متى يكون الشغل سالبا

يكون الشغل سالبا عندما

تكون الإزاحة معاكسة لاتجاه القوة .

ويعرف الشغل في الفيزياء على أنه المقياس الخاص بنقل الطاقة عندما يتم إزاحة جسم ما عبر مسافة معينة بواسطة قوة خارجية مؤثرة عليه، وعندما تكون القوة المؤثرة ثابتة؛ يمكننا حساب مقدار الشغل عن طريق ضرب المسافة في القوة المؤثرة على هذا الجسم في المسافة المحددة، أي أن الشغل W يساوي القوة f في المسافة d ،أو W = fd))، وتعتبر حركة الجسم ضد قوة الاحتكاك مثال على الشغل السالب، والجاذبية على صاروخ يتجه عموديًا إلى أعلى، وقد يكون الشغل يساوي صفرًا عندما تكون الإزاحة والقوة متعامدين مع بعضهما البعض، أو عندما تكون القوة أو الإزاحة صفراً؛ وأهم مثال على ذلك عندما نحمل شيئًا ما ونمشي، تعمل القوة في اتجاه هبوطي بينما تعمل الإزاحة في الاتجاه الأمامي.[1][2]

تعريف الشغل في الفيزياء

على أنه القوة التي تسبب حركة أو إزاحة  جسم ما في حالة وجود قوة ثابتة .

والشغل هو مقياس ناتج عن القوة المؤثرة على جسم وعن الإزاحة التي تسببها هذه القوة في مسافة محددة؛ وعلى الرغم من أن كلا من القوة والإزاحة عبارة عن كميات متجهة، إلا أن العمل ليس له اتجاه، ويتوافق هذا التعريف مع التعريف الصحيح لأن القوة الثابتة تتكامل مع ناتج القوة والمسافة، وهناك العديد من الأمثلة على الشغل في حياتنا اليومية؛ منها البقرة التي تجر المحراث لحرث الحقل، والرجل الذي يدفع عربة التسوق في البقالة، والطالبة التي ترفع حقيبتها على ظهرها والمليئة بالكتب، ولاعب كمال أجسام يرفع أوزانًا فوق رأسه، وبشكل عام لكي يحدث الشغل؛ يجب بذل قوة على جسم ما مما يؤدي إلى تحركه، لذلك؛ فإن الشخص الذي يضغط على الحائط بدون هدف واضح فقط لإرهاق نفسه لا يقوم بأي شغل لأن الجدار لا يتحرك مع قوته، لكن كتابًا يسقط من على طاولة ويصطدم بالأرض يعتبر شغلًا، لأن قوة الجاذبية تؤثر على الكتاب مما يتسبب في إزاحته في اتجاه هبوطي تجاه الأرض.

ومن المثير للاهتمام، أن نادلًا يحمل صينية مرتفعة فوق رأسه ومدعومًا بذراع واحد وهو يمشي بخطى ثابتة عبر الغرفة قد يعتقد أنه يبذل شغلًا، لكنه في الواقع لا يقوم بأي عمل، لأن قوة رفع النادل للصينية لا تتسبب في تحريك الصينية وإحداث إزاحة لها، ويجب أن يكون هناك عنصر قوة في اتجاه النزوح لحدوث الشغل، ويمكن التعبير عن الشغل المبذول في ضغط الغاز عند درجة حرارة ثابتة على أنه ناتج الضغط P مضروبًا في التغير في الحجم dV ؛ W = PdV.

قانون حساب الشغل

هو: “




W=Fd




“

.

حيث تشير “W” إلى الشغل ، و “F” هي القوة ، و “d” تمثل الإزاحة (أو المسافة التي يقطعها الجسم).

وفيما يلي مثالًا بسيطًا على قانون حساب الشغل: لاعب بيسبول يرمي كرة بقوة 10 نيوتن، والكرة تقطع 20 مترًا، ما هو مجموع الشغل؟

لحل هذه المسألة، عليك أولاً معرفة أن نيوتن يُعرَّف بأنه القوة اللازمة لتوفير كتلة مقدارها كيلوغرام واحد (2.2 رطل) مع تسارع متر واحد (1.1 ياردة) في الثانية، ويتم اختصار نيوتن بشكل عام كـ “N.” لذلك، نستخدم الصيغة:

W=Fd

W = 10 N * 20

إذا الشغل = 200 جول.

والجول؛ هو مصطلح مستخدم في الفيزياء، يساوي الطاقة الحركية بمقدار 1 كيلوغرام متحرك بسرعة متر واحد في الثانية، وهو وحدة قياس الشغل.[3]

وحدة قياس الشغل

هي الجول .

