Έργο (φυσική)

Το έργο είναι όρος της Φυσικής, που σε πολύ απλή απόδοση, εκφράζει την ποσότητα της ενέργειας που παράγεται ή καταναλώνεται από ένα σώμα κατά τη διάρκεια μιας μεταβολής στην κινητική του κατάσταση. Είναι το γινόμενο μιας δύναμης επί τη μετατόπιση του σημείου εφαρμογής της που έχουν κοινή διεύθυνση. Εναλλακτικά, μπορεί να ειπωθεί ότι είναι η ενέργεια που μια δύναμη μεταφέρει σε ένα κινούμενο σώμα. Συμβολίζεται με το αγγλικό γράμμα W και μετριέται σε Joule.

$W=\int _{C}{\vec {F}}\cdot d{\vec {s}}\,\!$

Ορισμός

Το έργο ως φυσικό μέγεθος εκφράζει την ενέργεια που μεταφέρεται από ένα σώμα σε ένα άλλο ή που μετατρέπεται από μια μορφή σε μια άλλη. Συμβολίζεται με το γράμμα W (από τον αντίστοιχο αγγλικό όρο Work). Μονάδα μέτρησης του έργου στο S.I. είναι το 1 Joule. (1 N·m)

Έργο δύναμης

Σταθερή δύναμη

Το έργο μιας σταθερής δύναμης F ορίζεται ως το γινόμενο της δύναμης F (σε Ν) επί τη μετατόπιση x (σε m).

$W_{F}=Fx$

Εάν η δύναμη F σχηματίζει γωνία θ με τη μετατόπιση, τότε το έργο ισούται με το έργο της συνιστώσας Fx της δύναμης F. Δηλαδή:

$W_{F}=W_{F_{x}}=Fx\cos {\theta }$

Η δύναμη w ισούται με την F_1 και η συνιστώσα δύναμη F_2 παράγει έργο. Η δύναμη F_2 ισούται με cos(θ)F, οπότε παράγει έργο ίσο με cos(θ)F*Δx. Η δύναμη F_1 δεν παράγει έργο γιατί το σώμα δεν κινείται σε αυτή τη διεύθυνση.

Μεταβαλλόμενη δύναμη

Ωστόσο, αν η δύναμη είναι μεταβαλλόμενη, τότε το έργο της υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τη συνάρτηση F(x) δύναμης-μετατόπισης και ολοκληρώνοντάς την πάνω στη μετατόπιση.

Έργο και κινητική ενέργεια

Θεώρημα μεταβολής κινητικής ενέργειας

Η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός σώματος (ΔΚ) ισούται με το αλγεβρικό άθροισμα των έργων όλων των δυνάμεων που δρουν πάνω του ή, ισοδύναμα, είναι ίση με το έργο της συνισταμένης δύναμης:

$\Delta K=\Sigma W_{F}=W_{F_{o\lambda }}$

Θερμοδυναμική

Στη θερμοδυναμική το έργο ορίζεται κάπως διαφορετικά από ό,τι στην κινηματική, και έχει να κάνει με μεταβολές όγκου του αερίου που μελετάμε.

Αντιστρεπτή μεταβολή

Το έργο ενός αερίου σε μια αντιστρεπτή μεταβολή είναι η ενέργεια που ανταλλάσσει το αέριο με το περιβάλλον λόγω της μεταβολής του όγκου του. Δίνεται από τον τύπο: δW=pdV, όπου p είναι η πίεση που ασκεί το αέριο και ΔV η μεταβολή του όγκου του. Από την παραπάνω σχέση είναι φανερό ότι το έργο είναι θετικό όταν το αέριο εκτονώνεται (αυξάνεται ο όγκος του) και αρνητικό όταν συμπιέζεται (μειώνεται ο όγκος του). Επίσης το έργο σε μια αντιστρεπτή μεταβολή είναι αριθμητικά ίσο με το εμβαδόν της επιφάνειας μεταξύ της γραφικής παράστασης της μεταβολής και του άξονα V, στο διάγραμμα P-V. Στην ισόχωρη αντιστρεπτή μεταβολή, όπου δεν έχουμε μεταβολή όγκου, το έργο είναι μηδέν.

Βιβλιογραφία

• Φυσική Γενικής Παιδείας, Α' Γενικού Λυκείου

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Λεξιλογικός ορισμός του έργο στο Βικιλεξικό
• Πολυμέσα σχετικά με το θέμα Work (physics) στο Wikimedia Commons