Todos entendem que o trabalho é um tipo de atividade social de uma pessoa que ela precisa para garantir sua existência. No entanto, na física também existe um conceito semelhante que tem um significado completamente diferente. O que é trabalho em física, este artigo responderá.
Trabalho como uma grandeza física
Respondendo à pergunta sobre o que é trabalho na física, deve-se esclarecer que esta é a energia que é gasta na realização de qualquer ação. Por exemplo, uma pessoa transfere uma carga de um lugar para outro, enquanto trabalha contra as forças de atrito. Se essa pessoa começar a levantar a carga, seu trabalho terá como objetivo superar a força gravitacional do planeta. Outro exemplo: o gás sob o pistão, como resultado do aquecimento, começa a aumentar seu volume, caso em que se diz que ele realiza algum trabalho.
Em todos os casos acima, há uma característica comum: o trabalho difere de zero apenas quando há algum tipo de movimento mecânico de objetos ou suas partes(movimento do trabalhador com carga, expansão do gás).
Assim, o trabalho é o processo de transferência de energia de um estado para outro para um determinado corpo, como resultado do qual este corpo muda de posição no espaço.
Fórmula de trabalho
Agora vamos mostrar como calcular quantitativamente o valor em estudo. A transferência de energia entre diferentes estados só é possível se alguma força estiver presente. Este pode ser o esforço físico das mãos e pés humanos, a força das máquinas, a pressão criada, que é facilmente convertida em força, no caso de combustão do combustível em um cilindro, a força de indução eletromagnética de um motor elétrico e assim por diante.
A seguinte fórmula responderá à questão de como encontrar um emprego em física:
A=(F¯l¯)
Trabalho A é uma grandeza escalar, enquanto a força F¯ e o deslocamento l¯ são grandezas vetoriais. É por isso que a fórmula para calcular A usa parênteses para mostrar que estamos falando do produto escalar de vetores. Na forma escalar, a expressão acima pode ser reescrita da seguinte forma:
A=Flcos(φ)
Aqui φ é o ângulo entre os vetores de força F¯ e o deslocamento l¯.
Como o deslocamento é medido em metros e a força em Newtons, a unidade de trabalho é Newton por metro (Nm). A unidade SI tem seu próprio nome, o joule (J). Acontece que o trabalho de 1 J corresponde a uma força de 1 N, que, agindo na direção do deslocamento, moveu o corpo por1 metro.
Trabalho com gás
Analisamos a questão do que é trabalho mecânico na física e demos uma fórmula pela qual ele pode ser calculado. No caso de gases em expansão, no entanto, uma expressão diferente é usada.
Assuma que temos um sistema de gás que preenche o volume V1 e está sob pressão P. Deixe seu volume mudar como resultado de alguma influência externa ou interna no sistema e tornou-se igual a V2. Então o trabalho do gás A pode ser determinado pela seguinte fórmula:
A=∫V(P(V)dV)
Se você plotar a função P(V) nos eixos P-V, então a área sob a curva será numericamente igual a A.
No caso de um processo isobárico (P=const) para um gás ideal, a resposta para a questão de como encontrar trabalho em física será a seguinte expressão simples:
A=P(V2-V1)
Se como resultado de um processo termodinâmico o volume do gás não varia, então seu trabalho será igual a zero. Se V2>V1, então o gás realiza trabalho positivo se V1>V 2, depois negativo.
Trabalho de momento de força
O momento da força é uma grandeza física, que é expressa pela seguinte fórmula:
M=[F¯r¯]
Ou seja, M é igual ao produto vetorial da força F e o vetor raio r em torno do eixo de rotação. O momento da força é expresso em Nm.
Qual é o trabalho de um momento de força na física? A esta perguntaa seguinte fórmula responderá:
A=Mθ
Esta igualdade significa que se o momento M, agindo sobre o sistema, faz com que ele gire em torno do eixo por um ângulo θ, então ele realiza trabalho A. O ângulo θ aqui deve ser expresso em radianos para obter o trabalho em joules.
O cálculo do trabalho do momento da força desempenha um papel importante em todos os sistemas mecânicos onde há rotação, como rodas, engrenagens, eixos e assim por diante.
Trabalho da gravidade
Tendo descoberto o que é trabalho em física, vamos calcular este valor para as forças da gravidade. Suponha que um corpo de massa m cai de uma altura h. Como a gravidade F age verticalmente para baixo, ela realiza um trabalho positivo. É determinado pela seguinte fórmula:
A=mgh, onde F=mg
Muitos na fórmula obtida para o valor de A podem ver a expressão para a energia potencial de um corpo no campo de forças gravitacionais. Durante a queda do corpo, a gravidade faz o trabalho de transferir a energia potencial do corpo para a energia cinética de seu movimento.
