Arbete inom fysiken (även kallat fysikaliskt arbete) är den energi som överförs till eller från ett objekt via en kraft. Det är viktigt att komma ihåg att ett arbete utförs bara när en kraft verkar på ett objekt och därmed orsakar en förändring i objektets position. Klassiska exempel från vardagen på när du utför är ett arbete är till exempel när du lyfter din hund från golvet rakt upp en meter. När du gör detta utför du ett arbete.
Det som påverkar hur stort arbete som utförs är två saker: massan på det man lyfter och hur långt du lyfter. Ganska logiskt eftersom det är mycket jobbigare att lyfta en stor fullvuxen golden retriever än en lite hundvalp. Dessutom är det betydligt jobbigare att lyfta en hund 2 meter upp i luften jämfört med en meter upp i luften.
Det som ofta ställer till det när man ska räkna på arbete är följande: Endast krafter som är parallella mot rörelseriktningen utför ett arbete. Därför måste alla krafter som inte är parallella mot rörelseriktningen komposantuppdelas så att en av deras komposanter blir parallella. Först då kan formeln för arbete tillämpas.
Formeln används för att räkna på arbetet som utförs. Enheten för arbete är Newtonmeter (Nm) eller Joule (J) som är precis samma sak. Arbetet betecknas W (från engelskans Work) och formeln är:
W = F * s
Arbete = kraften multiplicerat med förflyttningen.
Här kommer fem exempel på situationer där arbete utförs och inte utförs även fast man kanske tror det. Testa dig själv, i vilka fall utförs ett arbete. Hur många rätt fick du?
SVAR:
Arbete utförs i fall 1,4 och 5. I de andra fallen utförs inget arbete!
En person lyfter en vikt på 25 kg över en sträcka på 2 m. Beräkna arbetet som utförs.
*Här kommer en exempelbild snart*
Lösning: Eftersom vikten i kilogram är en massa, så måste vi först omvandla den till kraft (Newton) med hjälp av formeln kraft = massa * acceleration. På jorden är accelerationen generellt lika med gravitationsaccelerationen, vilket är 9,8 m/s^2. Kraft = massa * acceleration = 25 kg * 9,8 m/s^2 = 245 N
Eftersom den verkande kraften drar vikten över en sträcka på 2 m, så är arbetet:
Arbete = Kraft x Sträcka = 245 N * 2 m = 490 J (Joule)
Svar: Arbetet som utförs när vikten lyfts är 490 J.
En vagn dras med en kraft på 100 N längs en plan yta med en lutning på 45 grader över en sträcka på 10 m. Beräkna arbetet som utförs.
*Här kommer en exempelbild strax*
Lösningsförslag:
Eftersom den verkande kraften har en lutning på 45 grader, måste vi komposantuppdela den verkande kraften för att bestämma den vertikala och horisontella kraften. Vi använder trigometri:
Kraften i vertikal riktning = 100 N * cos(45 grader) = 70,71 N Kraften i horisontell riktning = 100 N * sin (45 grader) = 70,71 N
Eftersom den horisontella kraften drar vagnen över en sträcka på 10 m, så är arbetet: Arbete = Kraft x Sträcka = 70,71 N * 10 m = 707,1 J (Joule)
Svar: Arbetet som utförs när vagnen dras är 707,1 J.