Práce ve fyzice je hodnota, která se zjistí vynásobením modulu síly, která pohybuje tělem, vzdáleností, o kterou se posunulo. V článku budeme podrobně zvažovat situace, kdy se tělo pohybuje a zůstává nehybné. Pojďme se naučit vzorec práce a její měrné jednotky.
Síly působící na těleso
Představme si, že máme vlákno, na kterém je zavěšeno těleso. Ze strany závitu na něj působí elastická síla závitu, označme ji F. Těleso je nehybné, řekněme, že jsme závit připevnili na stativ. Je nutné něco udělat pro udržení tohoto stavu na neurčito? Ne. Přestože na tělo působí síla, nepohybuje se.
Práce ve fyzice – co to je? Než odpovíte na tuto otázku, zvažte situaci. Předpokládejme, že se těleso pohybuje, ale nepůsobí na něj žádné síly. Pokud je to například koule ve vzdáleném vesmíru, daleko od všech hvězd a galaxií. Pak bude síla jejich přitažlivosti zanedbatelná. Nakreslete diagram.
Těleso se posunulo o určitou vzdálenost s, ale nepůsobí tam žádná síla (F=0). Je to nezbytnépodniknout nějaké kroky k udržení těla v pohybu? Ne. Tento stav lze udržovat neomezeně dlouho. Jedná se o rovnoměrný přímočarý pohyb v nepřítomnosti sil působících na tělo.
Vynutit si mechanickou práci
A nyní je situace zásadně jiná. Zvedneme stejný míč. Působí na něj síla, působí na tělo ze strany lana. Velikost pohybu koule označíme písmenem s, a silou - F. Zvedne se koule sama? Ne, něco to musí zvednout. Někde musí fungovat třeba elektromotor. Aby to ale fungovalo, musí z přehrady padat voda, což vede k otáčení turbíny, ke které je generátor připojen. Přes elektrické vedení se musí přenášet energie do motoru a ten musí fungovat a zvedat břemeno. To znamená, že pohyb nemůže být realizován sám o sobě.
Fyzici říkají, že v prvních dvou případech síla nevykonává žádnou mechanickou práci. Ve třetím případě je práce hotová. Čím se vyrábí? Síla F. Ve fyzice je práce veličina. A pokud ano, pak se to může měnit nahoru a dolů. Je snadné odhadnout, že pokud se síla zvýší a těleso se posune o stejnou vzdálenost, bude práce této síly větší. Jak lze zvýšit sílu? Například vzít míč je dvakrát tak těžké. Pak se práce zdvojnásobí. Proto je práce vykonaná silou úměrná velikosti síly. Toto je zákon.
Vzorec mechanické práce
Představme si, že potřebujeme zvednout stejnou kouli ne o 50 cm, ale o 100 cm.udělejte práci, abyste jej zvedli nejprve do první poloviny vzdálenosti a poté do druhé. Pokaždé bude provedena stejná práce, ale celková práce bude dvakrát tolik. To znamená, že práce je přímo úměrná vzdálenosti, kterou tělo urazí. Fyzici se proto dohodli, že budou hodnotu Fs označovat písmenem A a budou ji nazývat dílem síly. Výraz Fs bude přímo úměrný síle a posunutí tělesa.
A=Fs je vzorec pro práci ve fyzice. A je požadovaná hodnota síly působící na těleso a s je dráha, kterou těleso urazí. Jsou však situace, kdy na těleso působí síla, ale nehýbe se. V našem třetím případě se těleso pohybuje stejným směrem, jakým působí síla. Proto by bylo přesnější říci, že s je posunutí tělesa ve směru síly. Formulujme definici: práce ve fyzice je veličina rovna součinu modulu síly a posunutí tělesa ve směru síly.
Měrné jednotky
Podívejme se na definující vzorec A=Fs. [A]=Nm=J. N jsou newtony, J jsou jouly. Jak porozumět tomu, co je 1 joul? Nakreslete diagram ukazující sílu vykonávající práci jednoho joulu.
Obrázek ukazuje počáteční a konečnou polohu těla. Posunuli jsme ho na vzdálenost 1 m. Při pohybu působila na těleso síla jednoho newtonu. A \u003d 1 N1 m \u003d 1 J. To znamená, že jeden joule je práce vykonaná silou jednoho newtonu, když se těleso pohybuje ve vzdálenosti 1 m ve směru síly.
Jeden joule je malé množství práce. Ke zvýšení1 kg váhy na 10 cm, musíte udělat práci za 1 joul. Chcete-li jej zvednout do metrové výšky, musíte vykonat práci 10 joulů. Pokud se budeme bavit o práci jeřábů, zvednou tuny o desítky metrů. Proto se používají i jiné jednotky měření práce: kilojouly, megajouly atd. 1 kJ=1000 J, 1 MJ=10 ^ 6 J. Ručička nástěnných hodin je uváděna do pohybu motorem. Funguje mnohem méně než jeden joul. Měří se v milijoulech. 1 mJ=0,001 J. Existují i mikrojouly. 1 μJ=110^-6 J.
