Il lavoro in fisica è un valore che si trova moltiplicando il modulo della forza che muove il corpo per la distanza che ha percorso. Nell'articolo considereremo in dettaglio le situazioni in cui il corpo si muove e rimane immobile. Impariamo la formula del lavoro e le sue unità di misura.
Forze che agiscono su un corpo
Immaginiamo di avere un filo su cui è sospeso un corpo. Dal lato del filo agisce su di esso la forza elastica del filo, indichiamolo F. Il corpo è immobile, diciamo di aver attaccato il filo a un treppiede. È necessario fare qualcosa per mantenere questo stato indefinitamente? No. Anche se c'è una forza che agisce sul corpo, non si muove.
Lavoro in fisica - che cos'è? Prima di rispondere a questa domanda, considera la situazione. Supponiamo che un corpo si muova, ma nessuna forza agisca su di esso. Ad esempio, se è una palla in uno spazio lontano, lontano da tutte le stelle e le galassie. Allora la forza della loro attrazione sarà trascurabile. Disegna un diagramma.
Il corpo si è spostato di una certa distanza s, ma non c'è forza (F=0). È necessariointraprendere qualche azione per mantenere il corpo in movimento? No. Questo stato può essere mantenuto indefinitamente. Questo è un moto rettilineo uniforme in assenza di forze che agiscono sul corpo.
Forza che produce lavori meccanici
E ora la situazione è fondamentalmente diversa. Alzeremo la stessa palla. Una forza agisce su di esso, viene applicata al corpo dal lato della corda. Indichiamo la quantità di movimento della palla con la lettera s e la forza - F. La palla stessa si alzerà? No, qualcosa deve sollevarlo. Ad esempio, un motore elettrico deve funzionare da qualche parte. Ma affinché funzioni, l'acqua deve cadere dalla diga, il che porta alla rotazione della turbina a cui è collegato il generatore. Attraverso la linea elettrica, l'energia deve essere trasmessa al motore, che deve funzionare e sollevare il carico. Cioè, il movimento non può essere realizzato da solo.
I fisici dicono che nei primi due casi la forza non fa alcun lavoro meccanico. Nel terzo caso, il lavoro è fatto. Da cosa è prodotto? Forza F. In fisica, il lavoro è una quantità. E se è così, allora può cambiare su e giù. È facile intuire che se la forza viene aumentata e il corpo viene spostato della stessa distanza, il lavoro di questa forza sarà maggiore. Come si può aumentare la forza? Ad esempio, prendere una palla è due volte più difficile. Quindi il lavoro raddoppierà. Pertanto, il lavoro svolto da una forza è proporzionale all'entità della forza. Questa è la legge.
Formula di lavoro meccanico
Immaginiamo di dover alzare la stessa palla non di 50 cm, ma di 100 cm.fai il lavoro per sollevarlo prima alla prima metà della distanza, quindi alla seconda. Ogni volta verrà svolto lo stesso lavoro, ma il lavoro totale sarà il doppio. Ciò significa che il lavoro è direttamente proporzionale alla distanza percorsa dal corpo. Pertanto, i fisici hanno deciso di denotare il valore di Fs con la lettera A e chiamarlo il lavoro della forza. L'espressione Fs sarà direttamente proporzionale alla forza e allo spostamento del corpo.
A=Fs è la formula per lavorare in fisica. A è il valore desiderato della forza applicata al corpo e s è il percorso percorso dal corpo. Tuttavia, ci sono situazioni in cui una forza viene applicata al corpo, ma non si muove. Nel nostro terzo caso, il corpo si muove nella stessa direzione in cui viene applicata la forza. Pertanto, sarebbe più preciso dire che s è lo spostamento del corpo nella direzione della forza. Formuliamo una definizione: il lavoro in fisica è un valore uguale al prodotto del modulo di forza e dello spostamento del corpo nella direzione della forza.
Unità di misura
Diamo un'occhiata alla formula di definizione A=Fs. [A]=Nm=J. N è newton, J è joule. Come capire cos'è 1 joule? Tracciamo un diagramma che mostra una forza che fa un lavoro di un joule.
La figura mostra la posizione iniziale e finale del corpo. L'abbiamo spostato a una distanza di 1 m Durante lo spostamento, è stata applicata una forza di un newton al corpo. A \u003d 1 N1 m \u003d 1 J. Cioè, un joule è il lavoro svolto da una forza di un newton quando un corpo si muove a una distanza di 1 m nella direzione della forza.
Un joule è una piccola quantità di lavoro. Sollevare1 kg di peso per 10 cm, devi lavorare in 1 joule. Per alzarlo a un metro di altezza, devi fare un lavoro di 10 joule. Se parliamo del lavoro delle gru, sollevano tonnellate di decine di metri. Pertanto, vengono utilizzate anche altre unità di misura del lavoro: kilojoule, megajoule, ecc. 1 kJ=1000 J, 1 MJ=10 ^ 6 J. La lancetta dell'orologio da parete è azionata dal motore. Funziona molto meno di un joule. Si misura in millijoule. 1 mJ=0,001 J. Ci sono anche microjoule. 1 μJ=110^-6 J.
