Svi shvaćaju da je rad svojevrsna društvena aktivnost osobe koja mu je potrebna da bi osigurala svoju egzistenciju. Međutim, u fizici postoji i sličan koncept koji ima potpuno drugačije značenje. Što je rad u fizici, ovaj članak će odgovoriti.
Radi kao fizička količina
Odgovarajući na pitanje što je rad u fizici, treba pojasniti da je to energija koja se troši na izvođenje bilo koje radnje. Na primjer, osoba prenosi teret s jednog mjesta na drugo, dok radi protiv sila trenja. Ako ova osoba počne podizati teret, tada će njegov rad biti usmjeren na prevladavanje gravitacijske sile planeta. Drugi primjer: plin ispod klipa, kao rezultat zagrijavanja, počinje povećavati svoj volumen, u tom slučaju se kaže da radi.
U svim gore navedenim slučajevima postoji jedna zajednička karakteristika: rad se razlikuje od nule samo kada postoji neka vrsta mehaničkog pomicanja predmeta ili njihovih dijelova(kretanje radnika s teretom, širenje plina).
Dakle, rad je proces prijenosa energije iz jednog stanja u drugo za određeno tijelo, uslijed čega to tijelo mijenja položaj u prostoru.
Radna formula
Pokažimo sada kako kvantitativno izračunati vrijednost koja se proučava. Prijenos energije između različitih stanja moguć je samo ako je prisutna neka sila. To može biti fizički napor ljudskih ruku i nogu, sila strojeva, stvoreni pritisak koji se lako pretvara u snagu, u slučaju izgaranja goriva u cilindru, sila elektromagnetske indukcije elektromotora i tako dalje.
Sljedeća formula će odgovoriti na pitanje kako pronaći posao u fizici:
A=(F¯l¯)
Rad A je skalarna veličina, dok su sila F¯ i pomak l¯ vektorske veličine. Zato formula za izračun A koristi se zagradama kako bi se pokazalo da je riječ o skalarnom umnošku vektora. U skalarnom obliku, gornji izraz se može prepisati na sljedeći način:
A=Flcos(φ)
Ovdje φ je kut između vektora sile F¯ i pomaka l¯.
Budući da se pomak mjeri u metrima, a sila u njutnima, jedinica rada je njutn po metru (Nm). SI jedinica ima svoje ime, džul (J). Ispada da rad od 1 J odgovara sili od 1 N, koja je, djelujući duž smjera pomaka, pomaknula tijelo za1 metar.
plin
Analizirali smo pitanje što je to mehanički rad u fizici i dali formulu po kojoj se može izračunati. U slučaju ekspandirajućih plinova, međutim, koristi se drugačiji izraz.
Pretpostavimo da imamo plinski sustav koji ispunjava volumen V1 i nalazi se pod tlakom P. Neka se njegov volumen promijeni kao rezultat nekog vanjskog ili unutarnjeg utjecaja na sustav i postao jednak V2. Tada se rad plina A može odrediti sljedećom formulom:
A=∫V(P(V)dV)
Ako ucrtate funkciju P(V) u P-V osi, tada će površina ispod krivulje biti brojčano jednaka A.
U slučaju izobarnog procesa (P=const) za idealni plin, odgovor na pitanje kako pronaći rad u fizici bit će sljedeći jednostavan izraz:
A=P(V2-V1)
Ako se kao rezultat termodinamičkog procesa volumen plina ne promijeni, tada će njegov rad biti jednak nuli. Ako V2>V1, tada plin radi pozitivno ako V1>V 2, zatim negativno.
Rad momenta sile
Moment sile je fizička veličina, koja se izražava sljedećom formulom:
M=[F¯r¯]
To jest, M je jednako vektorskom umnošku sile F i vektora radijusa r oko osi rotacije. Moment sile izražava se u Nm.
Koji je rad momenta sile u fizici? Na ovo pitanjesljedeća formula će odgovoriti:
A=Mθ
Ova jednakost znači da ako trenutak M, koji djeluje na sustav, uzrokuje da se on rotira oko osi za kut θ, onda radi A. Kut θ ovdje mora biti izražen u radijanima da bi se dobio rad u džulima.
Proračun rada momenta sile igra važnu ulogu u svim mehaničkim sustavima gdje postoji rotacija, kao što su kotači, zupčanici, osovine i tako dalje.
Rad gravitacije
Nakon što smo shvatili što je rad u fizici, izračunajmo ovu vrijednost za sile gravitacije. Pretpostavimo da tijelo mase m padne s visine h. Budući da gravitacija F djeluje okomito prema dolje, radi pozitivno. Određuje se sljedećom formulom:
A=mgh, gdje je F=mg
Mnogi u dobivenoj formuli za vrijednost A mogu vidjeti izraz za potencijalnu energiju tijela u polju gravitacijskih sila. Tijekom pada tijela, gravitacija obavlja posao prijenosa potencijalne energije tijela u kinetičku energiju njegova kretanja.
