În fizică se spune că o forță produce lucru mecanic dacă, atunci când acționează, există o deplasare a punctului de aplicare în direcția forței. De exemplu, atunci când o minge este ținută deasupra solului și apoi abandonată, lucrul mecanic efectuat asupra mingii în timp ce cade, este egală cu greutatea mingii (o forță) înmulțită cu distanța până la sol (o deplasare).
Lucrul mecanic transferă energia de la un loc la altul sau dintr-o formă în alta.
Termenul de lucru mecanic a fost introdus în 1826 de către matematicianul francez Gaspard-Gustave Coriolis ca „greutate ridicată pe o înălțime”, care se bazează pe folosirea motoarelor cu aburi timpurii pentru a ridica găleți de apă din minele de minereu inundate.
Unitatea de lucru mecanic în SI este joule (J), care este definit ca fiind lucrul mecanic exercitat de o forță de un newton printr-o deplasare de un metru.
Echivalentul dimensional newton-metru (N·m) este uneori folosit ca unitate de măsurare pentru lucru mecanic, dar poate fi confundat cu unitatea newton-meter care este unitatea de măsurare a cuplului. Utilizarea lui N·m este descurajată de autoritatea SI, deoarece poate duce la confuzie cu privire la faptul dacă cantitatea exprimată este o măsurare a cuplului sau o măsură a lucrului mecanic.
Calculul lucrului mecanic
Lucrul mecanic L realizat de o forță constantă de magnitudine F pe un punct care deplasează pe o distanță s în linie dreaptă în direcția forței este produsul
L = F s
Lucrul mecanic produs de o forță variabilă: Calculullucrului mecanicmuncii ca „segment de cale dreaptă” se va aplica numai în cele mai simple circumstanțe. Dacă forța se schimbă sau dacă corpul se mișcă de-a lungul unei căi curbe, eventual rotindu-se și nu este neapărat rigid, atunci doar calea punctului de aplicare a forței este relevantă pentru lucrul mecanic produs și numai componenta forței paralelă cu viteza punctului de aplicare produce lucru mecanic (lucrul mecanic este pozitiv atunci când este în aceeași direcție, și negativ atunci când este în direcția opusă vitezei). Această componentă a forței poate fi descrisă de către cantitatea scalară numită componentă tangențială scalară).
Cuplul și rotația: Un cuplu de forță rezultă din forțe egale și opuse, care acționează în două puncte diferite ale unui corp rigid. Suma (rezultanta) acestor forțe se poate anula, dar efectul lor asupra corpului este cuplul sau momentul forței. Numai componenta cuplului în direcția vectorului de viteză unghiulară contribuie la lucrul mecanic.
Gravitația: În absența altor forțe, gravitația are ca rezultat o accelerație constantă în jos a fiecărui obiect în mișcare liberă. Lângă suprafața Pământului accelerația datorată gravitației este g = 9,8 m·s-2 iar forța gravitațională pe un obiect de masă m este
Lg = mg
Este convenabil să ne imaginăm această forță gravitațională concentrată în centrul masei obiectului.
Arc: Luați în considerare un arc care exercită o forță orizontală F care este proporțională cu deformarea sa în direcția x, independent de modul în care se mișcă un corp. Lucrul mecanic din acest arc pe un corp care se deplasează de-a lungul spațiului,
L = -1/2·kx2
Gaz: În cazul în care P este o presiune, și ΔV este diferența de volum între momentele inițial și final al acțiunii forței, lucrul mecanic al forțelor care acționează pe un corp rigid în diferite puncte poate fi calculat:
L = P ΔV
Corp rigid: Lucrul mecanic al forțelor care acționează pe un corp rigid în diferite puncte poate fi calculat pornind de la forța și cuplul rezultat.
Lasă un răspuns