Arbeid is de overdracht van energie aan een lichaam of systeem van lichamen door het uitoefenen van een kracht. Het werk dat aan een lichaam wordt gedaan, levert een variatie in kinetische energie.
Door dit belangrijke omvang van dynamiek, is het mogelijk om de overdracht en transformatie van energie in de meest uiteenlopende fysieke systemen te bestuderen.
Lees ook: Wat is kracht?
Wat is werk?
werk is een fysieke hoeveelheid die de overdracht of transformatie van energie meet. De maateenheid van deze scalaire grootheid is de joule. Bovendien is de arbeid die door een kracht wordt verricht gelijk aan de variatie van kinetische energie, net als de potentiële energie toegeschreven aan een lichaam of systeem van lichamen.
Wanneer er aan een lichaam wordt gewerkt, wordt een deel van de energie die in dat lichaam was opgeslagen, omgezet in andere vormen van energie. Wanneer we bijvoorbeeld een object van de grond tot een hoogte h optillen, transformeren we een energie die van onze spieren naar dit lichaam, dat, nadat het is opgetild, een bepaalde hoeveelheid begint te vertonen in
enzwaartekracht potentiële energie.
Het is opmerkelijk dat het werk is berekend op basis van de door het lichaam afgelegde afstand. Voor deze berekening wordt echter alleen rekening gehouden met de afgelegde afstand in de richting van de kracht die het werk uitvoert, met andere woorden, werk is gelijk aan vectorprojectie kracht over de richting van de door het lichaam afgelegde afstand.
Niet stoppen nu... Er is meer na de reclame ;)
Hoe wordt de arbeid van een kracht berekend?
Om de arbeid van a. te berekenen constante kracht, het is noodzakelijk om de module van deze kracht te vermenigvuldigen met de afstand gereisd en door cosinus van hoek die wordt gevormd tussen kracht (F) en afstand (d). De formule die we gebruiken om de arbeid te berekenen is als volgt:
Aan de weergegeven formule kunt u zien dat er wordt geen arbeid verricht wanneer de hoek tussen kracht en afstand gelijk is aan 90º, aangezien de cosinus van deze hoek gelijk is aan nul. Dit komt omdat wanneer een kracht wordt uitgeoefend in een richting loodrecht op een verplaatsing, dit kracht bevordert geen variatie in de kinetische energie van het lichaam, maar verandert alleen de richting van zijn beweging.
Motorisch werk en zwaar werk
motorisch werk is de naam die wordt gegeven aan het werk dat wordt gedaan aan gunst van de beweging van een lichaam, hem voorzien van kinetische energie. Aan de andere kant, de werkresistent is degene waar een krachttegendeelnaar debeweging, ervoor zorgen dat de kinetische energie van het lichaam wordt verminderd en/of omgezet in andere soorten energie, zoals gravitatie-potentiële energie of Thermische energie, in het geval dat een dissipatieve kracht.
Bij motorisch werk is de kracht- en verplaatsingsvectoren zijn parallel (0° hoek). In het resistente werk zijn deze vectoren tegengesteld (hoek van 180º). Bekijk voorbeelden van situaties waarin motorisch en weerstandswerk wordt uitgevoerd.
Als we een winkelwagentje duwen, voeren we motorisch werk uit.
Wanneer de remblokken van een fiets op de velg drukken, wrijvingskracht doet zwaar werk.
Wanneer we een ladder afdalen, voert de kracht van het gewicht motorisch werk uit.
Wanneer we een ladder beklimmen, doet de gewichtskracht zwaar werk.
Lees ook: Tractie - kracht uitgeoefend op een lichaam via touwen, kabels of draden
kracht werk gewicht
De arbeid verricht door de gewichtskracht komt overeen met de hoeveelheid energie die nodig is om een lichaam met massa m op te tillen tot een hoogte h ten opzichte van de grond, in een gebied waar de zwaartekracht de moeite waard g. Zie de formule die wordt gebruikt om het werk van de te berekenen sterkte gewicht:
m – lichaamsgewicht (kg)
g – zwaartekracht (m/s²)
H – hoogte (m)
Elektrisch werk:
De berekening van elektrische stroom werk kan worden gemaakt van het product tussen de belastingsmodulus en het verschil van elektrisch potentieel, in volt, waaraan deze belasting wordt onderworpen.
