الشغل هو القوه المبذوله لتحريك جسم ما مسافه معينه
عندما نركل كرة القدم، ننتج قوة خارجية تسمى F، وبسبب هذه القوة (الركلة) تتحرك الكرة لمسافة معينة. يُعرف هذا الحركة للكرة من الموضع A إلى B باسم الإزاحة (d)، ويُمكن حساب هذا العمل الذي تم إنجازه بأنهW = F × d.
العمل = القوة × الإزاحة = ف × د
لكل من القوة والإزاحة مقدار واتجاه، وبالتالي فإن كلاً من هذه الكميات متجهة، ويتمثل الشغل ناتج ضرب القوة في الإزاحة، وبالتالي فإنه يملك مقدارًا فقط دون اتجاه، ولذلك يُعد كمية عددية.
إذا كانت القوة = 1 نيوتن والمسافة = 1 متر، فإن العمل الذي تقوم به سيكون 1 نيوتن × متر..
وحدة العمل هنا هي نيوتن متر أو الجول، وبالتالي فإن 1 جول هو الشغل المطلوب لنقل جسم بمقدار متر واحد على طول خط العمل، بفعل قوة تعمل قدرها 1 نيوتن.
تعريف الشغل
الشغل هو نشاط يتضمن حركة وقوة يتم استخدامها لتحريك جسم أو شيء بواسطة قوة خارجية.
على سبيل المثال، إذا كانت القوة التي تدفع الجسم مقدارها 30 نيوتن (N)، وتحرك الجسم 3 أمتار في نفس اتجاه القوة، سيتم إنجاز 90 جول (J) من العمل.
يمكن تعريف العمل بأنه القوة التي تؤثر على الجسم وتتحرك في اتجاه معين، مضروبة بالمسافة التي يتم إزاحتها في نفس الاتجاه.
يتم إنجاز العمل على الجسم ليس فقط من خلال إزاحته من مكان إلى آخر، بل يمكن أيضًا القيام بذلك من خلال ضغط الغاز، أو حتى عن طريق إحداث حركات غير مرئية للجسيمات داخل الجسم باستخدام قوة مغناطيسية خارجية.
يمكن للشغل الذي تقوم به القوة أن يكون إيجابيًا أو سلبيًا أو صفريًا، وهذه هي الأنواع المختلفة للشغل.
أنواع الشغل
- الشغل الإيجابي .
- الشغل السلبي .
- حالة الصفر للشغل المنجز .
يجب علينا معرفة تعريف العمل وأنواعه المختلفة، فهناك أنواع متعددة من العمل، بما في ذلك:
الشغل الإيجابي
- عندما تنتقل القوة في اتجاه الجسم، يتم إنجاز عمل إيجابي.
- لذلك، W = Fd.
- من أمثلة هذا النوع من العمل هو حركة سقوط الكرة نحو الأرض، حيث تنتقل الكرة في اتجاه قوة الجاذبية.
الشغل السلبي
- في حال كانت القوة والإزاحة في اتجاهين متعاكسين، يطلق عليها مصطلح الشغل بالسالب.
- على سبيل المثال، إذا تم رمي كرة باتجاه الأعلى، فسيتحرك ارتدادها في الاتجاه العلوي، ولكن القوة التي تنتج عن جاذبية الأرض ستكون في الاتجاه الهبوطي.
- في هذه الحالة، تؤدي الجاذبية إلى عمل سلبي عندما يتم رمي الكرة لأعلى، وبالتالي يكون الشغل الذي تنفقه قوة الجاذبية سالبًا.
- في الرياضيات، عندما تكون الإزاحة معاكسة للقوة، يتم إعطاء الشغل بواسطة الرقم السالب، وهذا يعني أن القوة والإزاحة تعمل في اتجاهين متعاكسين.
حالة الصفر للشغل المنجز
- إذا كانت قوة الاتجاه والإزاحة متعامدان مع بعضهما البعض، فإن الشغل المبذول بواسطة القوة المؤثرة على الجسم يكون يساوي الصفر.
- على سبيل المثال، عندما نضغط بقوة على الحائط، فإن القوة التي نوجهها للحائط لا تؤثر عليه، ويكون إزاحة الجدار في هذه الحالة d = 0.
- ومع ذلك، في هذه العملية، يتم استخدام طاقتنا الداخلية من قبل عضلاتنا، ونشعر بالتعب نتيجة لذلك.
مسائل في الشغل
بعد أن عرفنا تعريف الشغل وانواعه، إليك هذا المثال على الشغل:
عندما يتم سحب جسم أفقيًا عبر السطح بقوة 100 نيوتن تعمل بالتوازي مع السطح، يتم تحريك الجسم لمسافة 8 متر، فما هو مقدار الشغل الذي تبذله القوة؟
يجب أن نعرف أن:
f= 100 نيوتن
D = 8 م
وبما أن F و d في نفس الاتجاه،
θ = 0، حيث يعبر θ عن زاوية القوة في اتجاه الحركة.
W = F Cos θ
= 100 x 8 x Cos 0
= 800 J [Since Cos 0 = 1]
نظرية الشغل والطاقة
كلمة الطاقة شائعة الاستخدام في الحياة اليومية، وعلى الرغم من استخدامها بشكل متوسع، فإن لها معنى ماديًا محدد.
الطاقة هي قياس قدرة شيء ما على القيام بالعمل، وهي ليست مادة مادية، ولكن يمكن تخزين الطاقة وقياسها بطرق عديدة.
