Fysikaliskt arbete

Från Wikipedia
(Omdirigerad från Mekaniskt arbete)
Hoppa till: navigering, sök

Detta arbete kan vara förknippat med olika fysikalisk fenomen.

Negativt arbete.

Inom klassisk mekanik är arbete den energimängd som omvandlas när en kropp (med massa) förflyttas under inverkan av en kraft och samma sak gäller inom elektrofysiken då en laddning förflyttas p.g.a inverkan av en kraft.

Mekaniskt arbete v.s elektriskt arbete.[redigera | redigera wikitext]

I grunden är arbete inom mekaniken och elektrofysiken samma sak, d.v.s en kraft som förflyttar ett objekt en sträcka, och om man tittar djupare på de olika begreppen finner vi följande likheter.

I elektrofysiken så har en elementarladdning, d.v.s. en proton eller elektron, massa liksom en kropp har i mekaniken. Krafter i mekaniken har sitt ursprung från de elektriska krafter som uppstår i kroppar eller mellan kroppar. De uppstår då elektronerna i atomernas skal påverkar varandra t.ex. genom frånstötande krafter som i fallet med normalkraften mellan två ytor eller som bindande krafter mellan atomerna och molekylerna i en kropp.

Ett speciellt omnämnande förtjänar de krafter inom mekaniken som i enligt Newtons gravitationslagar är orsakade av gravitationsfältet och då alltså ej har sitt ursprung i elektriska krafter. Man kan då tycka att det finns en skillnad mellan mekaniskt arbete och elektrofysikaliskt arbete men idag vet vi att gravitationskraften inte är en kraft i egentlig mening utan effekt som orsakas av den böjda rumtiden kring en massa i enlighet med Einisteins allmänna relativitetsteori. I de flesta fall får vi tillräckligt exakta beräkningar med Newtons beskrivning av naturen och då fungerar det bra att betrakta gravitationen som en kraft och därmed kunna beräkna även gravitationsarbetet med hjälp av denna definition av arbete.

Definition av arbete[redigera | redigera wikitext]

Arbetet är dW = F·ds, där F är kraften som är har samma riktning som rörelsen och som verkar på kroppen under sträckan ds. Arbetet W som omvandlas när en kropp förflyttas över sträckan s kan uttryckas som

W = \oint_0^d \mathbf{F} \cdot \mbox{d} \mathbf{s}.

Teckenkonventionen är att potentiell energi förbrukas om W > 0 och tilltar om W < 0.

Eftersom energi är oförstörbar så innebär ett negativt arbete att energin tillförs objektet. Positivt arbete innebär att energi avgår från objektet. Tecknet beskriver alltså om energi tillförs eller avgår från objektet.

Om rörelsen exempelvis kommer från en konstant kraft förenklas ovanstående integral till

W = F · s.

Om kraften bildar en vinkel α längs rörelseplanet, ges arbetet alltså av

W = |F| · |s| · cos(α).
Detta innebär att man endast använder den komposant av kraften som har samma riktning som rörelsen i beräkningen av arbete.

Att det är en linjeintegral innebär att om man slutar i samma

punkt som man börjar blir ds = 0 och således har inget mekaniskt arbete utförts. Rent fysikaliskt innebär det att man inte har någon förändring i potentiell energi och därmed inte heller i kinetisk energi.

Kraften kallas då för konservativ och exempel på konservativa krafter är gravitation och coulombkraft. Så om man t ex börjar på en plats, går 20 km norrut och sedan går tillbaka har inget mekaniskt arbete uträttats. Däremot har man använt sig av andra energiomvandlingar (kemisk energi, friktion etc.).

I modern fysik, är termen energi allmänt avsedd för att uttrycka all sorts energi, inklusive mekaniskt arbete.

Den härledda SI-enheten för arbete är joule (J) = N·m = W·s = kg·m²/s². Andra enheter är bland andra kilowattimme (kW·h), kalori och elektronvolt.