Praca jako wielkość fizyczna

• jaka wielkość fizyczna odpowiada za zmianę ruchu lub spoczynku;

• cechy wielkości wektorowej;

• dlaczego siła jest wielkością wektorową;

• definicję jednostki siły.

Jeśli potrzebujesz odświeżyć sobie te informacje, zajrzyj do materiału Siła jako miara oddziaływań. Równowaga sił. Siła wypadkowa. Wyznaczanie siły wypadkowejDZGzFHWatSiła jako miara oddziaływań. Równowaga sił. Siła wypadkowa. Wyznaczanie siły wypadkowej.

wielkość fizyczna, która jest iloczynem siły i przemieszczenia ciała w kierunku równoległym do kierunku działania siły; pracę oznaczamy literą $W$ od angielskiego słowa work – praca.

czyli

Wzór ten znajduje zastosowanie w sytuacjach, gdy przemieszczenie jest zgodne z kierunkiem działania siły. W pozostałych przypadkach stosuje się bardziej skomplikowany wzór, o którym będzie mowa w szkole średniej.

jednostka pracy, która oznaczana jest literą $\mathrm{J}$. Nazwa jednostki pochodzi od nazwiska angielskiego fizyka i eksperymentatora Jamesa Prescotta Joule’a. Praca ma wartość $1\,\mathrm{J}$, jeśli siła o wartości $1\,\mathrm{N}$ skierowana równolegle do toru ruchu przemieści ciało na odległość $1\,\mathrm{m}$.

Oblicz pracę, jaką wykonuje dźwig, który powoli podnosi ze stałą prędkością element konstrukcyjny o masie $500\,\mathrm{kg}$ na wysokość $20\,\mathrm{m}$.

Analiza zadania:
Praca wykonywana przez dźwig podnoszący element konstrukcyjny:
$W=F\cdot s$.
Do obliczenia pracy potrzebna jest znajomość siły i wartości przemieszczenia. Wartość przemieszczenia została podana w zadaniu. A co z siłą? Najmniejsza siła, jaką należy działać na ciało, aby móc podnieść je do góry, musi równoważyć jego ciężar. Wartość tej siły obliczymy więc ze wzoru na ciężar ciała:
$F=m\cdot g$.
Do obliczenia wartości siły potrzebujemy zatem znać masę podnoszonego ciała i przyspieszenie grawitacyjne, a do obliczenia wartości pracy – wysokość, na jaką podnosimy to ciało.
Dane:
$m=500\,\mathrm{kg}$ 
$s=20\,\mathrm{m}$ 
$g=10\,\mathrm{\large\frac{m}{s^2}}$ 
Szukane:
$W=\,?$ 
Obliczenia:
Siła, jaką działamy, musi być zwrócona pionowo w górę i przesunięcie elementu też odbywa się w górę. Jej wartość wynosi:
$F=m\cdot g=500\,\mathrm{kg}\cdot10\,\mathrm{\large\frac{m}{s^2}}=5000\,\mathrm{N}$.
Obliczamy wartość pracy:
$W=F\cdot s=5000\,\mathrm{N}\cdot20\,\mathrm{m}=100000\,\mathrm{J}=100\,\mathrm{kJ}$.

Odpowiedź:
Praca wykonana przy podnoszeniu elementu konstrukcji wynosi $100\,\mathrm{kJ}$, czyli $100000\,\mathrm{J}$.

Kierowca zepsutego samochodu zepchnął go z jezdni na pobocze (a nie np. do rowu), działając na niego siłą $700\,\mathrm{N}$, i wykonał przy tym pracę $1400\,\mathrm{J}$. Oblicz, o ile metrów przesunął on swoje auto.
Analiza zadania:
Praca wykonana przez kierowcę podczas spychania samochodu:
$W=F\cdot s$.
Wymagane wielkości:
$F$ – siła,
$s$ – odległość, na jaką został przesunięty pojazd.
Dane:
$F=700\,\mathrm{N}$
$W=1400\,\mathrm{J}$
Szukane:
$s=\,?$
Obliczenia:
Aby obliczyć drogę, na jakiej znana nam siła wykona zadaną pracę, należy przekształcić wzór:
$W=F·s|:F$.
Po podzieleniu obu stron równania przez $F$ otrzymujemy:
${\large\frac{W}{F}}=s$.
$\left[{\large\frac{W}{F}}\right]=\mathrm{\large\frac{J}{N}}=\mathrm{\large\frac{N\cdot m}{N}}=\mathrm{m}=\left[s\right]$.
Teraz możemy przystąpić do obliczeń:
$s={\large\frac{W}{F}}={\large\frac{1400}{700}}\,\mathrm{m}=2\,\mathrm{m}$.
Odpowiedź:
Auto zostało przesunięte o $2$ metry.