• Τι είναι η μηχανική εργασία;
• Χαρακτηριστικά μηχανικής εργασίας
• Τύπος μηχανικής εργασίας
• Είδη μηχανικής εργασίας
• Παραδείγματα μηχανικής εργασίας

Εξηγούμε τι είναι το μηχανικό έργο στη φυσική, τα χαρακτηριστικά του και τον τύπο για τον υπολογισμό του. Επίσης, ποιοι τύποι υπάρχουν και παραδείγματα.

Μηχανικό έργο είναι η ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται σε ένα σώμα από μια δύναμη.

Τι είναι η μηχανική εργασία;

Σε φυσικός, και πιο συγκεκριμένα στο κλαδί απο Μηχανική, εννοείται ως μηχανική εργασία (ή απλά δούλεψε) στη δράση του α δύναμη σε ένα σώμα σε ηρεμία κίνηση, έτσι ώστε να παραχθεί α μετατόπιση στο σώμα ανάλογο με το Ενέργεια επένδυσε στη δύναμη που το κινεί. Με άλλα λόγια, μηχανικό έργο είναι η ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται σε ένα σώμα από μια δύναμη που ασκεί πάνω του.

Η μηχανική εργασία είναι μέγεθος βαθμωτό, το οποίο συνήθως μετριέται στο Διεθνές σύστημα (SI) μέσω joules ή joules (J) και αντιπροσωπεύεται από το γράμμα W (από τα αγγλικά δουλειά, "Δούλεψε"). Επιπλέον, συχνά μιλάμε για θετική ή αρνητική εργασία ανάλογα με το αν η δύναμη μεταφέρει ενέργεια στο αντικείμενο (θετικό έργο) ή την αφαιρεί (αρνητικό έργο). Έτσι, για παράδειγμα, όποιος πετάει μια μπάλα κάνει θετική δουλειά, ενώ όποιος την πιάνει κάνει δουλειά αρνητική.

Χαρακτηριστικά μηχανικής εργασίας

Η μηχανική εργασία χαρακτηρίζεται από:

• Είναι ένα βαθμωτό μέγεθος, το οποίο μετριέται μέσω joules (δηλαδή, χιλιόγραμμα ανά τετραγωνικό μέτρο διαιρούμενο με ένα δευτερόλεπτο στο τετράγωνο) και αντιπροσωπεύεται από το γράμμα W.
• Εξαρτάται άμεσα από τη δύναμη που το προκαλεί, έτσι ώστε για να υπάρχει μηχανική εργασία σε ένα σώμα, πρέπει να ασκείται μηχανική δύναμη σε αυτό κατά μήκος μιας καθορισμένης διαδρομής.
• Στην τρέχουσα γλώσσα, ο όρος «εργασία» χρησιμοποιείται για να ορίσει εκείνη τη μηχανική δραστηριότητα της οποίας η απόδοση καταναλώνει μια ποσότητα ενέργειας.
• Η μεταφορά του θερμότητα (θερμιδική ενέργεια) δεν θεωρείται μορφή εργασίας, παρόλο που συνίσταται σε μεταφορά ενέργειας.

Τύπος μηχανικής εργασίας

Ο απλούστερος τύπος για τον υπολογισμό του έργου ενός σώματος που κινείται με δύναμη είναι συνήθως ο ακόλουθος:

W = F x d

όπου W είναι το έργο που εκτελείται, F είναι η δύναμη που ασκεί το σώμα και D είναι η απόσταση μετατόπισης που υφίσταται το σώμα.

Ωστόσο, η δύναμη και η απόσταση θεωρούνται συνήθως διανυσματικά μεγέθη, τα οποία απαιτούν έναν συγκεκριμένο προσανατολισμό στο χώρο. Έτσι, ο παραπάνω τύπος μπορεί να αναδιατυπωθεί ώστε να περιλαμβάνει τέτοιο προσανατολισμό, ως εξής:

W = F x d x cos𝛂

όπου το συνημίτονο του άλφα (cos𝛂) καθορίζει τη γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης στην οποία εφαρμόζεται η δύναμη και της κατεύθυνσης στην οποία κινείται το αντικείμενο ως αποτέλεσμα.

Είδη μηχανικής εργασίας

Το αρνητικό έργο συμβαίνει όταν η ασκούμενη δύναμη αντιστέκεται στην κίνηση που έφερε το αντικείμενο.

