Imaginaţi-vă o cutie neagră, conţinând un motor pe benzină, care este conceput să se strângă un cablu de oţel de lungime d, exercitând o anumită forţă F. Dacă folosim această cutie pentru a ridica o greutate, în momentul în care va fi rulat tot cablu, greutatea va fi ridicată la o înălţime d. Forţa F abia este, la limită, suficient de puternică pentru a ridica o greutate m dacă F=mg; dacă face aceasta, atunci forţa de ridicare a cablului anulează exact forţa gravitaţiei, deci greutatea se va ridica la viteză constantă, fără să-şi schimbe energia cinetică.

 

 

 

CUPRINS
2.5 Lucrul mecanic

 


w. Cutia neagră execută lucru mecanic prin rularea cablului

Doar energia gravitaţională este transferată greutăţii ridicate, iar valoarea energiei gravitaţionale este mgd,  care este egală cu Fd. Din perspectiva conservării energiei, aceasta trebuie să fie, de asemenea, măsura energiei pierdute din energia chimică a benzinei, în interiorul cutiei.

Dar dacă am folosi cutia neagră pentru a trage un plug? Creşterea energiei exterioare este de un tip diferit de cel precedent: în special căldura creată de frecarea dintre sol şi plug. Cutia comunică cu exteriorul doar prin intermediul orificiului, prin care iese cablul. Măsura energiei chimice pierdute de către benzină poate prin urmare să depindă numai de F şi d, deci din nou cantitatea de energie transferată trebuie să fie egală cu Fd.

Acelaşi raţionament poate fi aplicat şi în alte situaţii, fără a conta pentru ce este folosit cablul. Trebuie să existe întotdeauna un transfer de energie, de la cutie spre exterior, care este egal cu Fd. În general, când energia este transferată, ne referim la măsura energiei transferate ca la lucru mecanic, L. Dacă, aşa cum este cazul în exemplul cutiei negre, mişcarea obiectului asupra căruia este aplicată forţa este în aceeași direcţie cu forţa, atunci L=Fd.



x. Aruncătorul mingii conferă energie cinetică mingii, deci el execută lucru mecanic asupra ei. Pentru a executa cel mai intens lucru mecanic posibil, el aplică cea mai mare forţă posibilă, pe cea mai mare distanţă posibilă.


Dacă mişcarea este în direcţia opusă forţei, atunci L=-Fd; lucrul mecanic negativ trebuie să fie interpretat ca energia pierdută de obiectul asupra căruia a fost exercitată forţa. De exemplu, dacă Superman se aşază în faţa unui tren de marfă în mişcare şi îl opreşte, el pierde energie.  Într-o maşină normală, cu motor pe benzină, apăsând pe frâne se consumă energia cinetică a maşini (se aplică un lucru mecanic negativ asupra ei) şi se transformă în căldură, la nivelul saboţilor de frână. Într-o maşină electrică sau într-una hibrid energia cinetică a maşinii este transformată din nou în energie cinetică, ca să fie utilizată din nou.