- Čo je mechanická práca?
- Charakteristika mechanickej práce
- Vzorec mechanickej práce
- Druhy mechanickej práce
- Príklady mechanickej práce
Vysvetlíme, čo je mechanická práca vo fyzike, jej charakteristiky a vzorec na jej výpočet. Tiež aké typy existujú a príklady.
Čo je mechanická práca?
In fyzické, a konkrétnejšie v pobočka z mechanika, znamená mechanickú prácu (alebo jednoducho pracoval) na akciu a silu na tele v pokoji pohyb, aby sa vyrobil a posunutie v tele úmerne k Energia investoval do sily, ktorá ním hýbe. Inými slovami, mechanická práca je množstvo energie prenesené na teleso silou, ktorá naň pôsobí.
Mechanická práca je rozsah skalár, ktorý sa zvyčajne meria v Medzinárodný systém (SI) cez jouly alebo jouly (J) a je reprezentovaný písmenom W (z angl práca, "Fungovalo"). Okrem toho často hovoríme o pozitívnej alebo negatívnej práci v závislosti od toho, či sila prenáša energiu na objekt (pozitívna práca) alebo ju odoberá (negatívna práca). Napríklad, kto hádže loptou, robí pozitívnu prácu, kým kto ju chytí, robí negatívnu prácu.
Charakteristika mechanickej práce
Mechanická práca sa vyznačuje:
- Je to skalárna veličina, ktorá sa meria v jouloch (to znamená kilogramy na meter štvorcový delené druhou mocninou) a je vyjadrená písmenom W.
- Závisí priamo od sily, ktorá to spôsobuje, takže na to, aby došlo k mechanickej práci na telese, musí naň pôsobiť mechanická sila po definovanej dráhe.
- V súčasnom jazyku sa pojem „práca“ používa na definovanie tej mechanickej činnosti, ktorej výkon spotrebúva množstvo energie.
- Prenos teplo (kalorická energia) sa nepovažuje za formu práce, aj keď pozostáva z prenosu energie.
Vzorec mechanickej práce
Najjednoduchší vzorec na výpočet práce telesa, ktoré sa pohybuje silou, je zvyčajne nasledujúci:
W = F x d
kde W je vykonaná práca, F je sila pôsobiaca na teleso a D je vzdialenosť posunutia, ktorú telo utrpelo.
Sila a vzdialenosť sa však zvyčajne považujú za vektorové veličiny, ktoré si vyžadujú určitú orientáciu v priestore. Vyššie uvedený vzorec možno teda preformulovať tak, aby zahŕňal takúto orientáciu, a to takto:
W = F x d x cos𝛂
kde kosínus alfa (cos𝛂) určuje uhol medzi smerom, v ktorom pôsobí sila, a smerom, v ktorom sa v dôsledku toho objekt pohybuje.
Druhy mechanickej práce
Mechanická práca môže byť troch druhov v závislosti od toho, či pridáva, uberá alebo udržiava hladinu energie v pohybujúcom sa tele. Môžeme teda hovoriť o:
- Pozitívna práca (W > 0). Vyskytuje sa vtedy, keď sila prispieva energiou k predmetu, pričom vytvára posun v rovnakom smere, v ktorom bola sila aplikovaná. Príkladom môže byť hráč golfu, ktorý udrie loptičku palicou a nechá ju preletieť niekoľko metrov, alebo hráč bejzbalu, ktorý odpáli loptičku v pohybe, čím zmení dráhu, ktorú mala.
- Nulová práca (W = 0). Vyskytuje sa vtedy, keď aplikovaná sila nespôsobuje žiadne posunutie v objekte, aj keď v procese spotrebúva energiu. Príkladom toho môže byť človek, ktorý tlačí veľmi ťažký kus nábytku bez toho, aby sa pohol ani o palec.
- Negatívna práca (W < 0).Vyskytuje sa vtedy, keď aplikovaná sila odčíta energiu z predmetného objektu, pričom bráni pohybu, ktorý už objekt priniesol, alebo znižuje jeho posun. Príkladom toho môže byť hráč bejzbalu, ktorý chytí loptičku hodenú iným, čím mu zabráni pokračovať v jeho trajektórii; alebo osoba, ktorá stojí pred predmetom padajúcim z kopca a hoci ho nedokáže úplne zastaviť, dokáže spomaliť jeho pád.
Príklady mechanickej práce
Niektoré príklady mechanickej práce sú:
- Vo futbalovom zápase rozhodca trestá a Lionel Messi kope loptu smerom k bráne silou 500 N, vďaka čomu sa lopta posunie asi o 15 metrov bez toho, aby sa dotkla zeme. Koľko práce ste dali na strelenie tohto gólu?
Odpoveď: použitím vzorca W = F x d máme, že Messi vykonal prácu 500 N x 15 m, to znamená prácu ekvivalentnú 7 500 J.
- Vlak mieri plnou rýchlosťou na juh a smeruje k autu uviaznutému na koľajniciach. Superhrdina, ktorý si uvedomuje nebezpečenstvo, sa rozhodne postaviť pred lokomotívu a zastaviť jej postup. Ak vezmeme do úvahy, že vlak so sebou prináša silu 20 000 N, že superhrdina je nezraniteľný a rušeň je 700 metrov od zakliesneného vagóna, koľko práce musí superhrdina urobiť, aby ho zastavil?
Odpoveď: Keďže brzdenie lokomotívy si vyžaduje najmenej 20 000 N v opačnom smere a superhrdina by chcel ponechať medzi lokomotívou a zakliesneným vozňom rezervu najmenej 2 metre, vieme, že musí vyvinúť prácu rovnajúcu sa 20 000 N x 698 m, teda negatívna práca 13 960 000 J.