على الرغم من أننا نسمع الكثير من الناس يتحدثون عن استهلاك الطاقة، إلا أن الطاقة لا يتم استنفاذها بشكل نهائي أبدًا.
يتم تحويل الطاقة من شكل إلى آخر في هذه المرحلة، ويدخل العمل الذي يقوم به الشخص لتحويل الطاقة من شكل إلى آخر.
تختلف بعض أشكال الطاقة في فعاليتها عن الأشكال الأخرى، فعلى سبيل المثال، تكون الطاقة الحرارية منخفضة المستوى.
– “لذلك، من الأفضل استخدام أو استخراج موارد الطاقة الأخرى مثل الفحم أو النفط أو الرياح بدلاً من استهلاك الطاقة نفسها.
قانون الشغل والطاقة
تستخدم الجول كوحدة قياس للطاقة والعمل المنجز في الفيزياء، حيث يتم تعيين الجول برمز J في الميكانيكا، ويعني 1 جول كمية الطاقة المنقولة عندما يتم تطبيق قوة بقيمة 1 نيوتن على جسم معين وتحريكه على مسافة 1 متر.
قد تعرف وحدة أخرى للطاقة وهي السعرات الحرارية، حيث يتم كتابة كمية الطاقة في أي عنصر من الطعام عادة بالسعرات الحرارية على ظهر العبوة.
على سبيل المثال، تحتوي قطعة الشوكولاتة التي تزن 60 جرام على حوالي 280 سعرة حرارية من الطاقة.
تعني السعرة الحرارية الواحدة كمية الطاقة المطلوبة لرفع كيلوغرام واحد من الماء.
بالتالي، فإن قطعة واحدة من الشوكولاتة تحتوي على 1.17 مليون جول أو 1.17 ميجا جول من الطاقة المخزنة.
العلاقة بين الشغل والطاقة
هناك علاقة وثيقة بين الشغل والطاقة، حيث يجب نقل الطاقة إلى جسم ما من أجل تحريكه، ويمكن أن يكون نقل الطاقة في شكل قوة، وتسمى هذه الكمية من الطاقة المنقولة بواسطة القوة لتحريك الجسم بالشغل أو الشغل المنجز، وبالتالي، فإن العلاقة بين العمل والطاقة مباشرة، أي أن الفرق في الطاقة الحركية للجسم هو الشغل الذي يقوم به الجسم.
يتناسب العمل والطاقة طرديًا مع بعضهما البعض، ويمكن التعبير عن العمل المنجز من قبل كائنٍ ما بواسطة قانون رياضي محدد، وذلك على النحو التالي:
- W=½mv2f – ½mv2i
- W هو الشغل المبذول بواسطة كائن تم قياسه باستخدام الجو.
- m هي كتلة الجسم المقاسة بالكيلوجرام.
- vi هي السرعة الابتدائية لجسم مُقاس باستخدام m / s.
- vf هي السرعة النهائية لجسم تم قياسه باستخدام m / s.
الأشكال المختلفة من الطاقة
- الطاقة الحركية .
- طاقة الوضع .
بعد التعرف على تعريف العمل وأنواعه، يمكن الآن التعرف على الأنواع المختلفة للطاقة
الطاقة الحركية هي طاقة تعبر عن حركة الأشياء أو المواد، وبالتالي فإن كل مادة تمتلك طاقة حركية، وكل جسم متحرك لديه طاقة حركية.
الصيغة الشائعة للطاقة الحركية هي الكتلة المتحركة:
- KE = 1/2 mv2
- KE هو الطاقة الحركية، و m هو الكتلة، و v هي السرعة، والجول هو وحدة الطاقة المناسبة للحركة.
طاقة الوضع : هي الطاقة التي يتم اكتسابها من خلال وضع الجسم أو موقعه، ومن أمثلة طاقة الوضع هي التزلج على قمة تل، ويمكن استخدام إحدى المعادلات الأكثر شيوعا لحساب طاقة الوضع لتحديد طاقة الجسم المرتبطة بارتفاعه فوق القاعدة:
- E = mgh
- PE هو الطاقة المحتملة، m هو الكتلة، g هو التسارع الناجم عن الجاذبية، و h هو الارتفاع.
- تستخدم الجول (J) كوحدة لطاقة الوضع، ونظرًا لأنها تعبر عن موضع الجسم، يمكن أن يكون لها قيمة سالبة.
أنواع أخرى من الطاقة
في حين تصنف الميكانيكا الكلاسيكية كل الطاقة إما كحركية أو موضعية، فهناك أشكال أخرى من الطاقة، مثل:
- طاقة الجاذبية: القوة المولدة من جاذبية جسمين لبعضهما البعض.
- الطاقة الكهربائية: الطاقة التي تنتجها الشحنة الكهربائية الثابتة أو المتحركة.
- الطاقة المغناطيسية: الطاقة التي تنتج عن جذب المجالات المغناطيسية المعاكسة أو تنافر المتشابهة.
- الطاقة النووية: يتمثل مصدر الطاقة في ترابط البروتونات والنيوترونات داخل نواة الذرة.
- الطاقة الحرارية: تُعَدُّ هذه الطاقة قابلة للقياس كدرجة حرارة.
- الطاقة الكيميائية: الطاقة المخزنة في الروابط الكيميائية بين الذرات والجزيئات.
- الطاقة الميكانيكية: مجموع الطاقة الحركية وطاقة الوضع.
- الطاقة المشعة: الطاقة المنبعثة من الإشعاع الكهرومغناطيسي، بما في ذلك الأشعة السينية.