Muncă - Hypertextbook de fizică
Discuţie
ce este munca?
Publicul țintă al acestei cărți este persoanele cu o anumită educație. Aceasta nu este menită să fie o carte pentru copii; iar prin copii, nu mă refer la opusul adulților. Consider că adolescenții (sau adolescenții, dacă preferați) sunt proto-adulți. Dacă acest lucru vă descrie, atunci ați avut o educație științifică formală (bună, rea sau urâtă). Undeva de-a lungul liniei, ar fi trebuit să fiți introdus în conceptul de energie. Dacă nu ați făcut-o, atunci nu mai citiți acest lucru și mergeți la educație (sau cel puțin o experiență de viață).
Cei dintre voi cu un pic de educație formală au primit probabil o lecție despre energie la un moment dat în viața voastră. Dacă da, atunci sunt destul de mari șansele ca vi s-a dat o definiție a energiei ca „abilitatea de a lucra”. Dacă ai fost un elev bun sau ai vrut doar să-i faci pe plac profesorului tău, probabil ai auzit asta și ți-ai spus: „OK, energia este abilitatea de a face treabă”. Dacă ați fost un elev cu adevărat bun, cu dorința de a învăța sau un student cu adevărat rău, cu dorința de a evidenția deficiențele intelectuale ale profesorului, ar fi trebuit să puneți următoarea întrebare logică. Ce este munca?
Sperăm că ți s-a dat răspunsul corect, dar sunt șanse să fii ridicat din umeri. Nu pentru că răspunsul corect este atât de dificil de cunoscut, ci mai degrabă pentru că răspunsul corect este atât de dificil de explicat, sau cel puțin dificil de explicat într-un mod care poate fi înțeles rapid. Cred că acest lucru se datorează în principal faptului că cuvântul muncă are două semnificații: cel obișnuit al vieții de zi cu zi și cel tehnic al fizicii.
Din punct de vedere tehnic, este produsul de forță-deplasare (pentru cei dintre voi care preferă algebra)
W = Fв € † pentru că Oh
sau calea integrală a forței de deplasare (pentru cei dintre voi care preferă calculul).
| W = | ⌠ ⌡ | F · d |
Înțeleg că pentru mulți dintre voi aceasta este o definiție fără sens. Atât de multe cuvinte și atât de puțin spus, nu? De fapt, dimpotrivă. Această definiție este atât de compactă încât este ca poezia. Spune cât poate în cât mai puține cuvinte. Este atât de compact încât explicarea acestuia în limbaj obișnuit face ca jumătate de duzină de cuvinte din definiția tehnică să se extindă la aproape o sută de cuvinte ale așa-numitului „limbaj natural”. Permiteți-mi să vă explic ce este munca, deși o serie de imagini mentale. Ori de câte ori este prezentat un exemplu, amintiți-vă că se lucrează ori de câte ori o forță provoacă o deplasare.
Imaginați-vă că un profesor de fizică stă nemișcat în fața unei clase de elevi. Deoarece nu exercită nicio forță care să-i deplaseze ceva în afara corpului său, nu face nicio treabă. Evident. Dar a face acest lucru pentru orice perioadă de timp îl va scăpa cu siguranță de energie la fel ca și cum ar fi împins hârtii peste birou toată ziua (un exemplu în care o forță are ca rezultat o deplasare). Cu siguranță, l-ai putea convinge acum că definiția sa despre muncă trebuie să fie greșită. Poate că un profesor mai mic ar cădea sub presiune, dar nu un profesor de fizică.
Cu siguranță, un profesor de fizică sau orice altă persoană în picioare lucrează, dar munca efectuată nu este ușor vizibilă. În interiorul corpului, inima pompează sânge, sistemul digestiv se măcină la micul dejun, receptorii conduc molecule prin membranele celulare. Lucrăm chiar și în timp ce dormim. Forțele care provoacă deplasări se petrec peste tot sub pielea noastră. Corpul uman este un loc aglomerat.
