- Vad är mekaniskt arbete?
- Egenskaper för mekaniskt arbete
- Mekanisk arbetsformel
- Typer av mekaniskt arbete
- Exempel på mekaniskt arbete
Vi förklarar vad mekaniskt arbete är i fysiken, dess egenskaper och formeln för att beräkna det. Även vilka typer som finns och exempel.
Vad är mekaniskt arbete?
I fysisk, och mer specifikt i gren av mekanik, menas med mekaniskt arbete (eller helt enkelt arbetade) till handlingen av en styrka på en kropp i vila rörelse, för att producera en förflyttning i kroppen proportionell mot Energi investerat i kraften som driver den. Med andra ord, mekaniskt arbete är den mängd energi som överförs till en kropp av en kraft som verkar på den.
Mekaniskt arbete är magnitud skalär, som vanligtvis mäts i Internationellt system (SI) till joule eller joule (J) och representeras av bokstaven W (från engelska arbete, "Arbetade"). Dessutom talar vi ofta om positivt eller negativt arbete beroende på om kraften överför energi till objektet (positivt arbete) eller subtraherar det (negativt arbete). Så till exempel, den som kastar en boll gör ett positivt arbete, medan den som fångar den gör ett negativt arbete.
Egenskaper för mekaniskt arbete
Mekaniskt arbete kännetecknas av:
- Det är en skalär magnitud, som mäts genom joule (det vill säga kilogram per kvadratmeter dividerat med en sekund i kvadrat) och representeras av bokstaven W.
- Det beror direkt på kraften som orsakar den, så att för att det ska finnas mekaniskt arbete på en kropp måste det finnas en mekanisk kraft som appliceras på den längs en definierad bana.
- I dagens språk används termen "arbete" för att definiera den mekaniska aktivitet vars prestanda förbrukar en mängd energi.
- Överföringen av värme (kalorienergi) betraktas inte som en arbetsform, även om den består av en överföring av energi.
Mekanisk arbetsformel
Den enklaste formeln för att beräkna arbetet för en kropp som förflyttas av en kraft är vanligtvis följande:
W = F x d
där W är det utförda arbetet, F är kraften som verkar på kroppen, och D är avståndet av förskjutning som kroppen lider.
Kraft och avstånd brukar dock betraktas som vektorstorlekar, som kräver en viss orientering i rymden. Således kan ovanstående formel omformuleras för att inkludera sådan orientering, enligt följande:
B = F x d x cos𝛂
där cosinus för alfa (cos𝛂) bestämmer vinkeln mellan riktningen i vilken kraften appliceras och riktningen i vilken objektet rör sig som ett resultat.
Typer av mekaniskt arbete
Mekaniskt arbete kan vara av tre typer, beroende på om det adderar, subtraherar eller upprätthåller energinivån i den rörliga kroppen. Så vi kan prata om:
- Positivt arbete (W > 0). Det uppstår när kraften bidrar med energi till föremålet i fråga, vilket ger en förskjutning i samma riktning som kraften applicerades. Ett exempel på detta skulle vara en golfspelare som slår en boll med klubban och får den att flyga flera meter, eller en basebollspelare som slår en boll i rörelse och ändrar banan den hade.
- Nollarbete (W = 0). Det uppstår när den applicerade kraften inte ger någon förskjutning i föremålet, trots att det förbrukar energi i processen. Ett exempel på detta skulle vara en person som skjuter en mycket tung möbel utan att få den att röra sig en tum.
- Negativt arbete (W < 0).Det inträffar när den applicerade kraften subtraherar energi från objektet i fråga, motstår rörelsen som objektet redan har medfört eller minskar dess förskjutning. Ett exempel på detta skulle vara en basebollspelare som fångar bollen som kastas av en annan, vilket hindrar honom från att fortsätta sin bana; eller en person som står framför ett föremål som faller nedför en kulle och trots att det inte kan stoppa det helt, lyckas bromsa dess fall.
Exempel på mekaniskt arbete
Några exempel på mekaniskt arbete är:
- I en fotbollsmatch tar domaren en straff och Lionel Messi sparkar bollen mot mål, med en kraft på 500N, vilket gör att den rör sig cirka 15 meter utan att röra marken. Hur mycket arbete har du lagt ner på att göra det målet?
Svar: genom att tillämpa formeln W = F x d, har vi att Messi gjorde ett arbete på 500N x 15m, det vill säga ett arbete som motsvarar 7500 J.
- Ett tåg går söderut i full fart, på väg mot en bil som sitter fast på spåren. En superhjälte, som inser faran, bestämmer sig för att ställa sig framför loket och stoppa dess framfart. Med tanke på att tåget tar med sig en kraft på 20 000 N, att superhjälten är osårbar och att loket är 700 meter från den fastklämda vagnen, hur mycket arbete måste superhjälten göra för att stoppa den?
Svar: Eftersom att bromsa loket kräver minst 20 000 N i motsatt riktning, och superhjälten skulle vilja lämna en marginal på minst 2 meter mellan loket och den fastklämda bilen, vet vi att han måste utföra arbete lika med 20 000 N x 698 m, det vill säga ett negativt arbete på 13 960 000 J.