Ако гурате књигу на столу док се не помери, обављате рад над књигом. Када предмет падне на површину Земље јер га вуче сила гравитација Земљина гравитациона сила врши рад на објекту. Насупрот томе, ако гурате објекат свом снагом док се не облијете знојем, али се објекат не помера, нисте обавили никакав рад на њему. У свакодневном животу се каже да сте обавили рад или напорно радили гурајући објекат, али према физици, нисте обавили никакав рад на објекту јер се објекат није померио (није се померио).
Усаха може се обавити константном силом (величина и смер силе увек остају исти) или променљивом силом (величина и смер силе се мењају). Пример силе са константном величином и смером је гравитациона сила која делује на објекат близу Земљине површине. Пример силе са константном величином и смером је сила опруге. Ако растегнете опругу, што је више растегнете, то је јаче повлачите, стога величина силе није константна како се опруга растеже. Други пример је када се ракета креће у свемир, што је даље од Земљине површине, то је мања гравитациона сила Земље која делује на ракету.
1.1 Рад који обавља константна сила
Математички, рад који константна сила обавља на објекту је производ померање објекат са силом или компонентом силе која је у истом смеру као и померање објекта.
Рад који обавља сила гурања (F):
W = (F)(s)(cos θ) = Fs (cos 0) = Fs (1) = Fs
Рад који изврши компонента силе F у хоризонталном правцу (F cos θ):
В = (Ф цос θ)(с)(цос 0) = (Ф цос θ)(с)(1) = Ф с цос θ
Рад који обавља кинетичка сила трења (fk):
W = (fk cos θ)(s)(cos 180) = (fk )(s)(-1) = – fk s
Рад који обавља нормална сила (N):
W = (N)(s)(cos 90o) = (N)(s)(0) = 0
Рад који обавља гравитација (w):
W = (w)(s)(cos 90o) = (w)(s)(0) = 0
Опис: W = напор или рад (џули), s = померање (метри), θ = угао који сила формира са померањем
У претходном примеру, рад који је извршио гравитација (w) има вредност нула јер је смер гравитационе силе нормалан (формира угао од 90°)o) са смером померања (смером кретања) објекта. Треба напоменути да рад који врши тежина није нула ако је смер гравитационе силе исти или супротан смеру померања.
Рад који сила гравитације (w) изврши на слободно падајућем објекту на слици а је:
W = F s (cos θ) = wh (cos 0) = wh (1) = wh = mgh
Рад који сила гравитације (w) изврши на објекту који се креће вертикално нагоре на слици б је:
W = F s (cos θ) = wh (cos 180) = wh (-1) = -wh = -mgh
Опис: w = тежина (Њутн), h = висина (метри), m = маса (кг), g = убрзање гравитације (метри у секунди на квадрат)
На основу претходног објашњења, могу се закључити следеће тачке:
Први, ако објекат не доживи померање, онда сила која делује на померање не врши рад. Ако је s = 0 онда је W = 0.
ДругоАко сила заклапа одређени угао са померањем објекта, онда само компонента силе у смеру померања објекта врши рад на објекту.
Кетига, сила нормална на померање објекта не врши никакав рад на објекту. Ако је сила нормална на померање, угао који формира је 90°oКос 90o = КСНУМКС.
Кеемпат, Напор може бити позитиван или негативан. Ако је сила у истом смеру као и померање објекта, угао који формира је 0o тада сила врши позитиван рад, обрнуто ако је сила у супротном смеру од померања, па је угао који формира 180o тада сила врши негативан рад на објекту.
Рад који константна сила обавља на објекту док објекат трпи померање једнак је осенченој површини на графикону силе (F) и померања (s).
Симбол за рад је W (велико слово), док је симбол за тежину w (мало слово). Међународни систем јединица за рад је Њутн-метар (N·m). Други назив за Њутн-метар је Џул, скраћено J, назван у част британског физичара из 19. века Џејмса Прескота Џула.
1.2. Рад који обавља неконстантна сила
Један пример променљиве силе је сила опруге. Величина силе опруге се стално мења, тако да се рад који сила опруге обавља на објекту не може израчунати коришћењем формуле за рад константне силе.
Ако је опруга растегнута, што је опруга дужа, потребна је већа сила. Слично томе, обрнуто, што је већи притисак притиснут, што је краћа сила када је опруга растегнута, потребна је већа сила. Док год је опруга притиснута или растегнута, сила опруге се мења од 0 (x = 0) до максимума (F = kx), па се сила опруге израчунава коришћењем просека. Просечна сила опруге је:
F = ½ (0 + kx) = ½ kx
Рад који сила опруге обавља на објекту је:
Ш = Ш x = ½ kx2
Опис: W = рад (јединице џули), x = повећање дужине опруге (јединице метри), F = сила опруге (јединице њутн).
2. Резултантни рад или укупан рад (рад који обавља укупна сила)
Ако на објекат током његовог померања делује само једна сила, онда је рад који изврши укупна сила једнак раду који изврши та сила. На пример, када је објекат у слободном паду и занемаримо отпор ваздуха, једина сила која делује на објекат је гравитација.
С= Сгравитација
Ако на објекат док се објекат креће делује више сила, онда је рад који изврши укупна сила једнак збиру рада свих сила које делују на објекат.
Ш = Ш1 + В2 + В3 + … + Вn
Рад који обављају неколико сила које делују на објекат може се израчунати и тако што се прво пронађе величина укупне силе, а затим се она помножи са величином померања.
W = (резултантна сила)(померање) = (резултантна F)(s)
