Arbeid

In fisika is arbeid soos die naam aandui die kwantifisering van die werk wat gedoen word, of die inspanning wat deur 'n kragbron gelewer word om 'n voorwerp te verplaas. As die kragbron 'n konstante krag F lewer om 'n voorwerp oor 'n afstand s te verplaas in die rigting van die krag, dan is die arbeid W die produk van die krag en die afgelegde afstand: W = F·s.

As die perde 'n konstante krag F uitoefen oor 'n afstand s is die arbeid wat verrig word gelyk aan F·s

In die fisika, meganika en ingenieurswese word die term arbeid gebruik omdat dit 'n noue verbintenis met die gebruik van die woord in die alledaagse lewe het. Wanneer ʼn sekere krag aangewend word om ʼn sekere voorwerp oor 'n sekere afstand te beweeg, word arbeid verrig. Die voorwerp kan omtrent enigiets wees en die krag kan byvoorbeeld spierkrag, swaartekrag of elektriese krag wees.

Arbeid word gedefinieer as die grootte van die krag (in die bewegingsrigting) vermenigvuldig met die afstand waardeur die voorwerp beweeg word. Die eenheid van krag is newton (N) en die van afstand is meter (m). As die twee nou met mekaar vermenigvuldig word, word newton-meter verkry. Een newton-meter word ook 'n joule (J) genoem. Dus 1 N.m. = 1 J.

Een newton is die krag wat nodig is om aan 'n massa van 1 kg 'n versnelling van 1 meter per sekonde te gee. As ʼn mens 'n massa van een kilogram aan 'n tou vasmaak, het jy 'n krag van ongeveer 1 0 newton nodig om dit vas te hou. As 'n mens nou die massa een meter oplig, is die arbeid verrig 10 X 1 N.m, wat 10 joules is.

Meer Breedvoerig

As die krag nie in die rigting van die verplasing werk nie, dan geld die formule vir die komponent van die krag in die rigting van die verplasing. As die krag ${\vec {F}}$ nie konstant is nie en die pad langs 'n kromme loop, geld die formule vir 'n (infinitesimaal) klein deeltjie $d{\vec {s}}$ van die pad. Die bydrae dW tot die totale arbeid verrig is dan die skalaarproduk van krag en padlengte.

$dW={\vec {F}}\cdot d{\vec {s}}$.

Dit lei daartoe dat arbeid gedefinieer word as die integraal van hierdie bydrae oor die totale pad C:

$W=\int _{C}{\vec {F}}\cdot d{\vec {s}}$.

Arbeid is 'n skalare grootheid en kan positief of negatief wees en word in joule uitgedruk. Arbeid gaan altyd gepaard met 'n verandering in energie en het ook dieselfde eenheid, maar daar bestaan egter ook energie-omsettings waar geen arbeid verrig word nie. As 'n krag teen 'n ander inwerk word daar negatiewe arbeid verrig en as die krag 'n voorwerp beweeg dan word die verrigte arbeid as positief beskou. Die indruk van die veer op 'n balpuntpen is 'n goeie voorbeeld hiervan. Die krag wat verrig word deur die veer in te druk is positief (die spierkrag maal die afstand), maar die veer self verrig negatiewe arbeid. As daar geen beweging plaasvind of as die beweging loodreg op die krag gerig is, is die arbeid nul.

Arbeidstempo

Arbeidstempo - 'n baie belangrike begrip- is die tyd wat dit neem om arbeid te verrig. Die eenheid, hiervan is watt. Een watt is eenvoudig een joule per sekonde. As 'n mens ʼn massa van een kilogram aan die tou in presies een sekonde een meter oplig, is die arbeidstempo ongeveer 10 watt (W).  

Energie

As 'n liggaam nou 'n krag ondervind wat dit laat beweeg, kry dit energie by. Die eenhede van energie is ook joules. As 'n liggaam na 'n hoër posisie gelig word, neem die potensiële energie daarvan toe. Dit kan as volg voorgestel word: Gestel ʼn massa van een kilogram, wat een meter opgelig is, word nou gelos en toegelaat om vry te val, dan oefen die aarde 'n krag (swaartekrag) daarop uit wat dit grond toe laat val. Hier word arbeid verrig, en hierdie arbeid is dieselfde as wat verrig is om die massa op te lig.

Die potensiële energie wat daaraan gegee is, het dit in beweging gestel. Namate die liggaam grond toe val, word die potensiële energie minder. Volgens die wet van behoud van energie kan energie nooit vernietig word nie. Wat het dan van die potensiële energie geword? Dit is nou omgesit in bewegingsenergie (kinetiese energie). (Die energie in die hawermout wat mens soggens vir ontbyt eet, word byvoorbeeld omgesit in kinetiese energie).

Die potensiële energie is dus afhanklik van die hoogte van 'n voorwerp bokant die grond, terwyl die kinetiese energie afhanklik is van die snelheid waarmee die liggaam beweeg. As mens 'n klip vertikaal in die lug opgooi, sal mens sien dat dit al hoe stadiger trek hoe hoër dit beweeg. Hoe hoër dit beweeg, hoe meer word die potensiële energie, en hoe stadiger dit beweeg, hoe kleiner word die kinetiese energie. Omdat energie nie vernietig kan word nie, sal die twee soorte energieë hier altyd konstant wees.

Kyk ook

• Energie

Verwysings

• Wêreldspektrum, 1982, ISBN 0908409435, volume 2, bl. 49
• Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers (6th uitg.). Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7.{{cite book}}: AS1-onderhoud: meer as een naam (link)
• Tipler, Paul (1991). Physics for Scientists and Engineers: Mechanics (3rd uitg.). W. H. Freeman. ISBN 0-87901-432-6.