Clasa a IX-a OM 6930/2025

4.2. Lucrul mecanic efectuat de diferite forțe

4. Teoreme de variație și legi de conservare în mecanică

Un elev urcă zilnic două etaje cu ghiozdanul de \(8\ \mathrm{kg}\) în spate: uneori pe scări, uneori cu liftul. La sfârșit, ghiozdanul se află la aceeași înălțime, deci greutatea a efectuat exact același lucru mecanic, indiferent de drum. În schimb, dacă trage ghiozdanul pe podea, cu cât drumul e mai lung, cu atât frecarea „mănâncă" mai mult. Aceste două comportări diferite stau la baza întregii mecanici a energiei: unele forțe „țin minte" doar punctul de plecare și cel de sosire, altele numără fiecare centimetru parcurs.

De la definiția lucrului mecanic la lucrul fiecărei forțe

Știm deja că o forță constantă \(\vec{F}\) care acționează pe o deplasare \(\vec{d}\) efectuează lucrul mecanic \(L = F\,d\cos\alpha\), unde \(\alpha\) este unghiul dintre direcția forței și direcția deplasării. Lucrul mecanic este o mărime scalară, se măsoară în jouli \((1\ \mathrm{J} = 1\ \mathrm{N}\cdot\mathrm{m})\) și poate fi pozitiv, negativ sau nul.

Pe un corp acționează, de regulă, mai multe forțe simultan: greutatea, reacțiunea normală, frecarea, forța elastică a unui resort, forța de tracțiune. Fiecare dintre ele efectuează propriul lucru mecanic, calculat separat. Lucrul mecanic total este suma algebrică a acestor lucruri mecanice (sumă cu semne!).

Un caz util imediat: dacă forța este perpendiculară pe deplasare, \(\alpha = 90^\circ\), deci \(\cos 90^\circ = 0\) și \(L = 0\). De aceea reacțiunea normală a unei suprafețe nu efectuează niciodată lucru mecanic atât timp cât corpul alunecă pe suprafață: ea este mereu perpendiculară pe deplasare. Tot de aceea greutatea nu efectuează lucru mecanic într-o deplasare pe orizontală.

Atenție la o subtilitate de limbaj: în formula \(L = F\,d\cos\alpha\), \(d\) este modulul deplasării, atâta timp cât forța își păstrează direcția și sensul. Când forța își schimbă orientarea pe parcurs (cum face frecarea pe un traseu dus-întors), trebuie să împărțim drumul în porțiuni și să adunăm contribuțiile.

\[L = F\,d\cos\alpha\]

\(L\) – lucrul mecanic (în \(\mathrm{J}\)); \(F\) – modulul forței constante (în \(\mathrm{N}\)); \(d\) – modulul deplasării (în \(\mathrm{m}\)); \(\alpha\) – unghiul dintre forță și deplasare

\[L_\mathrm{total} = L_1 + L_2 + \ldots + L_n\]

lucrul mecanic total efectuat asupra corpului este suma algebrică (cu semne) a lucrurilor mecanice ale tuturor forțelor care acționează asupra lui

FF cos ααdL = F · d · cos α
Fig. 1 Doar componenta forței pe direcția deplasării efectuează lucru mecanic
FF sin αF cos ααdW = F · d · cos α
Fig. 7 Lucrul unei forțe constante: contează doar componenta pe direcția deplasării