As jy 'n boek op 'n tafel stoot totdat dit beweeg, verrig jy arbeid op die boek. Wanneer 'n voorwerp na die oppervlak van die aarde val omdat dit deur 'n krag getrek word swaartekrag Die aarde se swaartekrag oefen werk op die voorwerp uit. Omgekeerd, as jy 'n voorwerp met al jou krag stoot totdat jy deurdrenk is van sweet, maar die voorwerp beweeg nie, het jy geen werk daaraan gedoen nie. In die alledaagse lewe word gesê dat jy werk gedoen het of hard gewerk het om 'n voorwerp te stoot, maar volgens fisika het jy geen werk aan die voorwerp gedoen nie, want die voorwerp het nie beweeg nie (dit het nie beweeg nie).
Poging kan gedoen word deur 'n konstante krag (die grootte en rigting van die krag bly altyd dieselfde) of 'n veranderlike krag (die grootte en rigting van die krag verander). 'n Voorbeeld van 'n krag met 'n konstante grootte en rigting is die gravitasiekrag wat op 'n voorwerp naby die Aarde se oppervlak inwerk. 'n Voorbeeld van 'n krag met 'n konstante grootte en rigting is die krag van 'n veer. As jy 'n veer rek, hoe meer jy dit rek, hoe harder trek jy dit, daarom is die grootte van die krag nie konstant soos die veer rek nie. Nog 'n voorbeeld is wanneer 'n vuurpyl die ruimte in beweeg, hoe verder dit van die Aarde se oppervlak is, hoe kleiner is die gravitasiekrag van die Aarde wat op die vuurpyl inwerk.
1.1 Arbeid verrig deur 'n konstante krag
Wiskundig is die arbeid wat deur 'n konstante krag op 'n voorwerp verrig word, die produk van verplasing 'n Voorwerp met 'n krag of kragkomponent wat in dieselfde rigting as die voorwerp se verplasing is.
Werk verrig deur die stootkrag (F):
W = (F)(s)(cos θ) = Fs (cos 0) = Fs (1) = Fs
Die werk verrig deur die komponent van krag F in die horisontale rigting (F cos θ):
W = (F cos θ)(s)(cos 0) = (F cos θ)(s)(1) = F s cos θ
Werk verrig deur kinetiese wrywingskrag (fk):
W = (fk cos θ)(s)(cos 180) = (fk )(s)(-1) = – fk s
Werk verrig deur normaalkrag (N):
W = (N)(s)(cos 90o) = (N)(s)(0) = 0
Arbeid verrig deur swaartekrag (w):
W = (w)(s)(cos 90o) = (w)(s)(0) = 0
Beskrywing: W = inspanning of arbeid (Joules), s = verplasing (meters), θ = hoek gevorm deur krag met verplasing
In die vorige voorbeeld, die werk wat gedoen is deur swaartekrag (w) het 'n waarde van nul omdat die rigting van die gravitasiekrag loodreg is (wat 'n 90°-hoek vorm)o) met die rigting van verplasing (bewegingsrigting) van die voorwerp. Daar moet kennis geneem word dat die arbeid wat deur die gewig verrig word, nie nul is as die rigting van die gravitasiekrag dieselfde as of teenoorgesteld is aan die rigting van verplasing nie.
Die arbeid wat deur die swaartekrag (w) op die vryvallende voorwerp in figuur a verrig word, is:
W = Fs (cos θ) = wh (cos 0) = wh (1) = wh = mgh
Die arbeid wat deur swaartekrag (w) op die voorwerp verrig word wat vertikaal opwaarts beweeg in figuur b, is:
W = Fs (cos θ) = wh (cos 180) = wh (-1) = -wh = -mgh
Beskrywing: w = gewig (Newton), h = hoogte (meter), m = massa (kg), g = versnelling as gevolg van swaartekrag (meter per sekonde kwadraat)
Gebaseer op die vorige verduideliking, kan die volgende punte afgelei word:
Eerstens, as die voorwerp nie verplasing ervaar nie, dan verrig die krag wat op die verplasing inwerk nie werk nie. As s = 0 dan is W = 0.
TweedensAs die krag 'n sekere hoek met die verplasing van die voorwerp vorm, dan verrig slegs die komponent van die krag in die rigting van die verplasing van die voorwerp werk op die voorwerp.
Derde, 'n krag loodreg op die verplasing van 'n voorwerp verrig geen arbeid op die voorwerp nie. As die krag loodreg op die verplasing is, is die hoek wat gevorm word 90°oKos 90o = 0.
VierdeInspanning kan positief of negatief wees. As die krag in dieselfde rigting as die voorwerp se verplasing is, is die hoek wat gevorm word 0o dan verrig die krag positiewe werk, omgekeerd as die krag in die teenoorgestelde rigting as die verplasing is, sodat die hoek wat gevorm word 180 iso dan verrig die krag negatiewe arbeid op die voorwerp.
Die werk wat deur 'n konstante krag op 'n voorwerp verrig word terwyl die voorwerp verplasing ervaar, is gelyk aan die gearseerde area in die grafiek van krag (F) en verplasing (s).
Die simbool vir werk is W (hoofletter) terwyl die simbool vir gewig w (kleinletter) is. Die internasionale stelseleenheid vir werk is die Newtonmeter (N m). Nog 'n naam vir die Newtonmeter is die Joule, afgekort J, vernoem ter ere van die 19de-eeuse Britse fisikus James Prescott Joule.
1.2. Arbeid verrig deur 'n nie-konstante krag
Een voorbeeld van 'n veranderlike krag is die veerkrag. Die grootte van die veerkrag verander altyd, dus kan die werk wat deur die veerkrag op 'n voorwerp verrig word, nie bereken word met behulp van die formule vir werk wat deur 'n konstante krag verrig word nie.
As die veer gerek word, hoe langer die veer, hoe groter is die krag wat benodig word. Net so, omgekeerd, hoe meer druk gedruk word, hoe korter die krag wanneer die veer gedruk of gerek word, hoe groter is die krag wat benodig word. Solank die veer gedruk of gerek word, verander die veerkrag van 0 (x = 0) na maksimum (F = kx), dus word die veerkrag bereken deur die gemiddelde te gebruik. Die gemiddelde veerkrag is:
F = ½ (0 + kx) = ½ kx
Die arbeid wat deur die veerkrag op 'n voorwerp verrig word, is:
W = F x = ½ kx2
Beskrywing: W = arbeid (eenhede Joule), x = toename in veerlengte (eenhede meter), F = veerkrag (eenhede Newton).
2. Resulterende arbeid of totale arbeid (arbeid verrig deur totale krag)
As daar slegs een krag op 'n voorwerp inwerk tydens sy verplasing, dan is die werk wat deur die totale krag verrig word gelyk aan die werk wat deur daardie krag verrig word. Byvoorbeeld, wanneer 'n voorwerp in vrye val is en lugweerstand geïgnoreer word, is die enigste krag wat op die voorwerp inwerk swaartekrag.
W= Wswaartekrag
As daar verskeie kragte op 'n voorwerp inwerk terwyl die voorwerp beweeg, dan is die werk verrig deur die totale krag gelyk aan die som van die werk verrig deur al die kragte wat op die voorwerp inwerk.
W = W1 + W.2 + W.3 + … + Wn
Die werk wat deur verskeie kragte verrig word wat op 'n voorwerp inwerk, kan ook bereken word deur eers die grootte van die totale krag te vind en dit dan te vermenigvuldig met die grootte van die verplasing.
W = (Resulterende krag)(verplasing) = (resulterende F)(s)
