Füüsikas on “tööl” erinev definitsioon kui igapäevases kõnes. Täpsemalt kasutatakse terminit “töö” siis, kui füüsiline jõud paneb objekti liikuma. Üldiselt, kui tugeva jõu mõjul liigub objekt väga kaugele, tehakse palju tööd ja kui jõud on väike või objekt ei liigu väga kaugele, siis tehakse tööd vaid vähe. Jõudu saab arvutada valemiga Töö = F × D × Koosinus(θ), kus F = jõud (njuutonites), D = nihe (meetrites) ja θ = jõuvektori ja jõuvektori vaheline nurk. liikumise suund.
1
Leia jõuvektori suund ja liikumissuund. Alustuseks on oluline esmalt tuvastada nii suund, kuhu objekt liigub, kui ka suund, kust jõudu rakendatakse. Pidage meeles, et objektid ei liigu alati vastavalt neile rakendatavale jõule, näiteks kui tõmbate väikest vagunit selle käepidemest, rakendate diagonaaljõudu (eeldusel, et olete vagunist kõrgem). liigutage seda edasi. Selles jaotises käsitleme aga olukordi, kus jõul ja objekti nihkel on sama suund. Teavet selle kohta, kuidas leida tööd, kui neil asjadel ei ole sama suund, vt allpool. Et see protsess oleks hõlpsasti mõistetav, järgime koos näiteprobleemi. Öelge, et eessõitev rong tõmbab mängurongi vagunit otse ette. Sel juhul on nii jõuvektor kui ka rongi liikumissuund suunatud ühtemoodi edasi. Järgmistes sammudes kasutame seda teavet objektil tehtud töö leidmiseks.
2
Leidke oma objekti nihe. Esimest muutujat, mida töövalemi jaoks vajame, D ehk displacement, on tavaliselt lihtne leida. Nihe on lihtsalt vahemaa, mille jooksul jõud on põhjustanud objekti liikumise lähteasendist. Akadeemiliste probleemide puhul on see teave tavaliselt antud või seda on võimalik tuletada probleemi muust teabest. Reaalses maailmas peate nihke leidmiseks vaid mõõtma objekti läbitud vahemaad. Pange tähele, et töövalemi jaoks peavad vahemaa mõõdud olema meetrites. Oletame mängurongi näites, et me leiame tööd rongis, kui see mööda rööpaid liigub. Kui see algab teatud punktist ja lõpeb umbes 2 meetrit (6,6 jalga) rajast ülespoole, saame valemis D väärtuseks kasutada 2 meetrit (6,6 jalga).
3
Leidke objektile mõjuv jõud. Järgmisena leidke objekti liigutamiseks kasutatava jõu suurus. See on jõu “tugevuse” mõõt, mida suurem on selle suurus, seda tugevamini see objekti surub ja seda kiiremini see kiirendab. Kui jõu suurust pole esitatud, saab selle tuletada liikumise massist ja kiirendusest (eeldusel, et sellele ei mõju teisi vastuolulisi jõude) valemiga F = M × A. Pange tähele, et jõu mõõtmed töövalemi jaoks peab olema njuutonites.Oletame meie näites, et me ei tea jõu suurust. Kuid oletame, et me teame, et mängurongi mass on 0,5 kilogrammi ja et jõud põhjustab selle kiirenduse kiirusega 0,7 meetrit sekundis2. Sel juhul leiame suuruse, korrutades M × A = 0,5 × 0,7 = 0,35 njuutonit.
4
Korrutage jõud × vahemaa. Kui teate oma objektile mõjuva jõu suurust ja kaugust, mida see on liigutatud, on edasine lihtne. Lihtsalt korrutage need kaks väärtust üksteisega, et saada oma töö väärtust. On aeg lahendada meie näiteprobleem. Jõu väärtusega 0,35 njuutonit ja nihke väärtusega 2 meetrit (6,6 jalga) on meie vastus ühe korrutamisprobleemi kaugusel: 0,35  2 = 0,7 džauli. Võib-olla olete märganud, et valemis, mis on esitatud sissejuhatuses on valemis täiendav osa: koosinus(θ). Nagu eespool mainitud, on selles näites jõud ja liikumissuund samas suunas. See tähendab, et nendevaheline nurk on 0o. Kuna koosinus(0) = 1, ei pea me seda kaasama, vaid korrutame lihtsalt 1-ga.
5
Märgistage oma vastus džaulides. Füüsikas on töö väärtused (ja mitmed muud suurused) peaaegu alati antud mõõtühikutes, mida nimetatakse džaulideks. Üks džaul on defineeritud kui üks njuuton, mis avaldatakse üle ühe meetri, või teisisõnu, üks njuuton Ã- meeter. See on mõttekas, kuna korrutate kauguse jõuga, on loogiline, et saadud vastuse mõõtühik on võrdne teie jõu ja kauguse suuruste ühikute korrutamisega. Pange tähele, et džaulil on ka alternatiivne võimsuse määratlus üks vatt kiirgas üle ühe sekundi. Vt allpool üksikasjalikumat arutelu võimu ja selle seose kohta tööga.
