RO

Română

DE

Deutsch

EN

English

🏠Acasă / 📁Fizică / 📁Nivelul 2 / 📁Fenomene mecanice / 📁Energia mecanică / 📄Lucrul mecanic

Lucrul mecanic

Lucrul mecanic este o mărime energetică, care măsoară cu cât ‘efort fizic’ s-a realizat o acțiune mecanică, precum deplasarea, ridicarea sau deformarea unui corp.

Dacă un corp este deplasat pe o distanță d sub acțiunea unei forțe F⃗  orientată în direcția și în sensul deplasării, spunem că acea forță a efectuat un lucru mecanic:

 

L≝F⋅d

 

 

Image1

Unitatea de măsură a acestei mărimi fizice în sistemul internațional este:

 

⟨L⟩SI=1N⋅m=1J  (Joule)

 

Astfel, lucrul mecanic are o definiție matematică simplă, precisă și pe baza lui se pot defini alte mărimi energetice, precum și unitatea lor de măsură comună: 1J.

Exemple:

1. Cineva trage un pachet pe o distanță d=10m, aplicând o forță orizontală F=100N. Lucrul mecanic efectuat este L=100N⋅10m=1000J=1kJ.

2. În general, asupra unui corp acționează simultan mai multe forțe. În exemplul următor, un corp are masa m=10kg, se află pe o suprafață plană orizontală, coeficientul de frecare este μ=0.65 și se aplică o forță de tracțiune orizontală F⃗  de 70N pentru a fi deplasat pe o distanță d=10m. Pe tot parcursul deplasării, acționează 4 forțe:

Image2

Putem preciza lucrul mecanic efectuat de fiecare din aceste forțe, dar trebuie să ținem cont că orientarea forței în raport cu direcția deplasării este esențială:

forța

lucrul mecanic

observații

forța de tracțiune F⃗ (70N)

LF=F⋅d=700J

Forța de tracțiune este orientată  în direcția și în sensul mișcării, contribuie la deplasare și LF>0 .

S-a ales o forță de tracțiune puțin mai mare decât forța de frecare pentru a fi posibilă pornirea de pe loc.

forța de frecare Ff⃗ (65N)

LFf=−Ff⋅d=−650J

Forța de frecare este orientată pe direcția mișcării, dar se opune mișcării și LFf<0 .

forța de greutate G⃗ (100N)

LG=0

Forța de greutate e perpendiculară pe direcția mișcării, nu contribuie deloc la mișcare, nici nu se opune mișcării și astfel LG=0 .

forța de apăsare normală N⃗ (100N)

LN=0

Forța de apăsare normală e de asemenea perpendiculară pe direcția mișcării și din același motiv LN=0 .

Regulă pentru calculul lucrului mecanic:

Tratăm deplasarea ca fiind un vector d⃗  și luăm în considerare orientarea forței F⃗  în raport cu vectorul de deplasare d⃗  în 3 cazuri particulare:

Image3

L=F⋅d>0

F⃗  este o forță motoare: acționează pe direcția și în sensul deplasării și contribuie la efectuarea deplasării. Lucrul ei mecanic este pozitiv.

Image4

L=F⋅d=0

F⃗  acționează perpendicular pe direcția deplasării și nu efectuează lucru mecanic.

Image5

L=−|F⋅d|<0

F⃗  este o forță de rezistență: acționează pe direcția deplasării, dar în sens opus și se opune la efectuarea deplasării. Lucrul ei mecanic este negativ.

 

Formula generală a lucrului mecanic

O forță F⃗  acționează oblic față de direcția deplasării:

Image6

Image7

Putem descompune această forță în două componente: F⃗=Ft⃗+Fn⃗

Image8

Componenta tangențială a forței pe direcția deplasării Ft⃗  are mărimea Ft=F⋅cos(α)  și efectuează lucrul mecanic: LFt=F⋅d⋅cos(α)

Componenta normală a forței pe direcția deplasării Fn⃗  are mărimea Ft=F⋅sin(α)  și nu efectuează lucru mecanic: LFn=0

În concluzie, lucrul mecanic al unei forțe oblice pe direcția deplasării este: LF=F⋅d⋅cos(α)

Există și următoarea definiție a lucrului mecanic: LF≝F⃗⋅d⃗=F⋅d⋅cos(α) , unde F⃗⋅d⃗  este produsul scalar al vectorilor F⃗  și d⃗ .

Problemă:

Un om trage o sanie de masă m=50kg pe o distanță d=1km, pe un drum orizontal, aplicând o forță F⃗ , la un unghi α față de orizontală. Coeficientul de frecare dintre sanie și zăpadă este μ=0.1. Mișcarea are loc cu viteză constantă.

Să se calculeze lucrul mecanic efectuat de om, în două cazuri particulare de orientare a forței F⃗ : orizontală (α=0), respectiv oblică la unghiul  α=30°.

Rezolvare: mai întâi trebuie să determinăm mărimea potrivită a forței F⃗ , astfel încât mișcarea saniei să fie uniformă. Sania se află sub acțiunea mai multor forțe care trebuie să fie în echilibru:

 

F⃗+G⃗+N⃗+Ff⃗=0

 

 

Image9

Descompunem forțele după direcțiile axelor unui sistem de referință:

după axa Ox:

Ft−Ff=0

 

după axa Oy:

Fn+N−G=0

 

 

Scriem expresiile forțelor care intervin:

 

G=m⋅g , Ff=μ⋅N ,   Ft=F⋅cos(α) , Fn=F⋅sin(α)

 

 

și le înlocuim în ecuațiile de mai sus:

 

F⋅cos(α)=μ⋅N

 

 

N=m⋅g−F⋅sin(α)

 

 

Rezultă: F⋅cos(α)=μ⋅(m⋅g−F⋅sin(α))⇔F⋅(cos(α)+μ⋅sin(α))=μ⋅m⋅g⇒F=μ⋅m⋅gcos(α)+μ⋅sin(α)

Numai componenta tangențială a forței F⃗  efectuează lucru mecanic:

 

LF=Ft⋅d=F⋅d⋅cos(α)=μ⋅m⋅g⋅d⋅cos(α)cos(α)+μ⋅sin(α)

 

Calculul numeric:

© 2026 Nascov Victor - Toate drepturile sunt rezervate.