Arbejde (fysik) | I fysik er arbejde det, som kraft gør

I fysik er arbejde det, som kraft gør.

Når en kraft påføres en genstand i et bestemt tidsrum, defineres det arbejde, som kraften udfører, som størrelsen af kraften (dens styrke) gange genstandens forskydning fra dens udgangsposition til dens aktuelle position (korteste afstand mellem punkt A og B) gange cosinus af vinklen mellem kraftens retning og den faktiske retning af genstandens forskydning. Dette kan repræsenteres ved:

W = F s cos θ {\displaystyle W=Fs\cos \theta }

 I denne formel er arbejdet W, kraftens størrelse F, forskydningen s, og vinklens cosinus cos θ.

I de fleste tilfælde er den sidste faktor (cosinus af vinklen) lig med 1, fordi kraftens retning normalt er den samme som forskydningens retning. Men under omstændigheder som f.eks. at skubbe en tung kasse i en vinkel, der ikke er parallel med jorden (lad os sige, at den skubbes 20° mod jorden), er kraftens retning ikke den samme som forskydningens retning. I dette eksempel udfører kraften på grund af den anvendte krafts vinkel mindre arbejde, fordi den ikke er lige så effektiv som at skubbe kassen i en vinkel parallelt med jorden.

Jo mere forskydningsretningen bliver vinkelret (90°) på kraftretningen, jo mere nærmer arbejdet sig nul. Hvis vinklen er større end 90°, tyder det på, at objektet samlet set bevæger sig i en retning bagud i forhold til det, som kraften har til hensigt at gøre; kraften har et negativt arbejde.

Et nyttigt eksempel er et scenarie med en gruppe mennesker, der spiller tovtrækkeri. Det hold, der langsomt bliver trukket ind mod midten, udøver en kraft væk fra midten, men på trods af deres kræfters bedste indsats er der tale om negativt arbejde, fordi deres forskydning går i den modsatte retning.

Hvis man holder en tung bog mod dens vægt, opstår der en kraft, men hvis genstanden er stationær i luften, udføres der intet arbejde. Hvis genstanden langsomt bevæger sig opad, er arbejdet positivt, men hvis den i stedet langsomt falder nedad på trods af den kraft, som kraften udøver på den, har kraften et negativt arbejde.

Vi kan også se på dette ud fra den kraft, der forsøger at flytte bogen nedad, nemlig dens vægt. Det arbejde, som vægten udfører på en bog, der løftes, er negativt. Det skyldes, at vægten nedadrettet er i modsat retning af den opadrettede forskydning.

Arbejdet anses for at være udført, når det er positivt.

Det er kraften, der udfører arbejdet, ikke den agent, der har skabt kraften. Bevægelse er en forudsætning for arbejde.

Ligesom energi er det en skalarisk størrelse, og dens SI-enhed er joule. Varmeledning anses ikke for at være en form for arbejde, da der ikke er nogen makroskopisk målbar kraft, men kun mikroskopiske kræfter, der opstår ved atomar kollision. Begrebet arbejde blev skabt i 1830'erne af den franske matematiker Gaspard-Gustave Coriolis.

Hvis en ydre kraft virker på en stiv genstand og får dens kinetiske energi til at ændre sig fra E_k1 til E_k2 , så er det mekaniske arbejde (W) ifølge arbejdsenergiteoremet givet ved:

W = Δ E k = E k 2 - E k 1 = m v 2 2 2 2 - m v 1 2 2 2 {\displaystyle W=\Delta E_{k}=E_{k_{2}}}-E_{k_{1}}}={\frac {mv_{2}^{2}}}{2}}-{\frac {mv_{1}^{2}}}{2}}}}

hvor m er objektets masse og v er objektets hastighed.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er arbejde i fysik?

Spørgsmål: Hvordan repræsenteres arbejde matematisk?

Spørgsmål: Hvad sker der, hvis der er en vinkel mellem kraft- og forskydningsretningen?

Spørgsmål: Bliver varmeledning betragtet som en form for arbejde?

Spørgsmål: Hvem har skabt begrebet "arbejde"?

Spørgsmål: Hvad siger arbejdsenergiteoremet?

Søg efter bogstav