Formula -werk, eenheden, voorbeelden, oefeningen

Hij functie In de natuurkunde is het de overdracht van energie die een kracht uitvoert wanneer het object waarop het werkt beweegt. Wiskundig neemt de vorm aan van het scalaire product tussen de sterkte -vectoren F en verplaatsing S.

En omdat het product scalair tussen twee loodrechte vectoren nietig is, gebeurt het dat de krachten die 90º vormen met de verplaatsing niet werken, volgens de definitie, sinds:

W = F ● S = F⋅ s⋅ cos θ

Waar W werk aangeeft, voor het Engelse woord Werk.

Het voordeel van het definiëren van het werk is dat het een scalair is, dat wil zeggen, het heeft geen richting of betekenis, alleen module en de respectieve eenheid. Dit maakt het gemakkelijker om berekeningen uit te voeren waarbij energieveranderingen worden veroorzaakt door de werking van krachten.

Zachtheid en kinetische wrijving zijn voorbeelden van krachten die vaak werken aan bewegende objecten. Een andere veel voorkomende kracht is de normale die een oppervlak uitoefent, maar in tegenstelling tot die, werkt het nooit op objecten, omdat het loodrecht staat op verplaatsing.

Wanneer een lichaam vrij valt, doet de zwaartekracht een positieve werk op de mobiel, waardoor het zijn snelheid verhoogt terwijl het daalt. Aan de andere kant, kinetisch rubb.

[TOC]

Formules en specifieke gevallen

Het werk wordt berekend door:

W = F ● S

Deze uitdrukking is geldig voor constante krachten en volgens de definitie van scalair product is het gelijk aan:

W = f. S. Cos θ

Waarbij θ de hoek is tussen sterkte en verplaatsing. Hieruit volgt dat alleen die krachten met een component in de richting van verplaatsing kunnen werken aan een lichaam.

En het is ook duidelijk dat als er geen beweging is, er ook geen baan is.

Wat het teken betreft, het werk kan positief, negatief of nul zijn. In het geval dat de kracht een component heeft parallel aan de beweging, hangt het teken van werk af van de waarde van cos θ.

Er zijn enkele specifieke gevallen die het overwegen waard zijn:

• Wanneer de kracht parallel is aan de verplaatsing, de hoek tussen F En S Het is 0º, daarom is het werk dat met geweld wordt gedaan positief en is de waarde ervan maximaal:

Kan u van dienst zijn: Orionaids: oorsprong, kenmerken, wanneer en hoe u ze kunt observeren

W = f⋅s cos 0º = f⋅s

• Als de kracht tegen de verplaatsing is, dan is de hoek tussen  F En S Het is 180º, het werk van F is negatief en is minimaal:

W = f⋅s cos 180º = -f⋅s

• Ten slotte is er het bovenstaande geval: als de hoek wordt gevormd door F En S Het is 90º, zoals cos 90º = 0, het werk is nietig:

W = f⋅s cos 90º = 0

Werk gedaan door variabele krachten

Soms is de uitgeoefende kracht niet constant; In dat geval moet u een beroep doen op de berekening om het werk te vinden. Ten eerste wordt een DW -werkverschil bepaald, gemaakt op een oneindige verplaatsing DS:

DW = FractDS

Om de waarde te vinden van het totale werk dat door deze kracht is gedaan wanneer het object varieert van punt A tot punt B, is het noodzakelijk om beide kanten te integreren, zoals deze:

Werkeenheden

De eenheid voor werk in het internationale systeem is de joule, afgekort J. De eenheid ontleent zijn naam aan de Engelse natuurkundige James Prescott Joule, een pionier in de studie van de thermodynamica.

Uit de werkvergelijking wordt de joule gedefinieerd als 1 Newton per meter:

1 J = 1 N⋅m

Eenheden in het Britse systeem

Het werk komt overeen als een eenheid Libra-fuerza x taart, Soms genoemd Vuur-fuerza voet. Het is ook een eenheid voor energie, maar we moeten niet vergeten dat het werk dat aan een lichaam is gedaan, zijn energietoestand verandert en dat werk en energie daarom equivalent zijn. Het is niet verwonderlijk dat ze dezelfde eenheden hebben.

De gelijkwaardigheid tussen de beukende voet en de joule is als volgt:

1 pond-vork voet = 1.35582 J

Een goed bekende eenheid voor werk en energie, vooral voor de reikwijdte van koeling en airconditioners is de BTU of Britse Warmte-eenheid.

1 BTU is gelijk aan 1055 J en 778.169 Pie Libra-Fuerza.

Andere eenheden voor werk

Er zijn andere werkeenheden die worden gebruikt op specifieke gebieden van natuurkunde en engineering. Onder hen hebben we:

Erg

Aangeduid als erg, Het is de werkeenheid in het cegesimale systeem en is gelijk aan 1 dina⋅cm of 1 x 10^-7 J.

Electron-volt

Afgekort EV, het wordt vaak gebruikt in deeltjesfysica en wordt gedefinieerd als de energie die wordt verkregen door een elektron wanneer het door een potentieel verschil van 1 V beweegt.

