TEORIJA
V besedilu so oznake za vektorske količine napisane krepko in ležeče, skalarne količine pa ležeče.

Delo je v fiziki količina, ki meri prehajanje energije med telesi. Merimo ga v joulih – J; 1 J = 1 N m = 1 kg m2/s2. Delo sile v splošnem izračunamo kot integral sile po poti, pri čemer je delo A skalarna količina, rezultanta sil F in pot s pa vektorski.

Po prvem zakonu termodinamike – zakonu o ohranitvi energije je sprememba energije sistema enaka vsoti prejetega in oddanega dela ter prejete in oddane toplote, pri čemer prejeto delo in toploto po dogovoru štejemo pozitivno, oddano pa negativno. Če je sistem toplotno izoliran od okolice, je torej delo enako spremembi energije sistema.

Energijo sistema sestavlja več vrst energije. Pri zabijanju žebljev se spreminjajo gravitacijska potencialna, kinetična in notranja.
Kinetično energijo ima telo zaradi svojega gibanja. Ko telo z maso m rezultanta sil F premakne za ds s hitrostjo v, je delo dA, ki ga sila opravi in telo prejme, enako . Z integracijo 2. Newtonovega zakona ugotovimo, da je to enako kinetični energiji . Večji premik telesa sestavimo iz manjših, velja , kjer je Wk1 kinetična energija telesa v začetni točki, Wk2 pa v končni točki. Če deluje sila na telo v smeri gibanja, je delo pozitivno in kinetična energija telesa narašča. Z naraščanjem kinetične energije narašča tudi velikost hitrosti telesa. Če deluje sila v nasprotni smeri gibanja, je delo negativno in kinetična energija telesa pada. Ko pa je sila usmerjena pravokotno na smer gibanja, se kinetična energija ohranja, saj je delo enako nič.

Gravitacijsko potencialno energijo ima telo, na katerega drugo telo deluje z gravitacijsko silo. V resnici vsako telo deluje na druga telesa z to silo, izračunamo jo po formuli , kjer je F sila med telesoma, κ gravitacijska konstanta (κ = 6,67*10-11 N m2/kg2), M in m masi teles ter r razdalja med telesoma. Vendar so sile med telesi na Zemlji zelo majhne; gravitacijska sila med 10-gramskim žebljem in 500-gramskim kladivom na razdalji 25 cm je naprimer velikostnega reda 10-12 N. Ko obravnavamo energijo , jih lahko zato zanemarimo. Upoštevati pa moramo gravitacijsko silo med Zemljo in telesom, imenovano tudi teža telesa, ki jo lahko izračunamo po zgornji formuli ali ekvivalentno po drugem Newtonovem zakonu (, kjer je F gravitacijska sila, m masa telesa in g težni pospešek). Če na telo ne deluje nobena druga sila, je delo sile teže enako spremembi gravitacijske potencialne energije. Ko teža na telesu opravi delo (telo ga prejme), se mu poveča gravitacijska potencialna energija. Ta se lahko nato pretvori v drugo obliko energije, ali pa jo telo odda s tem, da samo opravi delo. Pri premiku telesa za ds lahko o delu sile teže povemo naslednje: , pri čemer je α manjši kot med smerjo težnega pospeška in smerjo gibanja ter dh sprememba višine telesa, če višino merimo vzporedno s smerjo delovanja težnega pospeška. Delo gravitacijske sile pri premiku telesa s točke 1 na višini h1 na točko 2 na višini h2 je torej  ne glede na vodoravno razdaljo med točkama. Če je h2 višje kot h1, se telesu pri premiku poveča gravitacijska potencialna energija za , če je h2 nižje, pa zmanjša za toliko. Ničelno višino lege telesa lahko pri obravnavanju potencialne energije poljubno izberemo, a moramo vse višine določiti glede na to točko.

Ko utež prosto pada, se njena gravitacijska potencialna energija spreminja v kinetično. Če za ničelno višino izberemo vrh glave žeblja ter zanemarimo zračni upor in trenje v vodilu, je tik pred udarcem po žeblju utež na višini 0, njena potencialna energija je nič, njena kinetična energija pa takšna, kot je bila potencialna na začetni višini h: ; tu je Wk2 kinetična energija na koncu, Wp1 pa potencialna na začetku. Če po žeblju udarimo s kladivom, pa ima kladivo poleg energije, ki je posledica spremembe njegove višine med udarcem, še dodatno kinetično energijo zaradi sile, s katero smo ga zavihteli. Tik pred dotikom žeblja je energija kladiva enaka , kjer je v hitrost kladiva tik pred udarcem in je posledica tako našega vihtenja kot teže.

Ob trku z žebljem se večina te energije prenese na žebelj. Nekaj se je sprosti kot zvok, nekaj pa pretvori v notranjo energijo uteži/kladiva in žeblja, zato se žebelj po več zaporednih udarcih nekoliko segreje. Kakšen delež energije se pretvori v kinetično energijo žeblja je v veliki meri odvisno od materiala uteži oz. kladiva. Običajno jekleno kladivo prenese na žebelj okoli 70 % energije udarca, kladivo iz titana pa celo do 97 %*. Žebelj potrebuje enako energije, da se zabije v les, a z boljšim kladivom je za enak učinek potrebnega manj dela z naše strani.

Kako močno se žebelj zabije z enako količino dela je razen od kladiva odvisno tudi od lastnosti žeblja in lesa, kar smo preverjali s poskusi. Naša predvidevanja so bila sledeča:

• Če je les trši, je za enak rezultat potrebnega več dela, saj mora biti sila žeblja na les večja, da ga prebije.
• Že za drugi udarec po istem žeblju je potrebno več dela za enake rezultate, saj je les pod konico žeblja zbit od prvega udarca in površina, s katero se žebelj dotika lesa in na kateri deluje trenje, večja.
• Če je les bolj vlažen, je potrebno manj dela, saj so traheide v lesu napolnjene z vodo in njihove stene zato narazen; les je redkejši.
• Če žeblje namastimo, je potrebno manj dela, ker je manjše trenje med žebljem in lesom.
• Če so žeblji debelejši, je potrebnega več dela, saj mora v lesu nastati večja luknja, da gre žebelj vanjo.