τ – werk (J)
wat – elektrische lading (C)
U – potentiaalverschil (V)
Werk van variabele sterkte
De arbeid van een variabele kracht kan worden berekend uit een grafiek die de kracht relateert aan de verplaatsing die het lichaam ondervindt. In dit geval is de modulus van het uitgevoerde werk numeriek gelijk aan gebied onder de curve. Kijk maar:
Werk en kinetische energie stelling
De werk- en kinetische energiestelling betreft de hoeveelheid werk die wordt gedaan op een lichaam of op een systeem van lichamen volgens de variatie van zijn kinetische energie. Met andere woorden, elke werkprestatie gaat gepaard met een variatie van kinetische energie.
In het kort zeggen we dat de uitgevoerde arbeid gelijk is aan de variatie in kinetische energie:
Om nog meer te leren over de definitie van werk, is het noodzakelijk om enkele oefeningen over het onderwerp op te lossen. Kom op?
Zie ook: Oefeningen voor de wet van Newton oplossen?
Opgeloste oefeningen op het werk van een kracht
Vraag 1 — (Espcex) Een blok, getrokken door middel van een onrekbaar touw en een verwaarloosbare massa, glijdt met wrijving over een horizontaal oppervlak en beschrijft een rechte en uniforme beweging. Het touw maakt een hoek van 53° met de horizontaal en de trekkracht die het op het blok overbrengt is 80 N. Als het blok 20 m langs het oppervlak wordt verplaatst, is het werk dat door tractie op het blok wordt uitgevoerd:
(Gegevens: sin 53° = 0,8 en cos 53° = 0,6)
a) 480 J
b) 640 J
c) 960 J
d) 1280 J
e) 1600 J
Resolutie:
Om deze vraag te beantwoorden, is het noodzakelijk om de formule van het werk te gebruiken, maar ook om de relevante gegevens in de verklaring te identificeren, namelijk de kracht, afstand en cosinus van de hoek. Dan moet je de volgende berekening maken:
Op basis van het verkregen resultaat concluderen we dat het juiste alternatief de letter C.
Vraag 2 — (CPS) Om bemeste grond te vervoeren die van de compost is verwijderd, vult een boer een kruiwagen en brengt deze naar de plantplaats door een horizontale, constante kracht uit te oefenen met een intensiteit gelijk aan 200 N. Als tijdens dit transport de resulterende kracht die werd uitgeoefend in staat was om 1800 J arbeid te verrichten, dan was de afstand tussen de composthoop en de plantplaats, in meters:
a) 6
b) 9
c) 12
d) 16
e) 18
Resolutie:
De vraag vraagt ons om de afstand te berekenen en daarvoor worden we de module geïnformeerd over de hoeveelheid werk, evenals de kracht. Op deze manier moeten we de volgende berekening maken:
Volgens de berekening is het juiste alternatief de letter B.
Vraag 3 — (Mackenzie) Op de Olympische Spelen van Rio 2016 bereikte Thiago Braz, winnaar van een gouden polsstokhoogspringen, met een gewicht van 75,0 kg een hoogte van 6,03 m, een wereldrecord, met een val van 2,80 m vanaf het steunpunt van de paal. Rekening houdend met de zwaartekrachtversnellingsmodule g = 10 m/s², was de arbeid van de gewichtskracht tijdens de afdaling ongeveer:
a) 2,10 kJ
b) 2,84 kJ
c) 4,52 kJ
d) 4,97 kJ
e) 5,10 kJ
Resolutie:
Het antwoord op deze vraag vereist dat we een hoeveelheid werk berekenen. Om dit te doen, moeten we de waarden van massa, zwaartekracht en hoogte kennen. In het bezit van deze waarden, gewoon de berekening maken:
Ons resultaat laat zien dat het juiste alternatief de letter C.
Door Rafael Hellerbrock
Natuurkunde leraar
