در دنیای فیزیک، کار معنای بسیار خاصی دارد که با کاربرد روزمره آن کاملاً متفاوت است. در حالی که ما معمولاً کار را به عنوان هر فعالیتی که شامل تلاش ذهنی یا فیزیکی می‌دانیم، در فیزیک به عنوان فرآیندی تعریف می‌شود که طی آن انرژی از یک جسم به جسم دیگر از طریق اعمال نیرو در طول مسافت منتقل می‌شود. در اصل، کار بر روی یک جسم زمانی انجام می شود که نیرویی باعث حرکت آن شود.
اساسی ترین فرمول برای محاسبه کار به صورت زیر بیان می شود:
\(W = F \cdot d \cdot \cos(\theta)\)جایی که:
این فرمول به ما می گوید که برای انجام کار، نیرو باید باعث حرکت یک جسم شود و کار انجام شده هم به بزرگی نیرو و هم به فاصله ای که روی آن اعمال می شود مربوط می شود.
هنگامی که کار انجام می شود، انرژی بین اجسام منتقل می شود یا از شکلی به شکل دیگر تبدیل می شود. دو دسته اصلی انرژی در این زمینه عبارتند از:
انرژی جنبشی ( \(KE\) ) را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:
\(KE = \frac{1}{2}mv^2\)جایی که:
انرژی بالقوه، به ویژه انرژی پتانسیل گرانشی ( \(PE\) )، توسط:
\(PE = mgh\)جایی که:
مفاهیم کار، انرژی و قدرت در فیزیک بسیار در هم تنیده شده اند. هنگامی که کار روی یک جسم انجام می شود، به طور کلی منجر به تغییر در انرژی می شود - یا انرژی پتانسیل را به انرژی جنبشی تبدیل می کند یا برعکس. قدرت، که به عنوان سرعت انجام کار یا انتقال انرژی تعریف می شود، این مفاهیم را بیشتر به هم پیوند می دهد.
\(Power = \frac{Work}{Time}\)توان بیان شده بر حسب وات (W)، میزان سرعت انجام کار یا سرعت انتقال انرژی از یک شکل به شکل دیگر را کمی نشان می دهد. یک موتور با قدرت بالا می تواند حجم زیادی از کار را در مدت زمان کوتاهی انجام دهد.
برای درک بهتر چگونگی ارتباط کار و انرژی، چند مثال واقعی را در نظر بگیرید:
درک مفهوم کار در فیزیک، پلی برای درک چگونگی انتقال و تبدیل انرژی در سیستم های مختلف فراهم می کند. با شناخت شرایط دقیقی که تحت آن کار انجام می شود - اینکه یک نیرو باید در فاصله ای دور باعث حرکت شود - و اینکه چگونه این فرآیند کمی سازی می شود، به اصول بنیادینی که نه فقط بر سیستم های مکانیکی، بلکه بر جهان به عنوان یک کل حکومت می کنند، آگاهی پیدا می کنیم. از عمل ساده هل دادن سبد خرید گرفته تا فعل و انفعالات پیچیده در موتور خودرو، اصول کار، انرژی و قدرت نقش مهمی در توضیح رفتار و تعامل اجسام دارند. به یاد داشته باشید که از طریق این فعل و انفعالات است که انرژی های بالقوه و جنبشی مبادله می شود و کار وسیله ای است که از طریق آن این تبادل اتفاق می افتد.
