Keď na teleso pôsobí sila, jej pôsobenie sa prejaví:

• deformáciou telesa (deformácia môže byť pružná – dočasná alebo nepružná – trvalá)
• posunutím telesa (teleso začne vykonávať posuvný pohyb)
• teleso sa začne otáčať
• kombináciou vyššie uvedeného

Ak pôsobíme na teleso silou,  tá časť sily, ktorá pôsobí v smere pohybu telesa, koná mechanickú prácu.

Práca je fyzikálna veličina. Označujeme ju značkou W (ang. work).

Výpočet práce, ak sila a smer pohybu sú rovnobežné: W=F.s

Jednotkou práce je Joul, značka J.

1 J=1 N.1 m

Prácu jeden Joul vykonáme, ak na teleso pôsobíme silou  1 N v smere pohybu po dráhe dlhej 1 m.

S jednotkou Joul ste sa už stretli, pri štúdiu tepla. Prvý, kto experimentálne dokázal a odmeral súvislosť medzi prácou a teplom bol  James Prescot Joule, ktorý zostrojil zariadenie, v ktorom olovené závažie bolo pripevnené o hriadeľ, ktorý otáčal lopatky, ktoré miesili vodu v tepelne izolovanej nádobe. Zistil, že voda sa pri poklese závažia zohriala. Z hmotnosti závažia určil veľkosť pôsobiacej sily a prejdenej dráhy zistil množstvo vykonanej práce. Zmeral  o koľko stupňov táto práca zohriala dané množstvo  vody.

Z jeho pokusu vyplynulo: Na zohriatie 1 kg vody o jeden stupeň Celsia treba vykonať prácu 4180 J.  

Inak povedané: Merná tepelná kapacita vody je 4180 J.kg^-1.K^-1

O tom, že práca a teplo spolu súvisia ste sa neraz v reálnom živote presvedčili. Napríklad na technickej výchove, ak režeme drevo,  list píly sa zohreje na pomerne vysokú teplotu, môžeme sa o list píly popáliť, prípadne môže drevo začať horieť. Pri obrábacích strojoch táto teplota môže dosiahnuť  bod topenia opracovaného materiálu, preto sa obrobok i obrábací nástroj musia intenzívne chladiť. S teplotou sa môžu zmeniť aj rozmery obrobku a tak, hoci sme ho opracovali presne, mohli by sme po jeho vychladnutí zistiť, že sme sa s presnosťou výrazne sekli.

Ako vypočítame veľkosť práce, ak sila nepôsobí rovnobežne so smerom pohybu telesa?

V smere pohybu saní pôsobí iba zložka F_t. Z Pytagorovej vety vyplýva F²=F_t²+F_n²

Ak by ste na matematike preberali trigonometrické funkcie, vedeli by ste, že F_t=F.cos α

Potom sa vzorec pre mechanickú prácu zmení na:

W=F.s.cos α

Keďže ste to nepreberali, nemusíte to vedieť 🙂

Viete silu F_t vypočítať aspoň pre niektoré uhly, hoci nepoznáte funkciu cosínus?

0 stupňov:  sila F je rovnobežná s pohybom saní, preto F_t=F.

45 stupňov:  pri 45 stupňovom uhle sú sily  a  rovnaké, potom

30 a 60 stupňov:  Majme rovnostranný trojuholník, v ňom sú všetky uhly rovnaké a sú rovné 60 stupňom, keď vedieme z vrcholu kolmicu, vznikne pravouhlý trojuholník, ktorého prepona je stranou rovnostranného trojuholníka a menšia odvesna je rovná jej polovici. Ak stranu rovnostranného trojuholníka položíme rovnú F, tak pre 30 stupňový uhol F_t bude polovica F.

Silu F_n vypočítajte sami!

Odkaz na prezentáciu, ktorú som púšťal na hodine fyziky.

Otázky na rozmýšľanie:

1. Konáme prácu, aj keď teleso neposunieme, iba ho zdeformujeme? Podotázka: Závisí to od toho, či ide o pružnú alebo nepružnú deformáciu?
2. Konáme prácu, keď teleso roztočíme?
3. Konáme prácu, ak sa teleso točí rovnomerne po kružnici a my naň pôsobíme dostredivou silou?
4. Konáme mechanickú prácu, aj keď teleso zastavujeme?
5. Keď pri konaní práce môže vzniknúť teplo, možno pomocou tepla vykonať prácu?

Môžete reagovať v komentároch. Tiež ma v nich upozornite na prípadné faktické, či gramatické chyby.