Arbete

Ordet arbete används i många olika sammanhang i vanligt tal. Men det är inte riktigt samma sak när vi pratar fysik.

När vi pratar om fysikaliskt arbete så menar vi en aktivitet som använder en kraft. Detta arbete omvandlar samtidigt energi från en form till en annan. Tänk dig en stor tung låda. Du vill flytta denna låda. Hur stort arbete som då utförs beror på två saker:

1. Hur stor kraft som behövs för att förflytta lådan.
2. Hur lång stäcka lådan ska flyttas.

Ju större kraft som behövs för att flytta lådan, desto större arbete. Ju längre sträcka lådan ska flyttas, desto större arbete. Ett stort arbete innebär att en stor mängd energi omvandlas från en form till en annan. Och detta känns ganska intuitivt, det krävs mycket energi för att flytta en stor och tung låda en lång sträcka. Är lådan lättare, eller sträckan kortare, så kräver det också mindre energi?

Precis som med energierna kan vi beräkna det utförda arbetet. Detta görs med formeln:

W står för det engelska ordet work, alltså arbete. F är kraften som används, och s sträckan. Enheten för arbete är också den Joule (J), precis som för energi. För arbete är ju egentligen bara omvandlingen av energi från en form till en annan.

Låt oss göra ett litet tankeexperiment. Du ska lyfta en stor och tung låda upp på ett bord. Du har två alternativ: Antingen lyfter du upp lådan direkt, eller så bygger du en liten ramp att putta upp lådan längs med. Vilket alternativ väljer du om du vill komma undan så lätt som möjligt?

Studera bilden ovan. Du har två lådor, lika stora, lika tunga, på marken. Oberoende av hur du får upp lådan så kommer lådan att ha samma lägesenergi när de väl står på bordet, för de är då på samma höjd (kolla förra inlägget om du glömt hur lägesenergi fungerar). Så hur har lådorna fått denna lägesenergi? Jo, genom att ett arbete har utförts. 

Det här innebär att arbetet utfört på båda lådorna är lika stort. Titta på bilden igen: De röda pilarna visar krafterna som verkar på lådorna. Pilen på den vänstra lådan är längre än på den högra = en större kraft krävs för att lyfta upp lådan än för att putta den längs med rampen. Och det känns ganska rimligt, eller hur? Men arbetet vi utför ska ändå bli det samma. Titta nu på de lila streckade linjerna. De visar sträckan som man ska förflytta lådan. Ser du att den högra linjen är längre än den vänstra? Om man använder sig av rampen är alltså kraften som krävs mindre, men sträckan längre. Väljer man att använda en större kraft (lyfta lådan rakt upp) är sträckan kortare. 

Detta resultat kan summeras i Mekanikens gyllene regel:

"Det man vinner i kraft, förlorar man i väg"

Flera så kallade enkla maskiner utnyttjar denna princip. Rampen vi tittade på ovan är en sådan uppfinning. Hit kan vi också räkna ex. hävstången och block & talja.

pulley = block och talja

Hävstång