Έργο δύναμης

Old train

Ένα τραίνο συμβολίζει την βιομηχανική επανάσταση. Ο κινητήρας του τραίνου δίνει ενέργεια στο σύστημα κίνησης του (με το πορτοκαλί χρώμα) και το τραίνο κινείται, δηλαδή αυξάνεται η ταχύτητα και η κινητική του ενέργεια.

Το έργο είναι η μορφή της ενέργειας που μεταφέρεται από ένα σώμα σε ένα άλλο σώμα. Το έργο όπως και όλες οι μορφές ενέργειας είναι μονόμετρο μέγεθος με μονάδα μέτρησης το 1 j (joule) = 1 N · m².

To έργο ορίζεται σαν το (εσωτερικό) γινόμενο δύο διανυσμάτων:

W = F · Δx · συν θ  όπου W είναι το έργο της δύναμης F , Δx είναι η μετατόπιση του σώματος και θ είναι η γωνία μεταξύ F και Δx.

ergo dinamis_1

Στο σχήμα Ι βλέπουμε την συνισταμένη δύναμη του σώματος ΣF να σχηματίζει γωνία φ με την οριζόντια διεύθυνση, τον άξονα x. Το έργο (WΣF) της ΣF θα ισούται με το έργο (WΣF,x) της ΣFx και το έργο (WΣF,y) της ΣF. Δηλαδή WΣF = WΣF,x + WΣF,y . Όμως το έργο της ΣFείναι μηδέν WΣF,y = 0 άρα WΣF = WΣF,x  αφού όμως ΣFx = ΣF· συν θ και καταλήγουμε στην γενικότερη σχέση του έργου  W = F · Δx · συν θ .

Στο σχήμα ΙΙ βλέπουμε την περίπτωση η ΣF να βρίσκεται πάνω στον άξονα x και να έχει την φορά κίνησης του σώματος. Στη περίπτωση αυτή η ΣF και η Δx σχηματίσουν γωνία θ = 0 ⇒ συν θ = 1 ⇒ WΣF = ΣF · Δx .

Στο σχήμα ΙΙΙ βλέπουμε την περίπτωση η ΣF να βρίσκεται πάνω στον άξονα y. Στη περίπτωση αυτή η ΣF και η Δx σχηματίσουν γωνία θ = 90° ⇒ συν θ = 0 ⇒ WΣF = 0. π.χ. το βάρος w βρίσκεται στον άξονα y όταν το σώμα κινείται οριζόντια και η Ν κάθετη δύναμη από το δάπεδο. Οι δυνάμεις w, N δεν παράγουν έργο.

Στο σχήμα VΙ βλέπουμε την ΣF να βρίσκεται πάνω στον άξονα x και να έχει αντίθετη φορά από την φορά κίνησης του σώματος. Στη περίπτωση αυτή η ΣF και η Δx σχηματίσουν γωνία θ = 180° ⇒ συν θ = – 1 ⇒ WΣF = – ΣF · Δx. π.χ. η δύναμη τριβής έχει πάντα αρνητικό έργο, γιατί η δύναμης τριβής αντιτίθεται πάντα στην κίνηση του σώματος.

Θετικό έργο (παραγόμενο έργο): λέμε ότι το έργο μιας δύναμης F είναι θετικό όταν η συνολική ενέργεια του σώματος αυξάνεται με την επίδραση της δύναμης F. π.χ. το σώμα είχε μια τιμή ταχύτητας και μετά την επίδραση της δύναμης η τιμή της ταχύτητας του αυξήθηκε.

Αρνητικό έργο (έργο που εκλύεται): λέμε ότι το έργο μιας δύναμης F είναι αρνητικό όταν η συνολική ενέργεια του σώματος μειώνεται μετά την επίδραση της δύναμης F. π.χ. το σώμα είχε μια τιμή ταχύτητας και μετά την επίδραση της δύναμης η τιμή της  ταχύτητας του μειώθηκε.

Όταν η δύναμη είναι μεταβλητή (δηλαδή αλλάζει το μέτρο της με την θέση x ή με τον χρόνο t), το έργο υπολογίζεται από το εμβαδό στο διάγραμμα δύναμης F – μετατόπισης Δx.

To έργο προϋποθέτει μετατόπιση του σώματος Δx, αν το σώμα είναι ακίνητο το έργο που απορροφά ή παράγει μια δύναμη είναι μηδέν. Στη καθημερινή ζωή αν κρατάμε ένα βαρύ αντικείμενο ψηλά από το έδαφος κουραζόμαστε, στη φυσική θεωρούμε ότι δεν παράγουμε έργο.

2 σκέψεις σχετικά με το “Έργο δύναμης

Σχολιάστε