тяжіння робить роботу з переведення потенційної енергії тіла в кінетичну енергію руху.