کار و حرکت

آنچه از واژه کار در اذهان عمومی وجود دارد، با آنچه که در علم فیزیک به عنوان کار تعریف می‌شود، تفاوت دارد. در نظر عامه مردم هرگونه تلاش یا فعالیت را که از طرف یک شخص انجام می‌شود، کار می‌گویند، هرچند نتیجه این عمل مثبت، منفی یا بی‌‌نتیجه باشد. اما از نظر علم فیزیک عامل انجام کار نیرو است و تنها در شرایط خاصی که عمل نیرو منجر به جا به جایی جسم شود، می‌توان به عمل نیرو، واژه کار را اطلاق نمود. کار وقتی انجام می‌شود که نیروی نقطه اثر خود را جا به جا کند.

اهمیت کار

کار در واقع مفهوم بسیار مهمی است که در علم فیزیک نقشی اساسی بازی می‌کند. مثلا با استفاده از مفهوم کار می‌توان در مورد یک دستگاه فیزیکی، کمیتی به نام توان را تعریف کرد. توان عبارت است از کار انجام شده در واحد زمان بر روی دستگاه، یا این که در مکانیک تحلیلی برای توصیف حرکت ذرات از قضیه کار انرژی جنبشی استفاده می‌کنند. به عنوان یک مورد دیگر می‌توان اشاره کرد که یکای کار و انرژی از یک نوع است و این امر بیانگر این مطلب می باشد که کار انجام شده روی یک جسم به صورت انرژی در آن ذخیره می‌شود.

رابطه کار

فرض کنید که جسمی به جرم m در یک نقطه معین قرار دارد. بر این جسم نیروی ثابت F را به مدت معین t وارد کرده و آن را در راستایی که با امتداد نیرو زاویه حاده θ  می‌سازد، به اندزه r جابه جا می‌کنیم. در این صورت مقدار کار انجام شده روی جسم از رابطه زیر حاصل می‌شود.

W= F. r= FrCosθ

در رابطه فوق F و r کمیت های برداری هستند و علامت نقطه در وسط آن بیانگر ضرب نقطه‌ای، ضرب عددی یا اسکالر است. همچنین W بیانگر کار انجام شده می‌باشد.

واحد کار

در سامانه استاندارد بین‌المللی یکاها  واحد کار ژول (J) است؛ یک ژول برابر کار انجام شده توسط نیرویی برابر یک نیوتن است که جا به جایی برابر یک متر ایجاد می کند. این تعریف براساس تعریف کارنودر سال 1824 با عنوان وزن بلند شده در یک ارتفاع بیان شده است؛ که خود برآمده از این واقعیت است که در گذشته از انرژی بخار برای جا به جایی بارهای سنگین استفاده می شده است.

کار صفر

حتی با بودن نیرو، کار ممکن است صفر باشد. مثلاً نیروی مرکزگرا در حرکت دایره‌ای هیچ کاری انجام نمی‌دهد، زیرا راستای نیرو بر راستای حرکت جسم عمود است و انرژی جنبشی جسم ثابت باقی می‌ماند. همچنین وقتی که کتابی روی میز ساکن است، میز (که نیرویی برابر وزن کتاب رو به‌ بالا به آن وارد می‌کند) هیچ کاری روی کتاب انجام نمی‌دهد، زیرا جا به‌ جایی وجود ندارد.

انجام کار منفی

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: مرتضی عرفانیان

تنظیم: مریم فروزان کیا