Formelarbete, enheter, exempel, övningar

han jobb I fysiken är det överföring av energi som utför en kraft när föremålet som det agerar rör sig. Matematiskt tar formen på skalprodukten mellan styrka vektorerna F och förskjutning s.

Och eftersom produktskalan mellan två vinkelräta vektorer är noll, händer det att krafterna som bildar 90º med förskjutningen inte fungerar, enligt definitionen, eftersom:

W = F ● S = F⋅ s⋅ cos θ

Där w betecknar arbete, för det engelska ordet Arbete.

Fördelen med att definiera arbetet är att det är en skalar, det vill säga det har ingen riktning eller mening, endast modul och respektive enhet. Detta gör det lättare att genomföra beräkningar som involverar energiförändringar orsakade av krafter.

Tyngdkraft och kinetisk friktion är exempel på krafter som ofta fungerar på rörliga föremål. En annan vanlig kraft är den normala som utövar en yta, men till skillnad från dessa fungerar den aldrig på föremål för att vara vinkelrätt mot förskjutning.

När en kropp faller fritt gör tyngdkraften ett positivt jobb på mobilen, vilket får den att öka hastigheten medan den faller. Å andra sidan, kinetiska RUBB.

[TOC]

Formler och särskilda fall

Arbetet beräknas av:

W = F ● s

Detta uttryck är giltigt för ständiga krafter och enligt definitionen av skalprodukt motsvarar det:

W = f. s. cos θ

Där θ är vinkeln mellan styrka och förskjutning. Det följer att endast de krafter som har en komponent i riktning mot förskjutning kan göra arbete på en kropp.

Och det är också uppenbart att om det inte finns någon rörelse, finns det inget jobb heller.

När det gäller skylten kan arbetet vara positivt, negativt eller noll. Om kraften har en komponent parallell med rörelsen beror tecknet på arbete på värdet på cos θ.

Det finns några speciella fall som är värda att överväga:

• När kraften är parallell med förskjutningen, vinkeln mellan F och s Det är 0º, därför är arbetet som utförs med våld positivt och dess värde är maximalt:

Kan tjäna dig: Orionaids: Origins, Egenskaper, när och hur man kan observera dem

W = f⋅s cos 0º = f⋅s

• Om kraften motsätter sig förskjutningen så är vinkeln mellan  F och s Det är 180º, arbetet som görs av F är negativt och är minimalt:

W = f⋅s cos 180º = -f⋅s

• Slutligen finns det fallet som nämns ovan: om vinkeln som bildas av F och s Det är 90º, eftersom COS 90º = 0, arbetet är noll:

W = f⋅s cos 90º = 0

Arbete utförd av variabla krafter

Ibland är den applicerade kraften inte konstant; I så fall måste du vädja till beräkningen för att hitta det gjorda arbete. Först bestäms en DW -arbetsdifferensi, på en oändlig förskjutning Ds:

dw = Farmds

För att hitta värdet på det totala arbetet som gjorts av denna kraft när objektet sträcker sig från punkt A till punkt B, är det nödvändigt att integrera båda sidor, så här:

Arbetsenheter

Enheten för arbete i det internationella systemet är Joule, förkortad J. Enheten har sitt namn från den engelska fysikern James Prescott Joule, en pionjär i studien av termodynamik.

Från arbetsekvationen definieras Joule som 1 Newton per meter:

1 j = 1 n⋅m

Enheter i det brittiska systemet

Arbetet motsvarar som en enhet LIBRA-FUERZA X PIE, Ibland kallas Eldfot. Det är också en enhet för energi, men vi måste komma ihåg att det arbete som gjorts på en kropp förändrar sitt energitillstånd och att därför är arbete och energi likvärdiga. Det är inte förvånande att de har samma enheter.

Ekvivalensen mellan den dunkande foten och Joule är som följer:

1 pund-gaffelfot = 1 35582 j

En välkänd enhet för arbete och energi, särskilt för omfattningen av kylning och luftkonditioneringsapparater är BTU eller Brittisk termisk enhet.

1 BTU är lika med 1055 J och 778.169 pie libra-fuerza.

Andra enheter för arbete

Det finns andra enheter för arbete som används inom specifika områden inom fysik och teknik. Bland dem har vi:

Erg

Betecknar som erg, Det är arbetsenheten i Cegesimal -systemet och motsvarar 1 Dina⋅cm eller 1 x 10^-7 J.

Elektronvolt

Förkortat EV, den används ofta i partikelfysik och definieras som den energi som förvärvats av en elektron när den rör sig genom en potentiell skillnad på 1 V.

Kan tjäna dig: relativ hastighet: koncept, exempel, övningar

Kilovatio-hora (KWH)

Visas ofta i kvitton för elföretag. Det är det arbete som utvecklats i en timme av en källa vars kraft är 1 kW, motsvarande 3.6 x 10⁶ J.

Kalori

Det är vanligtvis relaterat till livsmedelsenergi, även om detta sammanhang i verkligheten hänvisar till en Kilokalori, det vill säga 1000 kalorier. Egentligen finns det flera enheter som får detta namn, så sammanhanget måste anges mycket bra.

Ekvivalensen mellan Joule och 1 Termokemisk kalori är:

1 kalori = 4.1840 J

Arbetsexempel

Främjande och nedstigning av föremål

När kropparna går ner, antingen vertikalt eller med en ramp, gör vikten positivt arbete och gynnar rörelsen. Å andra sidan, förutsatt att ett objekt stiger upp, gör tyngdkraften negativt arbete.

Punktliga avgifter inom elektriska fält

Ett enhetligt elektriskt fält fungerar på en punktlig belastning som rör sig inuti. Beroende på fältet och belastningen kan detta arbete vara negativt eller positivt.

Friktion mellan ytor

Kinetisk friktion mellan ytor gör alltid negativt arbete på objektet som rör sig.

Trycka och kasta

Push är en kraft som flyttar ett objekt av något. Kasta är en kraft som gör ett objekt närmare.

Styrka i en remskiva

En remskiva är ett system som används för att överföra en kraft från ett av dess ändar. I en enkel remskiva, för att höja lasten, måste vi applicera en kraft som är lika med motståndet som utövas av objektet.

Normala krafter eller stöd

Den normala, som anges tidigare, gör ett nolljobb när ett objekt som stöds på en yta rör sig på den, även om ytan inte är platt eller om den är benägen.

Magnetisk kraft

En annan kraft som gör nollarbete är den magnetiska kraften som utövar ett enhetligt fält på den laddade partikeln som vinkelrätt påverkar den.  Partikelrörelsen visar sig vara en enhetlig cirkulär rörelse, med kraft i radiell riktning. Eftersom förskjutningen är vinkelrätt mot kraft fungerar det inte på lasten.

Föremål bundna till ett rep

Ett rep fungerar inte heller på en upphängd pendel, eftersom spänningen i det alltid är vinkelrätt mot degenförskjutningen.

Kan tjäna dig: enhetligt accelererad rätlinjig rörelse: egenskaper, formler

Satelliter i bana

Tyngdkraften fungerar inte på en cirkulär bana -satellit, av samma anledning som de tidigare fallen: det är vinkelrätt mot förskjutning.

Massa-resorssystem

I ett mas-resortsystem, kraften F som utövar våren på degen har storlek F = kx, var  k Det är vårkonstanten och x Din komprimering eller förlängning. Det är en variabel kraft, därför beror det arbete på det faktum att våren är sträckt eller krymp.

Träning löst

Följande graf visar det arbete som gjorts av en variabel kraft F_x Det beror på positionen x. Detta är den kraft som en hammare utövas på en spik. Den första delen är kraften som används för att spika på den mjukaste delen av väggen och den andra för att avsluta nageln.

Hur mycket arbete har hammaren att göra så att nageln sjunker totalt 5 cm på väggen?

Graf för kraften som hammaren utövar när du slår nageln. Källa: Giambattista, a. Fysik.

Lösning

Kraften som utövas av hammaren är variabel, eftersom mindre intensitet (50 n) krävs för att sjunka 1.2 cm i den mjuka delen av väggen, medan i den svåraste delen är 120 n exakta för att nageln sjunka upp till 5 cm djup, som grafen visar.

I detta fall är arbetet det integrerade:

Där a = 0 cm och b = 5 cm. Eftersom integralen är området under FX vs X -grafen räcker det att hitta detta område, som motsvarar två rektanglar, den första av höjden 50 n y bred 1.2 cm och den andra höga och breda (5 cm - 1.2 cm) = 3.8 cm.

Båda beräknas och läggs till för att ge det totala arbetet:

W = 50 n x 1.2 cm + 120 n x 3.8 cm = 516 n.cm = 516 n x 0.01 m = 5.16 J.

Referenser

1. Figueroa, D. (2005). Serie: Physics for Science and Engineering. Volym 2. Dynamisk. Redigerad av Douglas Figueroa (USB).
2. Giambattista, a. 2010. Fysik. 2: a. Ed. McGraw Hill.
3. Sears, Zemansky. 2016. Universitetsfysik med modern fysik. 14th. Ed. Volym 1. Pearson.
4. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysik för vetenskap och teknik. Volym 1. 7th. Ed. Cengage Learning.
5. Zapata, f. Mekaniskt arbete. Återhämtat sig från: FrancesPhysics.Bloggfläck.com.