Tutti capiscono che il lavoro è un tipo di attività sociale di una persona di cui ha bisogno per garantire la sua esistenza. Tuttavia, in fisica esiste anche un concetto simile che ha un significato completamente diverso. Che cos'è il lavoro in fisica, questo articolo risponderà.
Lavora come quantità fisica
Rispondendo alla domanda su cosa sia il lavoro in fisica, dovrebbe essere chiarito che questa è l'energia che viene spesa per eseguire qualsiasi azione. Ad esempio, una persona trasferisce un carico da un luogo all' altro, mentre lavora contro le forze di attrito. Se questa persona inizia a sollevare il carico, il suo lavoro sarà mirato a superare la forza gravitazionale del pianeta. Altro esempio: il gas sotto il pistone, per effetto del riscaldamento, inizia ad aumentare di volume, nel qual caso si dice che faccia un po' di lavoro.
In tutti i casi precedenti, c'è una caratteristica comune: il lavoro differisce da zero solo quando c'è un qualche tipo di movimento meccanico di oggetti o loro parti(movimento lavoratore con carico, espansione gas).
Quindi, il lavoro è il processo di trasferimento di energia da uno stato all' altro per un dato corpo, a seguito del quale questo corpo cambia posizione nello spazio.
Formula di lavoro
Ora mostriamo come calcolare quantitativamente il valore in studio. Il trasferimento di energia tra stati diversi è possibile solo se è presente una forza. Questo può essere lo sforzo fisico delle mani e dei piedi umani, la forza delle macchine, la pressione creata, che si converte facilmente in forza, in caso di combustione di carburante in un cilindro, la forza di induzione elettromagnetica di un motore elettrico e così via.
La seguente formula risponderà alla domanda su come trovare un lavoro in fisica:
LA=(FA¯l¯)
Il lavoro A è una grandezza scalare, mentre la forza F¯ e lo spostamento l¯ sono grandezze vettoriali. Ecco perché la formula per calcolare A usa le parentesi per mostrare che stiamo parlando del prodotto scalare dei vettori. In forma scalare, l'espressione sopra può essere riscritta come segue:
LA=Flcos(φ)
Qui φ è l'angolo tra i vettori di forza F¯ e lo spostamento l¯.
Poiché lo spostamento è misurato in metri e la forza è in Newton, l'unità di lavoro è Newton per metro (Nm). L'unità SI ha il proprio nome, il joule (J). Si scopre che il lavoro di 1 J corrisponde a una forza di 1 N, che, agendo lungo la direzione dello spostamento, ha spostato il corpo di1 metro.
Lavori a gas
Abbiamo analizzato la domanda su cosa sia il lavoro meccanico in fisica e abbiamo fornito una formula con cui può essere calcolato. Nel caso di gas in espansione, invece, viene utilizzata un'espressione diversa.
Supponiamo di avere un sistema a gas che riempie il volume V1 ed è sotto pressione P. Lascia che il suo volume cambi a causa di qualche influenza esterna o interna sul sistema e divenne uguale a V2. Allora il lavoro del gas A può essere determinato dalla seguente formula:
LA=∫V(P(V)dV)
Se tracciate la funzione P(V) negli assi P-V, l'area sotto la curva sarà numericamente uguale a A.
Nel caso di un processo isobarico (P=const) per un gas ideale, la risposta alla domanda su come trovare lavoro in fisica sarà la seguente semplice espressione:
LA=P(V2-V1)
Se a seguito di un processo termodinamico il volume del gas non cambia, il suo lavoro sarà uguale a zero. Se V2>V1, il gas funziona positivamente se V1>V 2, poi negativo.
Lavoro del momento di forza
Il momento di forza è una quantità fisica, espressa dalla seguente formula:
M=[Fa¯r¯]
Ovvero, M è uguale al prodotto vettoriale della forza F e del vettore raggio r attorno all'asse di rotazione. Il momento della forza è espresso in Nm.
Qual è il lavoro di un momento di forza in fisica? A questa domandarisponderà la seguente formula:
LA=Mθ
Questa uguaglianza significa che se il momento M, agendo sul sistema, lo fa ruotare attorno all'asse di un angolo θ, allora funziona A. L'angolo θ qui deve essere espresso in radianti per ottenere il lavoro in joule.
Il calcolo del lavoro del momento della forza gioca un ruolo importante in tutti i sistemi meccanici dove c'è rotazione, come ruote, ingranaggi, alberi e così via.
Lavoro di gravità
Dopo aver capito cos'è il lavoro in fisica, calcoliamo questo valore per le forze di gravità. Supponiamo che un corpo di massa m cada da un' altezza h. Poiché la gravità F agisce verticalmente verso il basso, fa un lavoro positivo. È determinato dalla seguente formula:
LA=mgh, dove F=mg
Molti nella formula ottenuta per il valore di A possono vedere l'espressione dell'energia potenziale di un corpo nel campo delle forze gravitazionali. Durante la caduta del corpo, la gravità fa il lavoro di trasferire l'energia potenziale del corpo nell'energia cinetica del suo movimento.