Dacă un sistem în ansamblu exercită o forță asupra împrejurimilor sale și are loc o deplasare, munca efectuată este numită. Un profesor de fizică care împinge hârtiile peste birou face o muncă externă. Un profesor de fizică care stă nemișcat nu face nicio muncă externă semnificativă.
Dacă o parte a unui sistem exercită o forță asupra unei alte părți a aceluiași sistem și are loc o deplasare, munca efectuată este numită. Un profesor de fizică care gândește profund sau stă în comă face o muncă internă. (Credit suplimentar dacă puteți face diferența dintre cele două.) Un profesor de fizică care face orice - sau nimic în acest sens - face o muncă internă. Un profesor de fizică care este mort nu face nicio lucrare, internă sau externă. În mecanică, când spunem că s-a făcut muncă, ne referim adesea la munca externă.
Acum, după ce am decis că un profesor care stă în picioare nu face nicio treabă, să ne imaginăm un profesor care se mișcă și să întrebăm dacă s-a lucrat. Hmm, bine, oricând brațele și picioarele se mișcă, situația este moderat de complexă. Acest lucru face dificilă identificarea a ceea ce este vorba despre mișcarea care implică muncă și ce nu. Trebuie să simplificăm lucrurile un pic mai mult. Dă-i profesorului o carte (ca un manual de fizică) și roagă-l să mute cartea în câteva moduri simple. Întrebarea de acum este: „Profesorul a făcut vreo lucrare la carte?” Acest lucru este mult mai restrâns decât a întreba dacă profesorul a făcut vreo treabă, ceea ce înseamnă că este mai ușor de răspuns și mai potrivit pentru introducerea conceptului.
Pentru un profesor care deține o carte sau orice alt sistem în acest sens, se lucrează ori de câte ori o forță duce la o deplasare. Luați în considerare următoarele șase exemple prezentate câte trei.
Primul exemplu are un sens evident. Ținând o carte fără a o mișca, rezultă cu siguranță că nu se lucrează la carte. Înlocuiți profesorul cu o masă sau cu podeaua. O carte zace pe podea. Ce muncă face podeaua? Nimic nu merge nicăieri. Nimic nu se intampla. Nu se face nimic - nici măcar nu funcționează.
Al doilea și al treilea exemplu au, de asemenea, sens. Profesorul împinge cartea și aceasta se mișcă. O forță a dus la o deplasare. S-a lucrat. Acest lucru este de acord cu noțiunea noastră zilnică de muncă. Totul este în regulă cu lumea.
Să ne uităm la alte trei exemple.
Primul din acest set este deranjant. Este contraintuitiv. Practic, se spune că nu se lucrează la transportarea unei cărți pe un teren plan. Este atât de evident prost că trebuie să fie greșit - nu? Gresit! Este corect. (Trebuie să citiți acest ultim bit ca un dialog intern pentru ca acesta să aibă sens.) Se lucrează la un obiect ori de câte ori o forță provoacă o deplasare. În acest exemplu, forța aplicată este verticală, dar deplasarea este orizontală. Cum afectează o forță verticală mișcarea orizontală? Răspuns scurt: „Nu este așa”.
Forțele verticale afectează mișcarea verticală. Forțele orizontale afectează mișcarea orizontală. Când mișcarea și forța sunt paralele, viața este simplă. Când mișcarea și forța nu sunt paralele, viața nu este simplă. Îngerii pleacă și demonii preiau controlul. Și prin demoni înțeleg vectorii - în special, componentele vectoriale. Munca se face ori de câte ori o forță sau o componentă a unei forțe duce la o deplasare. Nicio componentă a forței nu acționează în direcția mișcării atunci când cartea este deplasată orizontal cu o viteză constantă. Forța și deplasarea sunt independente. Nu se lucrează de mână pe carte.
Aruncați o privire la ultimele două exemple din acest set de șase. Aici vedem că se lucrează negativ. Având în vedere ceea ce am spus despre componente, acest lucru poate avea sau nu un sens pentru dvs. Încă o dată, când forța și deplasarea sunt paralele, viața este simplă.