Η μηχανική εργασία μπορεί να είναι τριών ειδών, ανάλογα με το αν προσθέτει, αφαιρεί ή διατηρεί το επίπεδο ενέργειας στο κινούμενο σώμα. Έτσι, μπορούμε να μιλήσουμε για:

• Θετική εργασία (W > 0). Εμφανίζεται όταν η δύναμη συνεισφέρει ενέργεια στο εν λόγω αντικείμενο, παράγοντας μια μετατόπιση προς την ίδια κατεύθυνση στην οποία εφαρμόστηκε η δύναμη. Ένα παράδειγμα αυτού θα ήταν ένας παίκτης γκολφ που χτυπά μια μπάλα με το ρόπαλο και την κάνει να πετάξει αρκετά μέτρα, ή ένας παίκτης του μπέιζμπολ που χτυπά μια μπάλα σε κίνηση, τροποποιώντας την τροχιά που είχε.
• Μηδενική εργασία (W = 0). Εμφανίζεται όταν η ασκούμενη δύναμη δεν παράγει μετατόπιση στο αντικείμενο, παρόλο που καταναλώνει ενέργεια στη διαδικασία. Ένα παράδειγμα αυτού θα ήταν ένα άτομο που σπρώχνει ένα πολύ βαρύ έπιπλο χωρίς να το κάνει να μετακινηθεί ούτε μια ίντσα.
• Αρνητικό έργο (W < 0).Συμβαίνει όταν η εφαρμοζόμενη δύναμη αφαιρεί ενέργεια από το εν λόγω αντικείμενο, αντιστέκεται στην κίνηση που έχει ήδη φέρει το αντικείμενο ή μειώνοντας τη μετατόπισή του. Ένα παράδειγμα αυτού θα ήταν ένας παίκτης του μπέιζμπολ που πιάνει τη μπάλα που πέταξε ένας άλλος, εμποδίζοντάς τον να συνεχίσει την τροχιά του. ή ένα άτομο που στέκεται μπροστά σε ένα αντικείμενο που πέφτει σε λόφο και, αν και δεν μπορεί να το σταματήσει εντελώς, καταφέρνει να επιβραδύνει την πτώση του.

Παραδείγματα μηχανικής εργασίας

Μερικά παραδείγματα μηχανικής εργασίας είναι:

• Σε έναν αγώνα ποδοσφαίρου, ο διαιτητής εκτελεί πέναλτι και ο Λιονέλ Μέσι κλωτσάει τη μπάλα προς το τέρμα, με δύναμη 500 Ν, κάνοντας την να κινηθεί περίπου 15 μέτρα χωρίς να αγγίξει το έδαφος. Πόση δουλειά κάνατε για να πετύχετε αυτό το γκολ;

Απάντηση: εφαρμόζοντας τον τύπο W = F x d, έχουμε ότι ο Μέσι έκανε ένα έργο 500N x 15m, δηλαδή ένα έργο ισοδύναμο με 7500 J.

• Ένα τρένο κατευθύνεται νότια με πλήρη ταχύτητα, κατευθυνόμενο προς ένα αυτοκίνητο που έχει κολλήσει στις γραμμές. Ένας υπερήρωας, συνειδητοποιώντας τον κίνδυνο, αποφασίζει να σταθεί μπροστά στην ατμομηχανή και να σταματήσει την πρόοδό της. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το τρένο φέρνει μαζί του μια δύναμη 20.000 N, ότι ο υπερήρωας είναι άτρωτος και ότι η ατμομηχανή απέχει 700 μέτρα από το παγιδευμένο αυτοκίνητο, πόση δουλειά πρέπει να κάνει ο υπερήρωας για να το σταματήσει;

Απάντηση: Επειδή το φρενάρισμα της ατμομηχανής απαιτεί τουλάχιστον 20.000 N προς την αντίθετη κατεύθυνση και ο υπερήρωας θα ήθελε να αφήσει ένα περιθώριο τουλάχιστον 2 μέτρων μεταξύ της ατμομηχανής και του παγιδευμένου αυτοκινήτου, γνωρίζουμε ότι πρέπει να κάνει εργασία ίση με 20.000 N x 698 m, δηλαδή αρνητικό έργο 13.960.000 J.