Cismin kosmosda onun ümumi enerjisinin dəyişməsinə səbəb olan hər hansı bir hərəkəti işlə əlaqələndirilir. Bu yazıda bu kəmiyyətin nə olduğunu, hansı mexaniki işin ölçüldüyünü və necə işarələndiyini nəzərdən keçirəcəyik və bu mövzuda maraqlı bir problemi də həll edəcəyik.
Fiziki kəmiyyət kimi işləyin
Mexanik iş hansı ilə ölçülür sualına cavab verməzdən əvvəl bu qiymətlə tanış olaq. Tərifə görə, iş bu qüvvənin yaratdığı cismin yerdəyişmə vektoru və qüvvənin skalyar məhsuludur. Riyazi olaraq aşağıdakı bərabərliyi yaza bilərik:
A=(F¯S¯).
Dairəvi mötərizələr nöqtə məhsulunu göstərir. Xüsusiyyətlərini nəzərə alaraq, bu düstur açıq şəkildə aşağıdakı kimi yenidən yazılacaq:
A=FScos(α).
Burada α qüvvə və yerdəyişmə vektorları arasındakı bucaqdır.
Yazılı ifadələrdən belə çıxır ki, iş metr başına Nyutonla (Nm) ölçülür. Məlum olduğu kimi,bu kəmiyyət joule (J) adlanır. Yəni fizikada mexaniki iş iş vahidi Joul ilə ölçülür. Bir Joul, bədənin hərəkətinə paralel hərəkət edən bir Nyuton qüvvəsinin kosmosdakı mövqeyinin bir metr dəyişməsinə səbəb olduğu belə işə uyğundur.
Fizikada mexaniki işin təyin edilməsinə gəlincə, qeyd etmək lazımdır ki, bunun üçün ən çox A hərfi istifadə olunur (alman dilindən ardeit - əmək, iş). İngilisdilli ədəbiyyatda bu dəyərin təyinatını latın W hərfi ilə tapa bilərsiniz. Rusdilli ədəbiyyatda bu hərf güc üçün nəzərdə tutulub.
İş və enerji
Mexaniki işin necə ölçüldüyü sualını müəyyən edərək, onun vahidlərinin enerji üçün olanlarla üst-üstə düşdüyünü gördük. Bu təsadüf təsadüfi deyil. Fakt budur ki, nəzərə alınan fiziki kəmiyyət enerjinin təbiətdə təzahürü yollarından biridir. Güc sahələrində və ya olmadıqda cisimlərin hər hansı bir hərəkəti enerji xərcləri tələb edir. Sonuncular cisimlərin kinetik və potensial enerjisini dəyişdirmək üçün istifadə olunur. Bu dəyişiklik prosesi görülən işlərlə xarakterizə olunur.
Enerji cisimlərin əsas xüsusiyyətidir. İzolyasiya edilmiş sistemlərdə saxlanılır, mexaniki, kimyəvi, istilik, elektrik və digər formalara çevrilə bilər. İş yalnız enerji proseslərinin mexaniki təzahürüdür.
Qazlarda işləmək
İşləmək üçün yuxarıda yazılmış ifadəəsasdır. Lakin bu düstur fizikanın müxtəlif sahələrinə aid praktiki məsələlərin həlli üçün uyğun olmaya bilər, ona görə də ondan alınan başqa ifadələrdən istifadə olunur. Belə hallardan biri də qazın gördüyü işdir. Bunu aşağıdakı düsturla hesablamaq rahatdır:
A=∫V(PdV).
Burada P qazda təzyiq, V onun həcmidir. Mexanik işin nə ilə ölçüldüyünü bilməklə, inteqral ifadənin etibarlılığını sübut etmək asandır:
Pam3=N/m2m3=N m=J.
Ümumi halda təzyiq həcmin funksiyasıdır, ona görə də inteqral ixtiyari forma ala bilər. İzobar prosesində qazın genişlənməsi və ya daralması sabit təzyiqdə baş verir. Bu halda qazın işi P dəyərinin sadə hasilinə və onun həcminin dəyişməsinə bərabərdir.
Bədəni ox ətrafında fırladarkən işləyin
Fırlanma hərəkəti təbiətdə və texnologiyada geniş yayılmışdır. Momentlər (qüvvə, impuls və ətalət) anlayışları ilə xarakterizə olunur. Bir cismin və ya sistemin müəyyən bir ox ətrafında fırlanmasına səbəb olan xarici qüvvələrin işini müəyyən etmək üçün əvvəlcə qüvvənin momentini hesablamalısınız. Bu belə hesablanır:
M=Fd.
Burada d qüvvə vektorundan fırlanma oxuna qədər olan məsafədir, ona çiyin deyilir. Sistemin hansısa ox ətrafında θ bucağı ilə fırlanmasına səbəb olan fırlanma momenti M aşağıdakı işi görür:
A=Mθ.
Burada MNm və θ bucağı radyanla ifadə edilir.
Mexanik iş üçün fizika tapşırığı
Məqalədə deyildiyi kimi, işi həmişə bu və ya digər qüvvə görür. Aşağıdakı maraqlı problemi nəzərdən keçirin.
Bədən üfüqə 25o bucaq altında maili olan müstəvidədir. Aşağı sürüşən bədən müəyyən kinetik enerji əldə etdi. Bu enerjini, eləcə də cazibə qüvvəsini hesablamaq lazımdır. Bir cismin kütləsi 1 kq, onun təyyarə boyunca getdiyi yol 2 metrdir. Sürüşmə sürtünmə müqavimətinə laqeyd yanaşmaq olar.
Yuxarıda göstərildi ki, qüvvənin yalnız yerdəyişmə boyunca yönəlmiş hissəsi işləyir. Bu vəziyyətdə cazibə qüvvəsinin aşağıdakı hissəsinin yerdəyişmə boyunca hərəkət edəcəyini göstərmək asandır:
F=mgsin(α).
Burada α təyyarənin meyl bucağıdır. Sonra iş belə hesablanır:
A=mgsin(α)S=19.810.42262=8.29 J.
Yəni, cazibə qüvvəsi müsbət işləyir.
İndi isə enişin sonunda bədənin kinetik enerjisini təyin edək. Bunun üçün ikinci Nyuton qanununu xatırlayın və sürətlənməni hesablayın:
a=F/m=gsin(α).
Bədənin sürüşməsi bərabər sürətləndirildiyi üçün hərəkət vaxtını təyin etmək üçün müvafiq kinematik düsturdan istifadə etmək hüququmuz var:
S=at2/2=>
t=√(2S/a)=√(2S/(gsin(α))).
Enişin sonunda bədənin sürəti aşağıdakı kimi hesablanır:
v=at=gsin(α)√(2S/(gsin(α))))=√(2Sgsin(α)).
Tərcümə hərəkətinin kinetik enerjisi aşağıdakı ifadə ilə müəyyən edilir:
E=mv2/2=m2Sgsin(α)/2=mSgsin(α).
Maraqlı nəticə əldə etdik: məlum oldu ki, kinetik enerji düsturu əvvəllər əldə edilmiş cazibə işinin ifadəsinə tam uyğun gəlir. Bu, F qüvvəsinin bütün mexaniki işinin sürüşən cismin kinetik enerjisini artırmağa yönəldiyini göstərir. Əslində, sürtünmə qüvvələrinə görə A işi həmişə E enerjisindən böyük olur.
