Të gjithë e kuptojnë se puna është një lloj aktiviteti shoqëror i një personi që i nevojitet për të siguruar ekzistencën e tij. Sidoqoftë, në fizikë ekziston edhe një koncept i ngjashëm që ka një kuptim krejtësisht të ndryshëm. Çfarë është puna në fizikë, ky artikull do të përgjigjet.
Puna si sasi fizike
Duke iu përgjigjur pyetjes se çfarë është puna në fizikë, duhet sqaruar se kjo është energjia që shpenzohet për kryerjen e çdo veprimi. Për shembull, një person transferon një ngarkesë nga një vend në tjetrin, ndërsa ai punon kundër forcave të fërkimit. Nëse ky person fillon të ngrejë ngarkesën, atëherë puna e tij do të synojë të kapërcejë forcën gravitacionale të planetit. Shembull tjetër: gazi nën piston, si pasojë e ngrohjes, fillon të rrisë volumin e tij, me ç'rast thuhet se bën ndonjë punë.
Në të gjitha rastet e mësipërme, ekziston një veçori e përbashkët: puna ndryshon nga zero vetëm kur ka një lloj lëvizjeje mekanike të objekteve ose pjesëve të tyre.(lëvizja e punëtorit me ngarkesë, zgjerimi i gazit).
Kështu, puna është procesi i transferimit të energjisë nga një gjendje në tjetrën për një trup të caktuar, si rezultat i së cilës ky trup ndryshon pozicionin në hapësirë.
Formula e punës
Tani le të tregojmë se si të llogarisim në mënyrë sasiore vlerën në studim. Transferimi i energjisë ndërmjet gjendjeve të ndryshme është i mundur vetëm nëse ekziston ndonjë forcë. Kjo mund të jetë përpjekja fizike e duarve dhe këmbëve të njeriut, forca e makinerive, presioni i krijuar, i cili shndërrohet lehtësisht në forcë, në rast të djegies së karburantit në një cilindër, forca e induksionit elektromagnetik të një motori elektrik, dhe kështu me radhë.
Formula e mëposhtme do t'i përgjigjet pyetjes se si të gjeni një punë në fizikë:
A=(F¯l¯)
Puna A është një madhësi skalare, ndërsa forca F¯ dhe zhvendosja l¯ janë madhësi vektoriale. Kjo është arsyeja pse formula për llogaritjen e A përdor kllapa për të treguar se po flasim për produktin skalar të vektorëve. Në formë skalare, shprehja e mësipërme mund të rishkruhet si më poshtë:
A=Flcos(φ)
Këtu φ është këndi ndërmjet vektorëve të forcës F¯ dhe zhvendosjes l¯.
Meqenëse zhvendosja matet në metra dhe forca është në Njuton, njësia e punës është Njuton për metër (Nm). Njësia SI ka emrin e vet, xhaul (J). Rezulton se puna prej 1 J korrespondon me një forcë prej 1 N, e cila, duke vepruar përgjatë drejtimit të zhvendosjes, e lëvizi trupin nga1 metër.
Punë me gaz
Ne analizuam pyetjen se çfarë është puna mekanike në fizikë dhe dhamë një formulë me të cilën mund të llogaritet. Megjithatë, në rastin e gazeve në zgjerim, përdoret një shprehje tjetër.
Supozojmë se kemi një sistem gazi që mbush vëllimin V1 dhe është nën presion P. Lëreni vëllimin e tij të ndryshojë si rezultat i ndonjë ndikimi të jashtëm ose të brendshëm në sistem dhe u bë e barabartë me V2. Atëherë puna e gazit A mund të përcaktohet me formulën e mëposhtme:
A=∫V(P(V)dV)
Nëse vizatoni funksionin P(V) në boshtet P-V, atëherë sipërfaqja nën kurbë do të jetë numerikisht e barabartë me A.
Në rastin e një procesi izobarik (P=konst) për një gaz ideal, përgjigja në pyetjen se si të gjesh punë në fizikë do të jetë shprehja e thjeshtë e mëposhtme:
A=P(V2-V1)
Nëse si rezultat i një procesi termodinamik vëllimi i gazit nuk ndryshon, atëherë puna e tij do të jetë e barabartë me zero. Nëse V2>V1, atëherë gazi bën punë pozitive nëse V1>V 2, pastaj negative.
Puna e momentit të forcës
Momenti i forcës është një sasi fizike, e cila shprehet me formulën e mëposhtme:
M=[F¯r¯]
Dmth, M është i barabartë me produktin vektorial të forcës F dhe vektorit të rrezes r rreth boshtit të rrotullimit. Momenti i forcës shprehet në Nm.
Cila është puna e një momenti force në fizikë? Për këtë pyetjeformula e mëposhtme do të përgjigjet:
A=Mθ
Kjo barazi do të thotë që nëse momenti M, duke vepruar në sistem, bën që ai të rrotullohet rreth boshtit me një kënd θ, atëherë ai funksionon A. Këndi θ këtu duhet të shprehet në radianë për të marrë punën në xhaul.
Llogaritja e punës së momentit të forcës luan një rol të rëndësishëm në të gjitha sistemet mekanike ku ka rrotullim, si rrotat, ingranazhet, boshtet e kështu me radhë.
Puna e gravitetit
Duke kuptuar se çfarë është puna në fizikë, le të llogarisim këtë vlerë për forcat e gravitetit. Supozoni se një trup me masë m bie nga lartësia h. Meqenëse graviteti F vepron vertikalisht poshtë, ai bën punë pozitive. Përcaktohet nga formula e mëposhtme:
A=mgh, ku F=mg
Shumë në formulën e fituar për vlerën e A mund të shohin shprehjen për energjinë potenciale të një trupi në fushën e forcave gravitacionale. Gjatë rënies së trupit, graviteti bën punën e transferimit të energjisë potenciale të trupit në energjinë kinetike të lëvizjes së tij.
