Давненько у нас не было статей по классической физике для школьников или студентов. Итак, рассмотрим важный физический вопрос. Есть такой термин работа. Что это такое с физической точки зрения, если просто?
Что удивительно, понимания слова работа в обычной жизни и в физике в общем-то, совпадают. В обычной практике работой мы называем некоторый процесс, целью которого является получение прибыли благодаря созданию некоторых благ. Причём, результат не обязательно измеряется деньгами, а вид деятельности может быть абсолютно любым.
Если обобщить всё это в некоторое подобие определения, то работа - это процесс превращения одного вида энергии в другую с сопутствующими этому процессу явлениями.
В физике понятие "работа" очень похоже по смыслу, но путаница в понимании обычно возникает из-за существования определения "работы" для каждого раздела физики. Работа - она и в механике, она и в электротехнике и даже в физике частиц. Работа есть в термодинамике и есть в оптике.
Проще всего оттолкнуться от механики. Тут работа описывается так:
Работа - есть физическая величина, обозначающая скалярное количественное воздействие силы на тело или сил на систему тел.
Из этого определения легко вычленить и смысл. Потому мы и начинаем всегда всё разбирать с механики. Итак, чтобы работа совершилась, нужно воздействовать на тело.
Но воздействовать как? Очевидно, что с некоторой силой. Один уборщик ростом два метра способен поднять сразу мешок с мусором 100 кг, тогда как второй уборщик небольшого роста поднимает всего 50 кг. В чём разница? В силе. А сила, как мы помним, есть мера физического воздействия на тело. Потому в определении прозвучало "определяющее меру воздействия".
Теперь вопрос на засыпку - а кто больше может сделать? Слабый уборщик или сильный? Очевидно, что сильный. Так как он способен в ту же единицу времени воздействовать на систему более интенсивно. При прочих равных работать он будет больше своих коллег.
Вот и получается, что работа уборщика есть некоторая физическая величина. обозначающая количественную меру его воздействия на гору пакетов с мусором.
Дальше работает простейшая логика. Если, например, нужно толкать санки по снежному полю, то как посчитать работу? Правильно. Взять длину пройденного пути и умножить на силу, с которой толкают эти санки. Посчитанная величина укажет, насколько "много" мера воздействия влияла на всю рассматриваемую систему.
Получается, что работа - это процесс превращения энергии из одной формы в другую со всеми вытекающими.
Если рассмотреть перетаскивание ящика по полу с позиции энергии, то станет даже проще. Стоял ящик на полу. У него была потенциальная энергия. И тут пришёл толкальщик и начал этот ящик перемещать. Он потратил собственную энергию для того, чтобы столкнуть ящик с места и тратил эту энергию всё время, которое катил ящик (превращая энергию одной формы в другую). Мы же увидели это как взаимодействие двух систем, а чтобы описать их использовали меру воздействия (силу) с которой толкали ящик и расстояние, на которое протолкали ящик.
Понимание через энергию очень помогает, когда мы уходим из механики в термодинамику. Возьмем, скажем, работу газа по перемещению поршня.
Поршень будет перемещаться в верх, если газ расширяется. При этом перемещающийся поршень способен совершать полезную работу. Это должно как-то характеризоваться. Совершенно очевидно, что главный показатель - это то, насколько поршень сдвинулся. Перемещение поршня проще всего вытащить из объема. Второй показатель, который тут неизбежно должен учитываться - это давление. Думаю, что не вызывает вопросов факт разной полезной работы со стороны системы с большим давлением внутри и небольшим. Большое давление может сильнее толкать поршень и может поднять, например, целую машину, тогда как аналогичный механизм при маленьком давлении внутри системы дай Бог сдвинет велосипед.
А логика-то опять та же самая. Когда мы нагнетаем давление под поршнем, мы увеличиваем энергию газа. Увеличение энергии приводит к тому, что газ пытается оттолкнуть стенки. Стенки толкать бесполезно, зато можно выплюнуть поршень. Так система и поступает. Эта мера воздействия определяет то, насколько уже сам поршень может двигать другие предметы. Остаётся объединить, например, пример про ящик и поршень. Вот и получится, что всё сводится к превращениям энергии из одного вида в другой.
Итак, небольшое резюме - физическая работа есть способ измерения энергии, которую удалось передать от одной системы в другую, что привело к уменьшению энтропии (переходу в более вероятное состояние).
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект!