- Hva er mekanisk arbeid?
- Kjennetegn på mekanisk arbeid
- Mekanisk arbeidsformel
- Typer mekanisk arbeid
- Eksempler på mekanisk arbeid
Vi forklarer hva mekanisk arbeid er i fysikk, dets egenskaper og formelen for å beregne det. Også hvilke typer som finnes og eksempler.
Hva er mekanisk arbeid?
I fysisk, og mer spesifikt i gren av mekanikk, menes med mekanisk arbeid (eller ganske enkelt jobbet) til handlingen til en styrke på en kropp i ro bevegelse, for å produsere en forskyvning i kroppen proporsjonal med Energi investert i kraften som beveger den. Med andre ord, mekanisk arbeid er mengden energi som overføres til et legeme av en kraft som virker på det.
Mekanisk arbeid er omfanget skalar, som vanligvis måles i Internasjonalt system (SI) gjennom joule eller joule (J) og er representert med bokstaven W (fra engelsk arbeid, "Fungerte"). I tillegg snakker vi ofte om positivt eller negativt arbeid avhengig av om kraften overfører energi til objektet (positivt arbeid) eller trekker det fra (negativt arbeid). Dermed gjør for eksempel den som kaster en ball positivt, mens den som fanger den gjør negativt.
Kjennetegn på mekanisk arbeid
Mekanisk arbeid er preget av:
- Det er en skalar størrelse, som måles gjennom joule (det vil si kilogram per kvadratmeter delt på et sekund i kvadrat) og er representert med bokstaven W.
- Det avhenger direkte av kraften som forårsaker det, slik at for at det skal være mekanisk arbeid på en kropp, må det være en mekanisk kraft påført den langs en definert bane.
- På dagens språk brukes begrepet "arbeid" for å definere den mekaniske aktiviteten hvis ytelse bruker en mengde energi.
- Overføringen av varme (kalori energi) regnes ikke som en arbeidsform, selv om den består av en overføring av energi.
Mekanisk arbeidsformel
Den enkleste formelen for å beregne arbeidet til en kropp som beveges av en kraft er vanligvis følgende:
B = F x d
hvor W er arbeidet som er utført, F er kraften som virker på kroppen, og D er avstanden til forskyvningen som kroppen lider.
Kraft og avstand betraktes imidlertid vanligvis som vektorstørrelser, som krever en viss orientering i rommet. Dermed kan formelen ovenfor omformuleres til å inkludere slik orientering, som følger:
B = F x d x cos𝛂
der cosinus til alfa (cos𝛂) bestemmer vinkelen mellom retningen kraften påføres og retningen objektet beveger seg som et resultat.
Typer mekanisk arbeid
Mekanisk arbeid kan være av tre typer, avhengig av om det adderer, trekker fra eller opprettholder energinivået i den bevegelige kroppen. Dermed kan vi snakke om:
- Positivt arbeid (W > 0). Det oppstår når kraften bidrar med energi til det aktuelle objektet, og produserer en forskyvning i samme retning som kraften ble påført. Et eksempel på dette kan være en golfspiller som slår en ball med kølla og får den til å fly flere meter, eller en baseballspiller som slår en ball i bevegelse, og endrer banen den hadde.
- Null arbeid (W = 0). Det oppstår når den påførte kraften ikke produserer noen forskyvning i objektet, selv om det forbruker energi i prosessen. Et eksempel på dette vil være en person som skyver et veldig tungt møbel uten å få det til å bevege seg en tomme.
- Negativt arbeid (W < 0).Det oppstår når den påførte kraften trekker energi fra det aktuelle objektet, motstår bevegelsen som objektet allerede brakte eller reduserer forskyvningen. Et eksempel på dette vil være en baseballspiller som fanger ballen kastet av en annen, og hindrer ham i å fortsette banen; eller en person som står foran en gjenstand som faller ned en bakke og, selv om den ikke klarer å stoppe den helt, klarer å bremse fallet.
Eksempler på mekanisk arbeid
Noen eksempler på mekanisk arbeid er:
- I en fotballkamp tar dommeren en straffe og Lionel Messi sparker ballen mot mål, med en kraft på 500N, slik at den beveger seg omtrent 15 meter uten å berøre bakken. Hvor mye arbeid la du ned på å score det målet?
Svar: Ved å bruke formelen W = F x d, har vi at Messi gjorde et arbeid på 500N x 15m, det vil si et arbeid som tilsvarer 7500 J.
- Et tog kjører sørover i full fart, på vei mot en bil som sitter fast på skinnene. En superhelt, som innser faren, bestemmer seg for å stå foran lokomotivet og stoppe fremgangen. Med tanke på at toget har med seg en kraft på 20 000 N, at superhelten er usårbar, og at lokomotivet er 700 meter fra den fastklemte vognen, hvor mye arbeid må superhelten gjøre for å stoppe den?
Svar: Siden bremsing av lokomotivet krever minst 20 000 N i motsatt retning, og superhelten gjerne vil ha en margin på minst 2 meter mellom lokomotivet og den fastklemte bilen, vet vi at han må påføre arbeid lik 20 000 N x 698 m, det vil si et negativt arbeid på 13 960 000 J.