Բոլորը հասկանում են, որ աշխատանքը մարդու սոցիալական գործունեության տեսակ է, որն անհրաժեշտ է իր գոյությունն ապահովելու համար։ Այնուամենայնիվ, ֆիզիկայում կա նաև նմանատիպ հասկացություն, որը բոլորովին այլ իմաստ ունի. Ինչ է աշխատանքը ֆիզիկայում, այս հոդվածը կպատասխանի:
Աշխատանք որպես ֆիզիկական մեծություն
Պատասխանելով այն հարցին, թե ինչ աշխատանք է ֆիզիկայում, պետք է պարզաբանել, որ դա այն էներգիան է, որը ծախսվում է ցանկացած գործողություն կատարելու վրա։ Օրինակ՝ մարդը մի տեղից մյուսը բեռ է տեղափոխում, մինչդեռ նա աշխատում է շփման ուժերի դեմ։ Եթե այս մարդը սկսի բարձրացնել բեռը, ապա նրա աշխատանքն ուղղված կլինի մոլորակի գրավիտացիոն ուժի հաղթահարմանը։ Մեկ այլ օրինակ՝ մխոցի տակի գազը տաքանալու արդյունքում սկսում է մեծացնել իր ծավալը, որի դեպքում ասում են, որ այն որոշակի աշխատանք է կատարում։
Բոլոր վերը նշված դեպքերում կա մեկ ընդհանուր հատկանիշ. աշխատանքը զրոյից տարբերվում է միայն այն դեպքում, երբ առկա է առարկաների կամ դրանց մասերի մեխանիկական շարժումներ։(աշխատողի տեղաշարժը բեռով, գազի ընդլայնում).
Այսպիսով, աշխատանքը տվյալ մարմնի համար էներգիայի մի վիճակից մյուսը փոխանցելու գործընթացն է, որի արդյունքում այս մարմինը փոխում է դիրքը տարածության մեջ։
Աշխատանքի բանաձև
Այժմ եկեք ցույց տանք, թե ինչպես կարելի է քանակապես հաշվարկել ուսումնասիրվող արժեքը: Տարբեր վիճակների միջև էներգիայի փոխանցումը հնարավոր է միայն որոշակի ուժի առկայության դեպքում: Սա կարող է լինել մարդու ձեռքերի և ոտքերի ֆիզիկական ջանքերը, մեքենաների ուժը, ստեղծված ճնշումը, որը հեշտությամբ վերածվում է ուժի, բալոնում վառելիքի այրման դեպքում, էլեկտրական շարժիչի էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ուժը և այսպես շարունակ։
Հետևյալ բանաձևը կպատասխանի այն հարցին, թե ինչպես աշխատանք գտնել ֆիզիկայում.
A=(F¯l¯)
Աշխատանքը A սկալյար մեծություն է, մինչդեռ F¯ ուժը և տեղաշարժը l¯ վեկտորային մեծություններ են: Ահա թե ինչու A-ի հաշվարկման բանաձևը օգտագործում է փակագծեր՝ ցույց տալու համար, որ խոսքը վեկտորների սկալյար արտադրյալի մասին է։ Սկալյար ձևով վերը նշված արտահայտությունը կարող է վերաշարադրվել հետևյալ կերպ՝
A=Flcos(φ)
Այստեղ φ անկյունն է ուժի վեկտորների F¯ և տեղաշարժման l¯:
Քանի որ տեղաշարժը չափվում է մետրերով, իսկ ուժը՝ Նյուտոններով, աշխատանքի միավորը Նյուտոնն է մետրի համար (Nm): SI միավորն ունի իր անունը՝ ջոուլ (J): Պարզվում է, որ 1 Ջ-ի աշխատանքը համապատասխանում է 1 N ուժի, որը, գործելով տեղաշարժի ուղղությամբ, մարմինը շարժել է.1 մետր։
Գազի աշխատանք
Մենք վերլուծեցինք այն հարցը, թե ինչ է մեխանիկական աշխատանքը ֆիզիկայում, և տվեցինք մի բանաձև, որով այն կարելի է հաշվարկել: Ընդարձակվող գազերի դեպքում, սակայն, օգտագործվում է այլ արտահայտություն։
Ենթադրենք, որ մենք ունենք գազային համակարգ, որը լրացնում է V1 ծավալը և գտնվում է P ճնշման տակ: Թող դրա ծավալը փոխվի համակարգի վրա որոշ արտաքին կամ ներքին ազդեցության արդյունքում: և հավասարվեց V2-ին։ Այնուհետև A գազի աշխատանքը կարող է որոշվել հետևյալ բանաձևով՝
A=∫V(P(V)dV)
Եթե P(V) ֆունկցիան գծագրեք P-V առանցքներում, ապա կորի տակի մակերեսը թվայինորեն հավասար կլինի A-ին:
Իդեալական գազի համար իզոբարային պրոցեսի դեպքում (P=const), ֆիզիկայում աշխատանք գտնելու հարցի պատասխանը կլինի հետևյալ պարզ արտահայտությունը.
A=P(V2-V1)
Եթե թերմոդինամիկական պրոցեսի արդյունքում գազի ծավալը չի փոխվում, ապա նրա աշխատանքը հավասար կլինի զրոյի։ Եթե V2>V1, ապա գազը դրական է աշխատում, եթե V1>V 2, ապա բացասական:
Ուժի պահի աշխատանք
Ուժի մոմենտը ֆիզիկական մեծություն է, որն արտահայտվում է հետևյալ բանաձևով՝
M=[F¯r¯]
Այսինքն, M-ը հավասար է F ուժի վեկտորի արտադրյալին և պտտման առանցքի շուրջ r շառավղով վեկտորի: Ուժի պահն արտահայտված է Nm-ով։
Ի՞նչ է ուժի պահի աշխատանքը ֆիզիկայում: Այս հարցինկպատասխանի հետևյալ բանաձևը՝
A=Mθ
Այս հավասարությունը նշանակում է, որ եթե M մոմենտը, գործող համակարգի վրա, ստիպում է, որ այն պտտվի առանցքի շուրջ θ անկյան տակ, ապա այն աշխատում է A: Այստեղ θ անկյունը պետք է արտահայտվի ռադիաններով, որպեսզի ստացվի աշխատանքը: ջոուլներով։
Ուժի պահի աշխատանքի հաշվարկը կարևոր դեր է խաղում բոլոր մեխանիկական համակարգերում, որտեղ կա պտույտ, ինչպիսիք են անիվները, փոխանցումները, լիսեռները և այլն:
Ձգողականության աշխատանք
Հասկանալով, թե ինչ աշխատանք է ֆիզիկայում, եկեք հաշվարկենք այս արժեքը ծանրության ուժերի համար: Ենթադրենք m զանգվածով մարմինն ընկնում է h բարձրությունից: Քանի որ F գրավիտացիան գործում է ուղղահայաց դեպի ներքև, այն դրական աշխատանք է կատարում: Այն որոշվում է հետևյալ բանաձևով՝
A=mgh, որտեղ F=mg
Ա-ի արժեքի ստացված բանաձեւում շատերը կարող են տեսնել գրավիտացիոն ուժերի դաշտում մարմնի պոտենցիալ էներգիայի արտահայտությունը։ Մարմնի անկման ժամանակ գրավիտացիան կատարում է մարմնի պոտենցիալ էներգիան նրա շարժման կինետիկ էներգիա տեղափոխելու աշխատանքը։