Kan u van dienst zijn: Relatieve snelheid: concept, voorbeelden, oefeningen

Kilovatio-Hora (kWh)

Verschijnt vaak in de ontvangsten van elektriciteitsbedrijven. Het is het werk dat 1 uur is ontwikkeld door een bron waarvan de kracht 1 kW is, gelijk aan 3.6 x 10⁶ J.

Calorie

Het is meestal gerelateerd aan voedselergie, hoewel deze context in werkelijkheid verwijst naar een Kilocaloria, dat wil zeggen 1000 calorieën. Eigenlijk zijn er verschillende eenheden die deze naam ontvangen, dus de context moet heel goed worden gespecificeerd.

De gelijkwaardigheid tussen de joule en 1 Thermochemische calorie is:

1 calorie = 4.1840 J

Werkvoorbeelden

Promotie en afdaling van objecten

Wanneer de lichamen afdalen, verticaal of door een helling, doet het gewicht positief werk, wat de beweging voorstaat. Aan de andere kant, op voorwaarde dat een object opstijgt, doet de zwaartekracht negatief werk.

Punctuele kosten in elektrische velden

Een uniform elektrisch veld werkt wel op een punctuele belasting die naar binnen beweegt. Afhankelijk van het veld en het teken van de belasting, kan dit werk negatief of positief zijn.

Wrijving tussen oppervlakken

Kinetische wrijving tussen oppervlakken maakt altijd negatief werk aan het object dat beweegt.

Duwen en gooien

Push is een kracht die een object van iets verplaatst. Gooien is een kracht die een object dichterbij maakt.

Kracht in een poelie

Een poelie is een systeem dat wordt gebruikt om een ​​kracht van een van de uiteinden te verzenden. In een eenvoudige poelie, om de belasting te verhogen, moeten we een kracht toepassen die gelijk is aan de weerstand die door het object wordt uitgeoefend.

Normale krachten of ondersteuning

De normale, zoals eerder aangegeven, doet een nultaak wanneer een object dat op een oppervlak wordt ondersteund, erop beweegt, zelfs als het oppervlak niet plat is of als het hellend is.

Magnetische kracht

Een andere kracht die nietig werkt, is de magnetische kracht die een uniform veld uitoefent op het geladen deeltje dat er loodrecht op beïnvloedt.  De deeltjesbeweging blijkt een uniforme cirkelvormige beweging te zijn, met kracht in de radiale richting. Aangezien de verplaatsing loodrecht op kracht staat, werkt deze niet op de belasting.

Objecten gebonden aan een touw

Een touw werkt ook niet op een gesuspendeerde slinger, omdat de spanning erin altijd loodrecht staat op de verplaatsing van het deeg.

Kan u van dienst zijn: uniform versnelde rechtlijnige beweging: kenmerken, formules

Satellieten in een baan

Gravity werkt niet op een cirkelvormige baansatelliet, om dezelfde reden als de eerdere gevallen: het staat loodrecht op verplaatsing.

Massa-resortsysteem

In een massa-resortsysteem, de kracht F dat de veer op het deeg uitoefent, heeft een grootte F = kx, waar  k Het is de veerconstante en X Uw compressie of verlenging. Het is een variabele kracht, daarom hangt het werk van werk af van het feit dat de veer is uitgerekt of krimpt.

Oefening opgelost

De volgende grafiek toont het werk dat wordt uitgevoerd door een variabele kracht F_X Het hangt af van de positie X. Dit is de kracht die wordt uitgeoefend door een hamer op een nagel. Het eerste deel is de kracht die wordt gebruikt om te spijkeren op het zachtste gedeelte van de muur en de tweede om de nagel af te maken.

Hoeveel werk moet de hamer doen zodat de nagel in totaal 5 cm aan de muur zinkt?

Grafiek voor de kracht die door de hamer wordt uitgeoefend bij het raken van de nagel. Bron: Giambattista, een. Natuurkunde.

Oplossing

De kracht die door de hamer wordt uitgeoefend, is variabel, omdat minder intensiteit (50 n) vereist is om de 1 te laten zinken.2 cm in het zachte deel van de muur, terwijl in het moeilijkste deel 120 n precies zijn om de nagelzink tot 5 cm diep te maken, zoals de grafiek laat zien.

In dit geval is het werk de integraal:

Waarbij a = 0 cm en b = 5 cm. Aangezien de integraal het gebied is onder de FX vs X -grafiek, is het voldoende om dit gebied te vinden, dat overeenkomt met twee rechthoeken, de eerste van hoogte 50 n y breed 1.2 cm, en de tweede hoog en breed (5 cm - 1.2 cm) = 3.8 cm.

Beide worden berekend en toegevoegd om het totale werk te geven:

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.

Referenties

1. Figueroa, D. (2005). Serie: Physics for Science and Engineering. Deel 2. Dynamisch. Uitgegeven door Douglas Figueroa (USB).
2. Giambattista, een. 2010. Natuurkunde. 2e. ED. McGraw Hill.
3. Sears, Zemansky. 2016. Universitaire natuurkunde met moderne natuurkunde. 14e. ED. Deel 1. Pearson.
4. Serway, r., Jewett, J. (2008). Natuurkunde voor wetenschap en engineering. Deel 1. 7e. ED. Cengage leren.
5. Zapata, f. Mechanisch werk. Hersteld van: Francesphysics.Blogspot.com.