עבודה (פיזיקה)

עבודה היא כמות האנרגיה שמושקעת בגוף בעל מסה כאשר מזיזים אותו במרחב, בגלל כוח שפועל בכיוון התנועה.

מקובל לסמן עבודה באות W.

כשכוח קבוע פועל לאורך קו ישר, העבודה שווה למכפלת רכיב הכוח בכיוון התנועה באורך ההעתקה. כאן F הוא גודל הכוח, Δr הוא המרחק שגוף נע, ו-θ זו הזווית בין הכוח לבין כיוון התנועה.

במקרים שבהם המסלול עקום או הכוח משתנה, מחשבים את העבודה כאינטגרל לאורך המסלול: העבודה היא סכום האינטראקציות הקטנות של הכוח עם ההעתקות הקטנות.

רכיב כוח שניצב לכיוון התנועה לא מבצע עבודה. דוגמאות לכך: כוח צנטריפטלי בתנועה מעגלית, הכוח הנורמלי שמופעל על ידי משטח וקיר מגנטי (כוח לורנץ) שמושך או דוחף חלקיק בניצב לתנועה.

יחידת המידה המקובלת היא ג'ול. ג'ול אחד הוא העבודה של כוח של ניוטון אחד הפועל לאורך מטר אחד. כדי להימנע מבלבול עם מומנט, מעדיפים לקרוא ליחידה זו ג'ול ולא "ניוטון-מטר". יש גם יחידות אחרות בשימוש, כמו קילוואט-שעה וקלוריות.

עבודה קשורה לשינוי באנרגיה הקינטית, האנרגיה של תנועה. לפי משפט העבודה-אנרגיה, השינוי באנרגיה הקינטית של גוף שווה לסך העבודה שבוצעה עליו.

לגוף מוצק ו"נקודתי" שמסתו m ומהירותו v, זה מבוטא באמצעות הביטוי הידוע עבור אנרגיה קינטית חצי m v בריבוע. אם לגוף יש גם סיבוב, מסכמים גם את האנרגיה הקינטית הסיבובית, שכוללת את מומנט ההתמד I ותדירות הסיבוב ω.

עבור כוחות משמרים (כוחות שמקושרים לפוטנציאל אנרגיה), אפשר לראות עבודה כירידה באנרגיה הפוטנציאלית: העבודה שמבצע כוח משמר שווה לשלילת השינוי באנרגיה הפוטנציאלית (W = -ΔPE).

כאשר כל הכוחות במערכת הם כוחות משמרים, סכום האנרגיות הפוטנציאלית והקינטית נשאר קבוע לאורך הזמן. זהו עקרון שימור האנרגיה.

עבודה היא האנרגיה שמשקיעים כדי להזיז משהו ממקום למקום.

עבודה נמדדת ביחידה שנקראת ג'ול. ג'ול אחד הוא כוח קטן שמזיז חפץ למרחק של מטר.

אם דוחפים או מושכים בגוף והוא נע בכיוון הכוח, יש עבודה.

רכיב של כוח שניצב לתנועה לא עושה עבודה. דוגמאות: כוח שמוחזר כלפי חוץ בתנועה מעגלית, או כוח מגנטי שניצב לתנועה.

עבודה משנה אנרגיה. כאשר עושים עבודה על גוף, האנרגיה של התנועה שלו משתנה.

כוחות שמשמרים אנרגיה (כמו כוח המשיכה) מחליפים בין אנרגיה של תנועה לאנרגיה מאוחסנת.

אם כל הכוחות במערכת הם כאלה, סכום האנרגיות נשאר קבוע.