Ako gurate knjigu na stolu dok se ne pomakne, obavljate rad na knjizi. Kada objekt padne na površinu Zemlje jer ga vuče sila gravitacije , sila gravitacije vrši rad na objektu. Suprotno tome, ako gurate objekt svom snagom dok se ne okupate znojem, ali se objekt ne pomiče, niste izvršili rad na objektu. U svakodnevnom životu se kaže da ste obavili rad ili naporan rad gurajući objekt, ali prema fizici, niste izvršili rad na objektu jer objekt ne doživljava pomicanje (objekt ne mijenja mjesto).
Rad se može izvršiti konstantnom silom (veličina i smjer sile uvijek ostaju isti) ili promjenjivom silom (veličina i smjer sile se mijenjaju). Primjer sile s konstantnom veličinom i smjerom je gravitacijska sila koja djeluje na objekt blizu Zemljine površine. Primjer sile s promjenjivom veličinom i smjerom je sila opruge. Ako istežete oprugu, što je više istežete, to je jače povlačite, stoga veličina sile nije konstantna kako se opruga isteže. Drugi primjer je kada se raketa kreće u svemir, što je dalje od Zemljine površine, to je manja Zemljina gravitacijska sila koja djeluje na raketu.
1.1 Rad koji vrši konstantna sila
Matematički, rad koji konstantna sila izvrši na nekom objektu je proizvod pomjeranje objekt sa silom ili komponentom sile koja je u istom smjeru kao i pomjeranje objekta.
Rad koji vrši sila guranja (F):
W = (F)(s)(cos θ) = Fs (cos 0) = Fs (1) = Fs
Rad koji izvrši komponenta sile F u horizontalnom smjeru (F cos θ):
W = (F cos θ)(s)(cos 0) = (F cos θ)(s)(1) = F s cos θ
Rad koji izvrši kinetička sila trenja (fk):
W = (fk cos θ)(s)(cos 180) = (fk )(s)(-1) = – fk s
Rad koji izvrši normalna sila (N):
W = (N)(s)(cos 90o) = (N)(s)(0) = 0
Rad koji vrši gravitacija (w):
W = (w)(s)(cos 90o) = (w)(s)(0) = 0
Opis: W = napor ili rad (džuli), s = pomak (metri), θ = ugao koji formira sila sa pomakom
U prethodnom primjeru, rad koji je izvršio gravitacija (w) ima vrijednost nula jer je smjer gravitacijske sile okomit (formirajući ugao od 90°)o) sa smjerom pomjeranja (smjerom kretanja) objekta. Treba napomenuti da rad koji izvrši težina nije nula ako je smjer gravitacijske sile isti ili suprotan smjeru pomjeranja.
Rad koji vrši sila gravitacije (w) na slobodno padajućem objektu na slici a je:
W = F s (cos θ) = wh (cos 0) = wh (1) = wh = mgh
Rad koji vrši sila gravitacije (w) na objektu koji se kreće vertikalno prema gore na slici b je:
W = F s (cos θ) = wh (cos 180) = wh (-1) = -wh = -mgh
Opis: w = težina (Newton), h = visina (metri), m = masa (kg), g = ubrzanje usljed gravitacije (metri u sekundi na kvadrat)
Na osnovu prethodnog objašnjenja, mogu se zaključiti sljedeće tačke:
Prvo, ako objekt ne doživi pomjeranje, tada sila koja djeluje na pomjeranje ne vrši rad. Ako je s = 0, tada je W = 0.
SekundaAko sila formira određeni ugao u odnosu na pomjeranje objekta, tada samo komponenta sile u smjeru pomjeranja objekta vrši rad na objektu.
Treće, sila okomita na pomak objekta ne vrši nikakav rad na objektu. Ako je sila okomita na pomak, ugao koji formira je 90°oKos 90o = 0.
Četvrti, Napor može biti pozitivan ili negativan. Ako je sila u istom smjeru kao i pomjeranje objekta, formirani ugao je 0o tada sila vrši pozitivan rad, obrnuto, ako je sila u suprotnom smjeru od pomjeranja, pa je formirani ugao 180o tada sila vrši negativan rad na objektu.
Rad koji konstantna sila izvrši na objektu dok se objekt pomjera jednak je zasjenjenoj površini na grafiku sile (F) i pomjeranja (s).
Simbol za rad je W (veliko slovo), dok je simbol za težinu w (malo slovo). Međunarodni sistem jedinica za rad je Njutn-metar (N·m). Drugi naziv za Njutn-metar je Džul, skraćeno J, nazvan u čast britanskog fizičara iz 19. vijeka, Jamesa Prescotta Džula.
1.2. Rad koji izvrši promjenjiva sila
Jedan primjer promjenjive sile je sila opruge. Veličina sile opruge se stalno mijenja, tako da se rad koji sila opruge obavlja na objektu ne može izračunati pomoću formule za rad konstantne sile.
Ako je opruga rastegnuta, što je opruga duža, potrebna je veća sila. Slično tome, obrnuto, što je veći pritisak pritisnut, što je kraća sila kada je opruga rastegnuta, potrebna je veća sila. Sve dok je opruga pritisnuta ili rastegnuta, sila opruge se mijenja od 0 (x = 0) do maksimuma (F = kx), tako da se sila opruge izračunava korištenjem prosjeka. Prosječna sila opruge je:
F = ½ (0 + kx) = ½ kx
Rad koji izvrši sila opruge na objektu je:
Š = Š x = ½ kx2
Opis: W = rad (jedinice Džuli), x = povećanje dužine opruge (jedinice metri), F = sila opruge (jedinice Njutn).
2. Rezultantni rad ili ukupni rad (rad koji izvrši ukupna sila)
Ako na objekt tokom njegovog pomjeranja djeluje samo jedna sila, tada je rad koji izvrši ukupna sila jednak radu koji izvrši ta sila. Na primjer, kada se objekt nalazi u slobodnom padu i zanemari se otpor zraka, jedina sila koja djeluje na objekt je gravitacija.
W= Wgravitacija
Ako na objekt dok se objekt kreće djeluje nekoliko sila, tada je rad koji izvrši ukupna sila jednak zbiru radova koje izvrše sve sile koje djeluju na objekt.
Š = Š1 +W2 +W3 + … + Wn
Rad koji obavljaju nekoliko sila koje djeluju na objekt može se izračunati i tako što se prvo pronađe veličina ukupne sile, a zatim se ona pomnoži s veličinom pomaka.
W = (rezultantna sila)(pomak) = (rezultantna F)(s)
