Svi shvaćaju da je rad vrsta društvene aktivnosti osobe koja mu je potrebna da bi osigurala svoju egzistenciju. Međutim, u fizici postoji i sličan koncept koji ima potpuno drugačije značenje. Šta je rad u fizici, ovaj članak će odgovoriti.
Radi kao fizička količina
Odgovarajući na pitanje šta je rad u fizici, treba pojasniti da je to energija koja se troši na izvođenje bilo koje radnje. Na primjer, osoba prenosi teret s jednog mjesta na drugo, dok radi protiv sila trenja. Ako ova osoba počne podizati teret, tada će njegov rad biti usmjeren na prevladavanje gravitacijske sile planete. Drugi primjer: plin ispod klipa, kao rezultat zagrijavanja, počinje povećavati svoju zapreminu, u kom slučaju se kaže da radi.
U svim gore navedenim slučajevima postoji jedna zajednička karakteristika: rad se razlikuje od nule samo kada postoji neka vrsta mehaničkog pomicanja predmeta ili njihovih dijelova(kretanje radnika sa teretom, ekspanzija gasa).
Dakle, rad je proces prenošenja energije iz jednog stanja u drugo za dato tijelo, uslijed čega ovo tijelo mijenja položaj u prostoru.
Radna formula
Pokažimo sada kako kvantitativno izračunati vrijednost koja se proučava. Prijenos energije između različitih stanja moguć je samo ako je prisutna neka sila. To može biti fizički napor ljudskih ruku i nogu, sila mašina, stvoreni pritisak koji se lako pretvara u silu, u slučaju sagorevanja goriva u cilindru, sila elektromagnetne indukcije elektromotora i tako dalje.
Sljedeća formula će odgovoriti na pitanje kako pronaći posao u fizici:
A=(F¯l¯)
Rad A je skalarna veličina, dok su sila F¯ i pomak l¯ vektorske veličine. Zato formula za izračunavanje A koristi zagrade da pokaže da je riječ o skalarnom proizvodu vektora. U skalarnom obliku, gornji izraz se može prepisati na sljedeći način:
A=Flcos(φ)
Ovdje φ je ugao između vektora sile F¯ i pomaka l¯.
Budući da se pomak mjeri u metrima, a sila u njutnima, jedinica rada je njutn po metru (Nm). SI jedinica ima svoje ime, džul (J). Ispostavilo se da rad od 1 J odgovara sili od 1 N, koja je, djelujući duž smjera pomaka, pomjerila tijelo za1 metar.
Plinski radovi
Analizirali smo pitanje šta je to mehanički rad u fizici i dali formulu po kojoj se može izračunati. U slučaju ekspandirajućih plinova, međutim, koristi se drugačiji izraz.
Pretpostavimo da imamo gasni sistem koji ispunjava zapreminu V1 i nalazi se pod pritiskom P. Neka se njegova zapremina promeni kao rezultat nekog spoljašnjeg ili unutrašnjeg uticaja na sistem i postao jednak V2. Tada se rad gasa A može odrediti sljedećom formulom:
A=∫V(P(V)dV)
Ako ucrtate funkciju P(V) u P-V osi, tada će površina ispod krive biti numerički jednaka A.
U slučaju izobarnog procesa (P=const) za idealni gas, odgovor na pitanje kako pronaći rad u fizici biće sledeći jednostavan izraz:
A=P(V2-V1)
Ako se kao rezultat termodinamičkog procesa volumen plina ne promijeni, tada će njegov rad biti jednak nuli. Ako V2>V1, tada plin radi pozitivno ako V1>V 2, zatim negativno.
Rad momenta sile
Moment sile je fizička veličina, koja se izražava sljedećom formulom:
M=[F¯r¯]
To jest, M je jednako vektorskom proizvodu sile F i radijus vektora r oko ose rotacije. Moment sile je izražen u Nm.
Koji je rad momenta sile u fizici? Na ovo pitanjesljedeća formula će odgovoriti:
A=Mθ
Ova jednakost znači da ako trenutak M, djelujući na sistem, uzrokuje da se on rotira oko ose za ugao θ, onda radi A. Ugao θ ovdje mora biti izražen u radijanima da bi se dobio rad u džulima.
Proračun rada momenta sile igra važnu ulogu u svim mehaničkim sistemima u kojima postoji rotacija, kao što su točkovi, zupčanici, vratila i tako dalje.
Rad gravitacije
Kada smo shvatili šta je rad u fizici, izračunajmo ovu vrijednost za sile gravitacije. Pretpostavimo da tijelo mase m padne sa visine h. Budući da gravitacija F djeluje vertikalno prema dolje, ona radi pozitivan rad. Određuje se sljedećom formulom:
A=mgh, gdje je F=mg
Mnogi u dobijenoj formuli za vrijednost A mogu vidjeti izraz za potencijalnu energiju tijela u polju gravitacijskih sila. Tokom pada tijela, gravitacija obavlja posao prijenosa potencijalne energije tijela u kinetičku energiju njegovog kretanja.
