עבודה
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| work/wɜːk/ | עבודה |
| joule/dʒuːl/ | ג'ואל |
זיעה כדי לשאת קופסה — ועדיין לא העברת לה אנרגיה?
- החזיקו קופסה כבדה והליכו על רצפה שטוחה. מעייף, בהחלט — אך בפזיקה אינכם מבצעים עבודה על הקופסה.
- עבודה דורשת כוח וגם תנועה בכיוון הכוח.
- ההחזקה האנכית שלכם מאונכת לכיוון ההליכה האופקי שלכם, ולכן אינה מעבירה אנרגיה לקופסה.
- הבנת הדבר הזו היא המפתח לכל סיפור האנרגיה.
הגדרת עבודה
- עבודה היא מכפלת הכוח במרחק שעבר לאורך הכוח: $W = F d \cos\theta$.
- $\theta$ הוא הזווית בין הכוח לבין ההזזה.
- זהו גודל סקלרי, שנמדד בג'אולים ($1\ \text{J} = 1\ \text{N}\cdot\text{m}$).
- עבודה היא הדרך שבה אנרגיה מועברת אל או מתוך חפץ.
חוט מושך גלגלי $5\ \text{m}$ בכוח של $20\ \text{N}$ למרחק של $60^\circ$ בزاوية $\cos 60^\circ = 0.5$. כמה עבודה נעשית, בג'ול?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$W = Fd\cos\theta = 20 \times 5 \times 0.5 = 50\ \text{J}$.
עבודה נמדדת ביחידת ____ (אותה יחידה כמו אנרגיה).
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$1\ \text{J} = 1\ \text{N·m}$ — ע ואנרגיה משתפים את הג'ול.
רק החלק המקביל נחשב
- פצל את הכוח לחלק לאורך התנועה ולחלק מאונך אליה.
- רק החלק בכיוון התנועה, $F\cos\theta$, מבצע עבודה.
- כוח ב$90^\circ$ לתנועה ($\cos 90^\circ = 0$) אינו מבצע אף עבודה.
- לכן נשיאת קופסה באופן אופקי, או מסלול מעגלי של לוויין, אינם דורשים עבודה.
עבודה במדרון
שנו את שיפוע המדרון והמסה כדי לראות כמה עבודה יש לבצע כדי להזיז את הבלוק לאורכו.
כוח פועל בזווית $90^\circ$ לכיוון תנועתו של גוף. כמה עבודה הוא מבצע?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\cos 90^\circ = 0$, ולכן $W = Fd\cos 90^\circ = 0$. כוח מאונך אינו מבצע עבודה.
עבודה חיובית, שלילית ואפס
- עבודה חיובית: לכוח יש רכיב לאורך התנועה (דחיפה שמאיצה אותך).
- עבודה שלילית: הכוח מתנגד לתנועה (חכוך, או תפיסת כדור שנופל).
- עבודה אפס: הכוח מאונך, או שאין כלל תנועה.
- עבודה שלילית מורידה אנרגיה; עבודה חיובית מוסיפה אותה.
באיזה מצב נעשית עבודה שלילית על קופסה הנעה?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
חיכוך מצביע נגד התנועה ($\theta = 180^\circ$, $\cos = -1$), ולכן הוא מבצע עבודה שלילית - מקבל אנרגיה.
בחר בכל המקרים בהם כוח מבצע אפס עבודה על גוף.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
עבודה אפסית נדרשת כאשר $\cos\theta = 0$ (ניצב) או $d = 0$ (אין תנועה). כוח הפועל לאורך התנועה מבצע עבודה חיובית.
אין תנועה פירושה אין עבודה, בין אם אתה מאמץ עצמך מאוד. דחיפה על קיר בלתי זז אינה מבצעת עבודה בפיקסיקה. וכמו כן, כוח המאונך לתנועה — כמו מתח בחוט מסתובב — גם הוא אינו מבצע אף עבודה.
דחיפה חזקה על קיר שאינו זז אינה מבצעת הרבה עבודה במובן הפיזיקלי.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
אין תזוזה, כלומר $W = 0$, ללא קשר לכמה שאתה דוחף.
חבל גורר סלניג $5\ \text{m}$ עם כוח של $20\ \text{N}$ בزاوية $60^\circ$ מעל הקרקע ($\cos 60^\circ = 0.5$).
- $W = Fd\cos\theta = 20 \times 5 \times 0.5 = 50\ \text{J}$.
רק החלק האופקי של הגרירה, $20\cos 60^\circ = 10\ \text{N}$, מבצע עבודה לאורך ה$5\ \text{m}$.
עבודה ממירה אנרגיה: $W = Fd\cos\theta$ (גודל סקלרי, בג'ואול). רק רכיב הכוח בכיוון התנועה מבצע עבודה, ולכן כוח מאונך אינו מבצע אף עבודה. עבודה היא חיובית כאשר היא מוסיפה אנרגיה, ושלילית כאשר היא מורידה אותה.