Was ist ein Job in der Physik? Kräftearbeit, Arbeit bei der Gasexpansion und Arbeit des Kraftmoments

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 17:44

Jeder versteht, dass Arbeit eine Art soziale Aktivität eines Menschen ist, die er zur Sicherung seiner Existenz benötigt. In der Physik gibt es aber auch einen ähnlichen Begriff, der eine ganz andere Bedeutung hat. Was Arbeit in der Physik ist, beantwortet dieser Artikel.

Arbeit als physikalische Größe

Bei der Beantwortung der Frage, was Arbeit in der Physik ist, sollte klargestellt werden, dass dies die Energie ist, die für die Ausführung einer Handlung aufgewendet wird. Beispielsweise überträgt eine Person eine Last von einem Ort zum anderen, während sie gegen Reibungskräfte arbeitet. Wenn diese Person beginnt, die Last zu heben, wird ihre Arbeit darauf abzielen, die Gravitationskraft des Planeten zu überwinden. Ein weiteres Beispiel: Das Gas unter dem Kolben beginnt durch Erhitzen sein Volumen zu vergrößern, in diesem Fall wird gesagt, dass es etwas Arbeit verrichtet.

In allen oben genannten Fällen gibt es ein gemeinsames Merkmal: Die Arbeit weicht nur dann von Null ab, wenn es eine Art mechanische Bewegung von Objekten oder deren Teilen gibt(Bewegung des Arbeiters mit Last, Gasausdehnung).

Daher ist Arbeit der Prozess der Übertragung von Energie von einem Zustand in einen anderen für einen bestimmten Körper, wodurch dieser Körper seine Position im Raum ändert.

Arbeitsformel

Lassen Sie uns nun zeigen, wie man den untersuchten Wert quantitativ berechnet. Die Übertragung von Energie zwischen verschiedenen Zuständen ist nur möglich, wenn eine gewisse Kraft vorhanden ist. Dies kann die körperliche Anstrengung menschlicher Hände und Füße sein, die Kraft von Maschinen, der erzeugte Druck, der bei der Verbrennung von Kraftstoff in einem Zylinder leicht in Kraft umgewandelt werden kann, die Kraft der elektromagnetischen Induktion eines Elektromotors und usw.

Die folgende Formel beantwortet die Frage, wie man einen Job in der Physik findet:

A=(F¯l¯)

Die Arbeit A ist eine skalare Größe, während die Kraft F¯ und der Weg l¯ vektorielle Größen sind. Deshalb verwendet die Formel zur Berechnung von A Klammern, um zu zeigen, dass es sich um das Skalarprodukt von Vektoren handelt. In Skalarform kann der obige Ausdruck wie folgt umgeschrieben werden:

A=Flcos(φ)

Hier ist φ der Winkel zwischen Kraftvektor F¯ und Verschiebung l¯.

Da die Verschiebung in Metern und die Kraft in Newton gemessen wird, ist die Arbeitseinheit Newton pro Meter (Nm). Die SI-Einheit hat einen eigenen Namen, das Joule (J). Es zeigt sich, dass eine Arbeit von 1 J einer Kraft von 1 N entspricht, die den Körper entlang der Verschiebungsrichtung bewegt1 Meter.

Gaswerk

Wir haben die Frage analysiert, was mechanische Arbeit in der Physik ist, und eine Formel angegeben, mit der sie berechnet werden kann. Bei expandierenden Gasen wird jedoch ein anderer Ausdruck verwendet.

Nehmen wir an, wir haben ein Gassystem, das das Volumen V₁ ausfüllt und unter Druck P steht. Sein Volumen soll sich durch äußere oder innere Einflüsse auf das System ändern und wurde gleich V_{2. Dann kann die Arbeit von Gas A durch folgende Formel bestimmt werden:}

A=∫_V(P(V)dV)

Wenn Sie die P(V)-Funktion in den P-V-Achsen darstellen, dann ist die Fläche unter der Kurve numerisch gleich A.

Im Fall eines isobaren Prozesses (P=const) für ein ideales Gas lautet die Antwort auf die Frage, wie man in der Physik Arbeit findet, folgender einfacher Ausdruck:

A=P(V₂-V₁₎

Wenn sich das Gasvolumen infolge eines thermodynamischen Prozesses nicht ändert, dann ist seine Arbeit gleich Null. Wenn V₂>V₁, dann leistet das Gas positive Arbeit, wenn V₁>V _{2, dann negativ.}

Kraftmomentarbeit

Das Kraftmoment ist eine physikalische Größe, die durch folgende Formel ausgedrückt wird:

M=[F¯r¯]

Das heißt, M ist gleich dem Vektorprodukt aus der Kraft F und dem Radiusvektor r um die Rotationsachse. Das Kraftmoment wird in Nm ausgedrückt.

Was ist die Arbeit eines Kraftmoments in der Physik? Zu dieser Fragedie folgende Formel wird antworten:

A=Mθ

Diese Gleichheit bedeutet, dass, wenn das auf das System wirkende Moment M es dazu bringt, sich um den Winkel θ um die Achse zu drehen, es Arbeit A leistet. Der Winkel θ muss hier im Bogenmaß ausgedrückt werden, um die Arbeit zu erh alten in Joule.

Die Berechnung der Arbeit des Kraftmoments spielt eine wichtige Rolle in allen mechanischen Systemen, in denen eine Drehung stattfindet, wie Räder, Zahnräder, Wellen usw.

Schwerkraftarbeit

Nachdem wir herausgefunden haben, was Arbeit in der Physik ist, berechnen wir diesen Wert für die Schwerkraft. Angenommen, ein Körper der Masse m fällt aus einer Höhe h. Da die Schwerkraft F senkrecht nach unten wirkt, verrichtet sie positive Arbeit. Sie wird nach folgender Formel bestimmt:

A=mgh, wobei F=mg

Viele können in der erh altenen Formel für den Wert von A den Ausdruck für die potentielle Energie eines Körpers im Bereich der Gravitationskräfte erkennen. Während des Falls des Körpers übernimmt die Schwerkraft die Aufgabe, die potentielle Energie des Körpers in die kinetische Energie seiner Bewegung umzuwandeln.