Setiap gerakan benda di ruang angkasa, yang menyebabkan perubahan energi totalnya, dikaitkan dengan kerja. Dalam artikel ini, kita akan mempertimbangkan apa besaran ini, kerja mekanis apa yang diukur, dan bagaimana itu dilambangkan, dan kita juga akan memecahkan masalah menarik tentang topik ini.
Bekerja sebagai besaran fisik
Sebelum menjawab pertanyaan tentang kerja mekanik yang diukur, mari kenali dulu nilai ini. Menurut definisi, usaha adalah produk skalar dari gaya dan vektor perpindahan benda yang disebabkan oleh gaya ini. Secara matematis, kita dapat menulis persamaan berikut:
A=(F¯S¯).
Kurung bulat menunjukkan produk titik. Mengingat sifat-sifatnya, secara eksplisit rumus ini akan ditulis ulang sebagai berikut:
A=FScos(α).
Di mana adalah sudut antara vektor gaya dan perpindahan.
Dari ekspresi tertulis, usaha diukur dalam Newton per meter (Nm). Seperti diketahui,besaran ini disebut joule (J). Artinya, dalam fisika, kerja mekanik diukur dalam satuan kerja Joule. Satu Joule sesuai dengan pekerjaan seperti itu, di mana gaya satu Newton, yang bekerja sejajar dengan gerakan tubuh, menyebabkan perubahan posisinya di ruang angkasa sebesar satu meter.
Mengenai penunjukan pekerjaan mekanik dalam fisika, perlu dicatat bahwa huruf A paling sering digunakan untuk ini (dari bahasa Jerman ardeit - kerja, kerja). Dalam literatur berbahasa Inggris, Anda dapat menemukan penunjukan nilai ini dengan huruf Latin W. Dalam literatur berbahasa Rusia, huruf ini dicadangkan untuk kekuasaan.
Kerja dan energi
Menentukan pertanyaan tentang bagaimana kerja mekanik diukur, kita melihat bahwa satuannya bertepatan dengan satuan energi. Kebetulan ini bukan kebetulan. Faktanya adalah bahwa kuantitas fisik yang dipertimbangkan adalah salah satu cara manifestasi energi di alam. Setiap pergerakan benda dalam medan gaya atau tanpa kehadirannya memerlukan biaya energi. Yang terakhir digunakan untuk mengubah energi kinetik dan potensial benda. Proses perubahan ini ditandai dengan pekerjaan yang dilakukan.
Energi adalah karakteristik mendasar dari tubuh. Itu disimpan dalam sistem yang terisolasi, dapat diubah menjadi mekanik, kimia, termal, listrik dan bentuk lainnya. Usaha hanyalah manifestasi mekanis dari proses energi.
Bekerja dalam gas
Ekspresi yang ditulis di atas berfungsiadalah dasar. Namun, rumus ini mungkin tidak cocok untuk memecahkan masalah praktis dari berbagai bidang fisika, sehingga ekspresi lain yang diturunkan darinya digunakan. Salah satu kasus tersebut adalah kerja yang dilakukan oleh gas. Lebih mudah untuk menghitungnya menggunakan rumus berikut:
A=V(PdV).
Di sini P adalah tekanan dalam gas, V adalah volumenya. Mengetahui apa yang diukur dalam pekerjaan mekanik, mudah untuk membuktikan validitas ekspresi integral, memang:
Pam3=N/m2m3=N m=J.
Dalam kasus umum, tekanan adalah fungsi volume, sehingga integran dapat mengambil bentuk yang berubah-ubah. Dalam kasus proses isobarik, ekspansi atau kontraksi gas terjadi pada tekanan konstan. Dalam hal ini, kerja gas sama dengan produk sederhana dari nilai P dan perubahan volumenya.
Bekerja sambil memutar badan di sekitar sumbu
Pergerakan rotasi tersebar luas di alam dan teknologi. Hal ini ditandai dengan konsep momen (gaya, momentum dan inersia). Untuk menentukan kerja gaya luar yang menyebabkan suatu benda atau sistem berputar pada sumbu tertentu, Anda harus terlebih dahulu menghitung momen gaya. Perhitungannya seperti ini:
M=Fd.
Di mana d adalah jarak dari vektor gaya ke sumbu rotasi, itu disebut bahu. Torsi M, yang menyebabkan rotasi sistem melalui sudut di sekitar beberapa sumbu, melakukan pekerjaan berikut:
A=Mθ.
Di Sini Mdinyatakan dalam Nm dan sudut dalam radian.
Tugas fisika untuk pekerjaan mekanik
Seperti yang dikatakan dalam artikel, pekerjaan selalu dilakukan oleh gaya ini atau itu. Perhatikan soal menarik berikut.
Badan berada pada bidang yang condong ke cakrawala dengan sudut 25o. Meluncur ke bawah, tubuh memperoleh beberapa energi kinetik. Penting untuk menghitung energi ini, serta kerja gravitasi. Massa sebuah benda adalah 1 kg, lintasan yang ditempuhnya sepanjang bidang adalah 2 meter. Ketahanan gesekan geser dapat diabaikan.
Telah ditunjukkan di atas bahwa hanya bagian gaya yang diarahkan sepanjang perpindahan yang bekerja. Sangat mudah untuk menunjukkan bahwa dalam kasus ini bagian gaya gravitasi berikut akan bekerja sepanjang perpindahan:
F=mgsin(α).
Di sini adalah sudut kemiringan bidang. Maka kerja dihitung seperti ini:
A=mgsin(α)S=19.810.42262=8.29 J.
Artinya, gravitasi melakukan kerja positif.
Sekarang mari kita tentukan energi kinetik tubuh pada akhir penurunan. Untuk melakukannya, ingat hukum Newton kedua dan hitung percepatannya:
a=F/m=gsin(α).
Karena luncuran benda dipercepat secara seragam, kita berhak menggunakan rumus kinematik yang sesuai untuk menentukan waktu gerakan:
S=at2/2=>
t=(2S/a)=(2S/(gsin(α))).
Kecepatan tubuh pada akhir penurunan dihitung sebagai berikut:
v=at=gsin(α)√(2S/(gsin(α)))=(2Sgsin(α)).
Energi kinetik gerak translasi ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:
E=mv2/2=m2Sgsin(α)/2=mSgsin(α).
Kami mendapat hasil yang menarik: ternyata rumus energi kinetik sama persis dengan ekspresi kerja gravitasi, yang diperoleh sebelumnya. Ini menunjukkan bahwa semua kerja mekanik gaya F ditujukan untuk meningkatkan energi kinetik benda yang meluncur. Faktanya, karena gaya gesekan, usaha A selalu lebih besar daripada energi E.
