Егер сіз кітапты үстелге қозғалғанша итерсеңіз, сіз кітаппен жұмыс істейсіз. Бір зат ауырлық күшімен тартылып, жер бетіне құлағанда , ауырлық күші затқа әсер етеді. Керісінше, егер сіз затты теріңізге малынғанша бар күшіңізбен итерсеңіз, бірақ зат қозғалмаса, сіз затқа жұмыс істемейсіз. Күнделікті өмірде сіз затты итеру үшін жұмыс немесе ауыр жұмыс жасадыңыз деп айтылады, бірақ физикаға сәйкес, сіз затқа жұмыс істемейсіз, себебі зат ығыспайды (зат орнын өзгертпейді).
Жұмыс тұрақты күшпен (күштің шамасы мен бағыты әрқашан бірдей болып қалады) немесе айнымалы күшпен (күштің шамасы мен бағыты өзгереді) орындалуы мүмкін. Шамасы мен бағыты тұрақты күштің мысалы ретінде Жер бетіне жақын орналасқан затқа әсер ететін гравитациялық күш айтуға болады. Шамасы мен бағыты өзгеретін күштің мысалы ретінде серіппенің күшін айтуға болады. Егер сіз серіппені неғұрлым көп созсаңыз, соғұрлым қатты тартасыз, сондықтан серіппе созылған сайын күштің шамасы тұрақты болмайды. Тағы бір мысал ретінде зымыран ғарышқа қозғалған кезде, ол Жер бетінен неғұрлым алыс болса, зымыранға әсер ететін Жердің гравитациялық күші соғұрлым аз болады.
1.1 Тұрақты күшпен орындалатын жұмыс
Математикалық тұрғыдан алғанда, тұрақты күшпен объектіге жасалған жұмыс келесінің көбейтіндісіне тең ығысу объектінің ығысуымен бір бағытта болатын күші немесе күш компоненті бар объект.
Итеруші күш (F) атқаратын жұмыс:
W = (F)(s)(cos θ) = Fs (cos 0) = Fs (1) = Fs
F күшінің компонентінің көлденең бағытта (F cos θ) атқаратын жұмысы:
W = (F cos θ)(s)(cos 0) = (F cos θ)(s)(1) = F s cos θ
Кинетикалық үйкеліс күшімен (fk) атқарылатын жұмыс:
W = (fk cos θ)(s)(cos 180) = (fk )(s)(-1) = – fk s
Қалыпты күшпен атқарылатын жұмыс (Н):
W = (N)(s)(cos 90)o) = (N)(s)(0) = 0
Ауырлық күшімен атқарылатын жұмыс (w):
W = (w)(s)(cos 90)o) = (w)(s)(0) = 0
Сипаттамасы: W = күш немесе жұмыс (Джоуль), s = ығысу (метр), θ = күш пен ығысу арқылы пайда болған бұрыш
Алдыңғы мысалда, орындалған жұмыс гравитация (w) мәні нөлге тең, себебі гравитациялық күш бағыты перпендикуляр (90° бұрыш құрайды)o) заттың ығысу бағытымен (қозғалыс бағытымен). Айта кету керек, егер тартылыс күшінің бағыты ығысу бағытымен бірдей немесе оған қарама-қарсы болса, салмақтың атқаратын жұмысы нөлге тең емес.
а суретте көрсетілгендей, еркін құлаған денеге тартылыс күшінің (w) атқаратын жұмысы:
W = F s (cos θ) = wh (cos 0) = wh (1) = wh = mgh
b суретте тігінен жоғары қарай қозғалатын денеге тартылыс күшінің (w) атқаратын жұмысы:
W = F s (cos θ) = wh (cos 180) = wh (-1) = -wh = -mgh
Сипаттама: w = салмақ (Ньютон), h = биіктік (метр), m = масса (кг), g = ауырлық күшінің үдеуі (секундына метр квадрат)
Алдыңғы түсініктемеге сүйене отырып, келесі тұжырымдарды жасауға болады:
Бірінші, егер зат ығысуды бастан кешірмесе, онда ығысуға әсер ететін күш жұмыс істемейді. Егер s = 0 болса, онда W = 0 болады.
ЕкіншіЕгер күш заттың ығысуына белгілі бір бұрыш жасаса, онда затқа тек заттың ығысу бағытындағы күштің компоненті ғана әсер етеді.
Үшінші, заттың ығысуына перпендикуляр күш затқа ешқандай жұмыс атқармайды. Егер күш ығысуына перпендикуляр болса, пайда болған бұрыш 90° болады.oКос 90o = 0.
ТөртіншіКүш оң немесе теріс болуы мүмкін. Егер күш заттың ығысуымен бір бағытта болса, пайда болған бұрыш 0-ге тең.o онда күш оң жұмыс істейді, керісінше, егер күш ығысуға қарама-қарсы бағытта болса, онда пайда болған бұрыш 180 болады.o онда күш объектіге теріс жұмыс істейді.
Нысан ығысқан кезде оған тұрақты күш әсер еткенде орындалатын жұмыс күш (F) және ығысу (s) графигіндегі көлеңкелі ауданға тең.
Жұмыстың белгісі - W (бас әріп), ал салмақтың белгісі - w (кіші әріп). Жұмыстың халықаралық жүйелік бірлігі - Ньютон метрі (Н м). Ньютон метрінің тағы бір атауы - Джоуль, қысқартылған J, 19 ғасырдағы британдық физигі Джеймс Прескотт Джоулдың құрметіне аталған.
1.2. Тұрақты емес күшпен атқарылатын жұмыс
Айнымалы күштің бір мысалы - серіппе күші. Серіппе күшінің шамасы әрқашан өзгеріп отырады, сондықтан серіппе күшінің затқа жасаған жұмысын тұрақты күшпен жасалған жұмыс формуласын пайдаланып есептеу мүмкін емес.
Егер серіппе созылса, серіппе неғұрлым ұзын болса, соғұрлым көп күш қажет болады. Сол сияқты, керісінше, қысым неғұрлым көп басылса, серіппе соғұрлым қысқа болса, соғұрлым көп күш қажет болады. Серіппе басылған немесе созылған кезде серіппе күші 0-ден (x = 0) максимумға (F = kx) дейін өзгереді, сондықтан серіппе күші орташа мәнді пайдаланып есептеледі. Орташа серіппе күші:
F = ½ (0 + kx) = ½ kx
Серіппелі күшпен затқа түсірілген жұмыс:
W = F x = ½ kx2
Сипаттама: W = жұмыс (бірлік Джоуль), x = серіппе ұзындығының артуы (бірлік метр), F = серіппе күші (бірлік Ньютон).
2. Нәтижелік жұмыс немесе толық жұмыс (толық күшпен жасалған жұмыс)
Егер дененің ығысуы кезінде оған тек бір ғана күш әсер етсе, онда жалпы күштің атқаратын жұмысы сол күштің атқаратын жұмысына тең болады. Мысалы, дене еркін құлауда болғанда және ауа кедергісі ескерілмегенде, оған әсер ететін жалғыз күш - ауырлық күші.
W= Wгравитация
Егер дене қозғалып тұрған кезде оған бірнеше күш әсер етсе, онда жалпы күштің атқарған жұмысы денеге әсер ететін барлық күштердің атқарған жұмысының қосындысына тең болады.
W = W1 + В.2 + В.3 + … + Wn
Денеге әсер ететін бірнеше күштердің жұмысын алдымен жалпы күштің шамасын табу, содан кейін оны ығысу шамасына көбейту арқылы да есептеуге болады.
W = (Нәтижелік күш)(ығысу) = (нәтижелік F)(лар)