6
Leidke jõud ja nihe nagu tavaliselt. Eespool käsitlesime tööprobleeme, mille puhul objekt liigub talle rakendatava jõuga samas suunas. Tegelikkuses pole see alati nii. Juhtudel, kui jõud ja objekti liikumine on kahes erinevas suunas, tuleb täpse tulemuse saamiseks võrrandisse arvestada ka nende kahe suuna erinevus. Alustuseks leidke jõu suurus ja objekti nihe nagu tavaliselt. Vaatame veel ühte näidet. Sel juhul oletame, et tõmbame mängurongi ettepoole nagu ülaltoodud näiteülesandes, kuid seekord tõmbame tegelikult diagonaalnurga all üles. Järgmises etapis võtame seda arvesse, kuid praegu jääme põhitõdede juurde: rongi veeväljasurve ja sellele mõjuva jõu suurus. Meie jaoks oletame, et selle jõu suurus on 10 njuutonit ja see liigub sama 2 meetrit (6,6 jalga) edasi nagu varem.
7
Leia nurk jõuvektori ja nihke vahel. Erinevalt ülaltoodud näidetest on objekti liikumisest erinevas suunas mõjuva jõu puhul vaja leida nende kahe suuna erinevus nendevahelise nurga kujul. Kui teile seda teavet ei anta, peate võib-olla seda ise mõõtma või tuletama selle probleemi muust teabest. Oletame, et meie näiteülesande puhul rakendatakse jõudu umbes 60o horisontaaltasapinnast kõrgemal. Kui rong liigub endiselt otse edasi (st horisontaalselt), on jõuvektori ja rongi liikumise vaheline nurk 60o.
8
Korrutage jõud × kaugus × koosinus (θ). Kui tead objekti nihkumist, sellele mõjuva jõu suurust ning jõuvektori ja selle liikumise vahelist nurka, on lahendamine peaaegu sama lihtne kui nurka arvesse võtmata. Lihtsalt võtke nurga koosinus (selleks võib vaja minna teaduslikku kalkulaatorit) ja korrutage see jõu ja nihkega, et leida vastus džaulides. Lahendame oma näiteülesande. Kalkulaatori abil leiame, et 60o koosinus on 1/2. Ühendades selle valemiga, saame lahendada järgmiselt: 10 njuutonit × 2 meetrit (6,6 jalga) × 1/2 = 10 džauli.
9
Vahemaa, jõu või nurga lahendamiseks pöörake valemit ümber. Ülaltoodud töövalem ei ole kasulik mitte ainult töö leidmiseks, vaid on väärtuslik ka võrrandis oleva mis tahes muutuja leidmiseks, kui te juba teate oma töö väärtust. Sel juhul isoleerige lihtsalt otsitav muutuja ja lahendage algebra põhireeglite järgi. Näiteks oletame, et teame, et meie rongi tõmmatakse 20 njuutoni jõuga diagonaalnurga all, mis on üle 5 meetri (16,4Â). ft) rööbastee 86,6 džauli töö tegemiseks. Kuid me ei tea jõuvektori nurka. Nurga lahendamiseks isoleerime lihtsalt selle muutuja ja lahendame järgmiselt: 86,6 = 20 × 5 × koosinus(θ)86,6/100 = koosinus(θ)Arccos(0,866) = θ = 30o
10
Jõu leidmiseks jagage liikumise ajaga. Füüsikas on töö tihedalt seotud teist tüüpi mõõtmistega, mida nimetatakse “võimsuseks”. Võimsus on lihtsalt viis teatud süsteemis aja jooksul töö kulutamise määra kvantifitseerimiseks. Seega, võimsuse leidmiseks pole vaja teha muud, kui jagada objekti nihutamiseks kasutatud töö ajaga, mis kulub nihkumise lõpuleviimiseks. Võimsuse mõõtmised on tähistatud ühikuga vattid (mis võrdub džauliga sekundis). Näiteks oletame ülaltoodud sammu näiteprobleemi puhul, et rongil kulus 12 sekundit, et 5 meetrit (16,4Â jalga) liikuda. Sel juhul peame võimsuse vastuse leidmiseks jagama selle 5 meetri (86,6 džauli) liigutamiseks tehtud töö 12 sekundiga: 86,6/12 = ‘7,22 vatti.
11
Süsteemi mehaanilise energia leidmiseks kasutage valemit TMEi + Wnc = TMEf. Tööd saab kasutada ka süsteemis hoitava energia leidmiseks. Ülaltoodud valemis on TMEi = algne kogu mehaaniline energia süsteemis, TMEf = lõplik kogu mehaaniline energia süsteemis ja Wnc = töö, mis süsteemis tehakse mittekonservatiivsete jõudude mõjul. Selles valemis, kui jõud surub koos liikumissuunaga, see on positiivne ja kui see surub vastu, on see negatiivne. Pange tähele, et mõlemad energiamuutujad võib leida valemiga (½)mv2, kus m = mass ja v = ruumala. Näiteks kahe ülaltoodud etapi näiteprobleemi puhul oletame, et rongi mehaaniline koguenergia oli algselt 100 džauli. Kuna probleemi jõud tõmbab rongi selles suunas, kus see juba sõidab, on see positiivne. Sel juhul on rongi lõppenergia TMEi + Wnc = 100 + 86,6 = 186,6 džauli. Pange tähele, et mittekonservatiivsed jõud on jõud, mille võime mõjutada objekti kiirendust sõltub objekti poolt valitud teest. Hõõrdumine on hea näide sellest, et lühikest ja otsest teed mööda lükatud objekt tunneb hõõrdumise mõju lühiajaliselt, samas kui objekt, mis lükatakse mööda pikka, looklevat teed samasse lõpp-kohta, tunneb üldiselt rohkem hõõrdumist.