Če knjigo potiskate na mizo, dokler se ne premakne, opravljate delo na knjigi. Ko predmet pade na površje Zemlje, ker ga vleče sila gravitacije , sila gravitacije dejansko opravlja delo na predmetu. Nasprotno, če predmet potiskate z vso močjo, dokler se ne prepoti, vendar se predmet ne premakne, niste opravili dela na predmetu. V vsakdanjem življenju pravimo, da ste opravili delo ali trdo delo s potiskanjem predmeta, vendar po fiziki niste opravili dela na predmetu, ker se predmet ne premakne (predmet ne spremeni mesta).
Delo lahko opravi konstantna sila (velikost in smer sile ostaneta vedno enaki) ali spremenljiva sila (velikost in smer sile se spreminjata). Primer sile s konstantno velikostjo in smerjo je gravitacijska sila, ki deluje na predmet blizu Zemljine površine. Primer sile s spremenljivo velikostjo in smerjo je sila vzmeti. Če vzmet raztegnete, bolj ko jo raztegnete, močneje jo potegnete, zato velikost sile ni konstantna, ko se vzmet razteza. Drug primer je, ko se raketa premika v vesolje, dlje ko je od Zemljine površine, manjša je Zemljina gravitacijska sila, ki deluje na raketo.
1.1 Delo, ki ga opravi konstantna sila
Matematično je delo, ki ga konstantna sila opravi na predmetu, produkt premik predmet s silo ali komponento sile, ki je v isti smeri kot premik predmeta.
Delo, ki ga opravi potisna sila (F):
W = (F)(s)(cos θ) = Fs (cos 0) = Fs (1) = Fs
Delo, ki ga opravi komponenta sile F v vodoravni smeri (F cos θ):
W = (F cos θ)(s)(cos 0) = (F cos θ)(s)(1) = F s cos θ
Delo, ki ga opravi kinetična sila trenja (fk):
W = (fk cos θ)(s)(cos 180) = (fk )(s)(-1) = – fk s
Delo, ki ga opravi normalna sila (N):
W = (N)(s)(cos 90o) = (N)(s)(0) = 0
Delo, ki ga opravi gravitacija (w):
W = (w)(s)(cos 90o) = (w)(s)(0) = 0
Opis: W = napor ali delo (džuli), s = premik (metri), θ = kot, ki ga tvori sila s premikom
V prejšnjem primeru je delo, ki ga je opravil gravitacija (w) ima vrednost nič, ker je smer gravitacijske sile pravokotna (tvori kot 90°)o) s smerjo premika (smerjo gibanja) predmeta. Treba je opozoriti, da delo, ki ga opravi utež, ni nič, če je smer gravitacijske sile enaka ali nasprotna smeri premika.
Delo, ki ga opravi sila gravitacije (w) na prosto padajočem predmetu na sliki a, je:
W = F s (cos θ) = wh (cos 0) = wh (1) = wh = mgh
Delo, ki ga opravi sila gravitacije (w) na predmet, ki se premika navpično navzgor na sliki b, je:
W = Fs (cos θ) = wh (cos 180) = wh (-1) = -wh = -mgh
Opis: w = teža (Newton), h = višina (metri), m = masa (kg), g = gravitacijski pospešek (metri na sekundo na kvadrat)
Na podlagi prejšnje razlage je mogoče sklepati naslednje:
NajprejČe se telo ne premakne, potem sila, ki deluje na premik, ne opravi dela. Če je s = 0, potem je W = 0.
DrugičČe sila tvori določen kot glede na premik predmeta, potem delo na predmet opravlja le komponenta sile v smeri premika predmeta.
Tretjič, sila, pravokotna na premik telesa, ne opravi nobenega dela na telesu. Če je sila pravokotna na premik, je kot, ki ga tvori, 90°.oCos 90o = 0.
Četrti, Napor je lahko pozitiven ali negativen. Če je sila v isti smeri kot premik predmeta, je kot, ki ga tvori, enak 0o potem sila opravi pozitivno delo, obratno pa, če je sila v nasprotni smeri od premika, je kot, ki ga tvori, 180o potem sila opravi negativno delo na predmetu.
Delo, ki ga konstantna sila opravi na predmetu, medtem ko se predmet premakne, je enako osenčeni površini na grafu sile (F) in premika (s).
Simbol za delo je W (velika začetnica), simbol za težo pa w (mala začetnica). Mednarodni sistem enot za delo je Newton meter (N·m). Drugo ime za Newton meter je Joule, skrajšano J, poimenovan v čast britanskega fizika iz 19. stoletja Jamesa Prescotta Joula.
1.2 Delo, ki ga opravi nestalna sila
Primer spremenljive sile je sila vzmeti. Velikost sile vzmeti se nenehno spreminja, zato dela, ki ga sila vzmeti opravi na predmetu, ni mogoče izračunati z uporabo formule za delo, ki ga opravi konstantna sila.
Če je vzmet raztegnjena, velja, daljša kot je vzmet, večja je potrebna sila. Prav tako velja obratno, večji kot je pritisk, krajša kot je sila, ko je vzmet raztegnjena, večja je potrebna sila. Dokler je vzmet stisnjena ali raztegnjena, se sila vzmeti spreminja od 0 (x = 0) do maksimuma (F = kx), zato se sila vzmeti izračuna z uporabo povprečja. Povprečna sila vzmeti je:
F = ½ (0 + kx) = ½ kx
Delo, ki ga opravi sila vzmeti na predmetu, je:
Š = Š x = ½ kx2
Opis: W = delo (enote Jouli), x = povečanje dolžine vzmeti (enote metri), F = sila vzmeti (enote Newton).
2. Rezultantno delo ali skupno delo (delo, ki ga opravi skupna sila)
Če na predmet med njegovim premikom deluje samo ena sila, je delo, ki ga opravi celotna sila, enako delu, ki ga opravi ta sila. Na primer, ko predmet prosto pada in prezremo zračni upor, je na predmet edina sila gravitacija.
Š = Šgravitacija
Če na telo med gibanjem deluje več sil, je delo, ki ga opravi skupna sila, enako vsoti dela vseh sil, ki delujejo na telo.
Š = Š1 + W2 + W3 + … + Zn
Delo, ki ga opravi več sil, ki delujejo na predmet, lahko izračunamo tudi tako, da najprej poiščemo velikost skupne sile in jo nato pomnožimo z velikostjo premika.
W = (rezultanta sile)(premik) = (rezultanta F)(s)
