Semua orang memahami bahwa bekerja adalah semacam aktivitas sosial seseorang yang diperlukan untuk memastikan keberadaannya. Namun, dalam fisika juga ada konsep serupa yang memiliki arti yang sama sekali berbeda. Apa yang dimaksud dengan kerja dalam fisika, artikel ini akan menjawabnya.
Bekerja sebagai besaran fisik
Menjawab pertanyaan tentang kerja apa dalam fisika, harus dijelaskan bahwa ini adalah energi yang dihabiskan untuk melakukan tindakan apa pun. Misalnya, seseorang memindahkan beban dari satu tempat ke tempat lain, sementara dia bekerja melawan gaya gesekan. Jika orang ini mulai mengangkat beban, maka pekerjaannya akan ditujukan untuk mengatasi gaya gravitasi planet ini. Contoh lain: gas di bawah piston, sebagai hasil pemanasan, mulai meningkatkan volumenya, dalam hal ini dikatakan bahwa ia melakukan beberapa pekerjaan.
Dalam semua kasus di atas, ada satu ciri umum: kerja berbeda dari nol hanya jika ada beberapa jenis gerakan mekanis benda atau bagiannya(pergerakan pekerja dengan beban, pemuaian gas).
Jadi, usaha adalah proses perpindahan energi dari satu keadaan ke keadaan lain untuk suatu benda, akibatnya benda ini berubah posisi dalam ruang.
Rumus kerja
Sekarang mari kita tunjukkan bagaimana menghitung secara kuantitatif nilai yang sedang dipelajari. Transfer energi antara keadaan yang berbeda hanya mungkin jika ada gaya tertentu. Hal ini dapat berupa usaha fisik tangan dan kaki manusia, gaya mesin, tekanan yang diciptakan, yang mudah diubah menjadi gaya, pada saat terjadi pembakaran bahan bakar di dalam silinder, gaya induksi elektromagnetik motor listrik, dan seterusnya.
Rumus berikut akan menjawab pertanyaan tentang cara mencari pekerjaan dalam fisika:
A=(F¯l¯)
Usaha A adalah besaran skalar, sedangkan gaya F¯ dan perpindahan l¯ adalah besaran vektor. Itulah sebabnya rumus untuk menghitung A menggunakan tanda kurung untuk menunjukkan bahwa kita berbicara tentang produk skalar vektor. Dalam bentuk skalar, ekspresi di atas dapat ditulis ulang sebagai berikut:
A=Flcos(φ)
Di sini adalah sudut antara vektor gaya F¯ dan perpindahan l¯.
Karena perpindahan diukur dalam meter dan gaya dalam Newton, satuan kerjanya adalah Newton per meter (Nm). Satuan SI memiliki namanya sendiri yaitu joule (J). Ternyata usaha 1 J sesuai dengan gaya 1 N, yang bekerja sepanjang arah perpindahan, menggerakkan benda sebesar1 meter.
Pekerjaan gas
Kami menganalisis pertanyaan tentang apa itu kerja mekanik dalam fisika, dan memberikan rumus yang dapat digunakan untuk menghitungnya. Namun, dalam kasus pemuaian gas, ekspresi yang berbeda digunakan.
Asumsikan bahwa kita memiliki sistem gas yang mengisi volume V1 dan berada di bawah tekanan P. Biarkan volumenya berubah sebagai akibat dari beberapa pengaruh eksternal atau internal pada sistem dan menjadi sama dengan V2. Maka kerja gas A dapat ditentukan dengan rumus berikut:
A=V(P(V)dV)
Jika Anda memplot fungsi P(V) pada sumbu P-V, maka luas daerah di bawah kurva secara numerik sama dengan A.
Dalam kasus proses isobarik (P=konstanta) untuk gas ideal, jawaban atas pertanyaan tentang bagaimana mencari kerja dalam fisika akan menjadi ekspresi sederhana berikut:
A=P(V2-V1)
Jika akibat proses termodinamika volume gas tidak berubah, maka usahanya sama dengan nol. Jika V2>V1, maka gas melakukan kerja positif jika V1>V 2, lalu negatif.
Kerja momen gaya
Momen gaya adalah besaran fisis, yang dinyatakan dengan rumus berikut:
M=[F¯r¯]
Artinya, M sama dengan hasil kali vektor gaya F dan vektor jari-jari r terhadap sumbu rotasi. Momen gaya dinyatakan dalam Nm.
Apa kerja momen gaya dalam fisika? Untuk pertanyaan inirumus berikut akan menjawab:
A=M
Persamaan ini berarti bahwa jika momen M, yang bekerja pada sistem, menyebabkannya berputar mengelilingi sumbu dengan sudut, maka ia melakukan kerja A. Sudut di sini harus dinyatakan dalam radian untuk mendapatkan kerja dalam joule.
Perhitungan kerja momen gaya memegang peranan penting dalam semua sistem mekanik dimana terjadi perputaran, seperti roda, roda gigi, poros dan sebagainya.
Kerja gravitasi
Setelah mengetahui apa itu usaha dalam fisika, mari kita hitung nilai gaya gravitasi ini. Misalkan sebuah benda bermassa m jatuh dari ketinggian h. Karena gravitasi F bekerja vertikal ke bawah, ia melakukan kerja positif. Itu ditentukan oleh rumus berikut:
A=mgh, di mana F=mg
Banyak rumus yang diperoleh untuk nilai A dapat melihat ekspresi energi potensial suatu benda dalam medan gaya gravitasi. Selama jatuhnya tubuh, gravitasi melakukan pekerjaan mentransfer energi potensial tubuh menjadi energi kinetik gerakannya.