الشغل هو مقياس إزاحة كائن أو جسم معين، ومن أهم الأمثلة للشغل ركوب دراجة، وحمل جسم ما في وجود جاذبية الأرض، ويعتبر الشغل هو عبارة عن مظهر ميكانيكي للطاقة المبذولة فقط، ويتم تمثيله بالرمز W، ويتم تمثيله رياضيًا على النحو التالي:

W = F.d.Cos θ

حيث أن F هي القوة المطبقة، وd هي الإزاحة التي تحرك فيها الجسم.

وتعتبر وحدة العمل في النظام الدولي للوحدات هي الجول (J)، ويُعرَّف الجول بأنه الشغل المبذول بواسطة قوة معينة تكون مقدارها واحد نيوتن والتي تسبب في إزاحة متر واحد في اتجاه الإزاحة، وفي بعض الأحيان يتم استخدام نيوتن متر (Nm) أيضًا لقياس الشغل، ولكن نظرًا لاستخدام هذه الوحدة أيضًا لعزم الدوران، فقد يختلط بنا الأمر، وبالتالي لا يشجع النظام الدولي أي شخص على استخدام هذه الوحدة، كما يمكن أن تتضمن بعض وحدات العمل شائعة الاستخدام أيضًا في نظام CGS؛ وهي ساعة القدرة الحصانية، والنيوتن متر، والقدم، والكيلوواط/ساعة، والقدم/باوندال، والغلاف الجوي /لتر، والجدير بالذكر أن العمل له أبعاد فيزيائية مماثلة للحرارة؛ لذلك، وحدات القياس مثل BTU وtherm وCalorie، تُستخدم أيضًا لقياس الشغل.[4]

أنواع الشغل

• الشغل الإيجابي.
• الشغل السلبي.
• الشغل الصفري.

الشغل الإيجابي:

إذا قامت القوة بإزاحة جسم ما في اتجاهه، فإن الشغل يكون قيمته إيجابية، وأهم مثال على هذا النوع من الشغل هو سقوط كرة بشكل حر نحو الأرض فتكون اتجاه حركة الكرة في نفس اتجاه قوة الجاذبية، وعندما يتم شد زنبرك مطاطي، يكون الشغل المبذول على هذا الزنبرك به قوة الشد موجبة لأن القوة تعمل في نفس اتجاه إزاحة الزنبرك، وعندما يكون الجسم في حالة سقوط حر تحت تأثير الجاذبية، فإن الشغل الذي تقوم به الجاذبية هو قوة موجبة (الجاذبية) ويتم إزاحة الجسم في نفس الاتجاه، وعندما يتمدد الغاز الممتص في الأسطوانة ونظرًا لأن الإزاحة في اتجاه القوة يكون الشغل الذي تقوم به القوة موجبًا، وفي حالة q = 0°، يكون الشغل المبذول إيجابي.

الشغل السلبي:

إذا كانت القوة والإزاحة في اتجاهين متعاكسين، فيعتبر الشغل سالب في هذه الحالة، على سبيل المثال؛ إذا ألقيت كرة في اتجاه رأسي، فسيكون اتجاه حركتها في الاتجاه التصاعدي ولكن القوة الناتجة عن جاذبية الأرض في الاتجاه الهبوطي، والشغل المبذول على الاحتكاك سالب ويرجع ذلك إلى أن قوة الاحتكاك تكون دائمًا في الاتجاه العكسي للإزاحة، كما أن الشغل المبذول في رفع الجسم من على الأرض سلبي لأن الجاذبية والإزاحة في اتجاهين متعاكسين، وفي حالة q = 180°، يكون الشغل المبذول سالب.

الشغل الصفري:

عندما يكون اتجاه القوة متعامد على اتجاه الإزاحة للجسم التي تؤثر عليه القوة، ففي هذه الحالة يكون الشغل المبذول يساوي صفر، فمثلًا؛ عندما يتم الضغط على الحائط بأقصى قوة ممكنة، فهذه القوة لن تؤثر على الحائط لأن الإزاحة المقطوعة تساوي صفر، كما أن من شروط الشغل المبذول أن يتحرك الجسم من مكانه لمكان آخر، والشغل الذي تقوم به قوة جذب مركزية مؤثرة على جسم بحركة دائرية منتظمة يساوي صفر لأنه دائمًا ما يكون بزاوية قائمة على اتجاه حركة الجسم، W = FS cos90o، W= FS (0)، W= 0، والشخص الذي يسير على طريق مستوٍ ويحمل ثقل على يده لا يعتبر شغل لأن القوة في الزوايا القائمة للإزاحة، وهذه الحالة يعتبر الشغل مساويًا للصفر، وفي حالة q = 90°، يكون الشغل المبذول يساوي صفرًا.[5][6][7]