Lucrul mecanic

Lucrul mecanic

In clasa a IX-a (asta ca sa nu incep cu " Pe vremuri ") defineam lucrul mecanic efectuat de o forta in functie de valoarea acesteia si de deplasarea unui punct material astfel:

daca valoarea fortei este constanta, atunci , lucrul mecanic fiind pozitiv, negativ sau nul in functie de marimea fortei, deplasarea corpului sau unghiul dintre forta si deplasa 414i83e re. Observam ca daca acest unghi este de 90⁰ lucrul mecanic este nul, asadar pentru deplasari ale corpului pe directii perpendiculare la cea a fortei, lucrul mecanic este nul. In consecinta, descompunand vectorul deplasare pe doua directii, una paralela cu directia fortei, alta perpendiculara pe directia fortei, se efectueaza lucru mecanic doar pe directie paralela cu directia fortei.

daca forta are valori diferite in puncte diferite ale traiectoriei corpului atunci vom putea aplica urmatoarea .stratagema. Vom considera traiectoria formata din deplasari succesive pe distante atat de mici incat valoarea fortei pe aceste mici deplasari sa poata fi considerata constanta. Pentru a ilustra aceasta maniera de abordare este sugestiv sa reprezentam grafic dependenta fortei (F) de distanta parcursa pe directia fortei (r). Observam ca pentru deplasari foarte mici (notate dr_i), valoarea fortei fiind considerata practic constanta (F_i), lucrul mecanic este dat de L_i=F_i dr_i, asadar chiar aria graficului pe portiunea (r_i, r_i+dr_i).   Insumand lucrurile mecanice efectuate pe astfel de portiuni si facand observatia ca pentru valori mici ale intervalelor considerate ariile dreptunghiurilor hasurate aproximeaza foarte bine ariile determinate chiar de grafic, atunci putem spune ca lucrul mecanic reprezinta chiar valoarea ariei de sub graficul dependentei fortei de distanta parcursa, masurata pe directia fortei.

Vorbind despre lucrul mecanic in clasa a IX-a spuneam atunci ca lucrul mecanic defineste in fond energia implicata in procesul de deplasare a corpului. La fel spunem si acum, insa vom nuanta putin. Lucrul mecanic schimbat de un sistem termodinamic cu exteriorul este egal cu variatia energiei interne a sistemului termodinamic intr-un proces in care s-a modificat cel putin un parametru de pozitie (volumul).

In cazul proceselor termodinamice nu forta exercitata de molecule asupra portiunilor mobile ale sistemelor ne intereseaza, fiind o marime microscopica greu de folosit in diverse consideratii, ci presiunea ca rezultat direct al acesteia. In acest caz nu distanta parcursa de portiunile mobile ale sistemului ne va fi utila ci volumul sistemului.

Astfel, reprezentand grafic un proces termodinamic in diagrama (p, V), vom identifica usor lucrul mecanic schimbat de un sistem termodinamic intr-un proces in care s-a modificat volumul ca fiind egal cu aria cuprinsa sub graficul transformarii, pe intervalul de variatie a volumului considerat.

Lucrul mecanic schimbat de gaz este pozitiv daca volumul creste si negativ daca volumul gazului scade!

a)      Lucrul mecanic in transformarea izobara

L_izobara= p(V_final-V_initial)=p(V₂-V₁)

b)      Lucrul mecanic in transformarea izocora

L_izocora=0 (evident, din moment ce nu se modifica volumul)

c)      Lucrul mecanic in transformarea izoterma

Observam ca L>0 daca volumul creste si L<0 daca volumul scade.

De retinut!

Daca procesul termodinamic evolueaza in sensul cresterii volumului atunci lucrul mecanic este pozitiv, iar daca evolueaza in sensul scaderii volumului lucrul mecanic este negativ.

Observatie.

In cazul unei transformari oarecare ciclice, semnul lucrului mecanic total schimbat de sistemul termodinamic este dat de sensul transformarii superioare (care determina o arie mai mare). Vezi figura.