الشغل هو القوه المبذوله لتحريك جسم ما مسافه معينه

عندما نركل كرة القدم، فإننا نبذل قوة خارجية تسمى F وبسبب هذه القوة (الركلة) تتحرك الكرة لمسافة معينة، تُعرف هذه الحركة للكرة من الموضع A إلى B بالإزاحة (d)، ويُقال أن هذا العمل قد تم إنجازه ويمكن حسابه على أنه W = F × d.

أي العمل = القوة × الإزاحة = F × d

ولكل من القوة والإزاحة المقدار والاتجاه، لذا فإن كلا من هذه الكميات متجهات، فكما ذكرنا الشغل هو حاصل ضرب القوة والإزاحة، لذلك له المقدار فقط وليس له اتجاه، ولذلك فهو كمية عددية.

إذا كانت F = 1 N و d = 1 m فإن الشغل الذي تقوم به سيكون 1 N · m..

هنا وحدة العمل هي نيوتن متر N/م أو الجول (J) وهكذا فإن 1 J هو مقدار الشغل المبذول على جسم عندما تزيحه قوة مقدارها 1 نيوتن بمقدار متر واحد على طول خط شغل القوة.[1]

تعريف الشغل

يقال إن الشغل هو عندما يتحرك جسم أو شيء باستخدام قوة خارجية، ويمكننا تعريف الشغل على أنه نشاط يتضمن حركة وقوة في اتجاه القوة.

على سبيل المثال، قوة مقدارها 30 نيوتن (N) تدفع جسمًا 3 أمتار في نفس اتجاه القوة ستؤدي 90 جول (J) من الشغل.

ويمكن تعريف الشغل على أنه الشغل المبذول بالقوة المؤثرة على جسم يساوي حاصل ضرب القوة وإزاحة الجسم في اتجاه القوة.

يتم إنجاز الشغل الذي يتم على الجسم ليس فقط عن طريق إزاحة الجسم من مكان إلى آخر ولكن أيضًا، يمكن عن طريق ضغط الغاز، أو حتى عن طريق التسبب في حركات غير مرئية للجسيمات داخل الجسم بواسطة قوة مغناطيسية خارجية.

الشغل الذي تقوم به القوة يمكن أن يكون موجبًا أو سالبًا أو صفرًا وهذه تعتبر أنواع الشغل المختلفة.[1]

أنواع الشغل

الشغل الإيجابي .
الشغل السلبي .
حالة الصفر للشغل المنجز .

يجب أن نعرف تعريف الشغل وانواعه المختلفة، فهناك أنواع عديدة من الشغل، ومنها:

الشغل الإيجابي

إذا أزاحت القوة الجسم في اتجاهه، فإن الشغل المنجز يكون إيجابيًا.
لذلك، W = Fd.
ومثال على هذا النوع من العمل المنجز هو حركة سقوط الكرة نحو الأرض حيث تكون إزاحة الكرة في اتجاه قوة الجاذبية.[1]

الشغل السلبي

إذا كانت القوة والإزاحة في اتجاهين متعاكسين، فيقال على هذه الحالة الشغل بالسالب.
على سبيل المثال، إذا تم إلقاء كرة في اتجاه تصاعدي، فسيكون إزاحتها في الاتجاه التصاعدي ولكن القوة الناتجة عن جاذبية الأرض تكون في الاتجاه الهبوطي.
إذن هنا في هذه الحالة تقوم الجاذبية بعمل سلبي عندما ترمي الكرة لأعلى، ومن ثم فإن الشغل الذي تقوم به قوة الجاذبية سالب.
رياضيًا عندما تكون الإزاحة معاكسة للقوة، يتم إعطاء الشغل بواسطة السالب، وهذا يعني فقط أن القوة والإزاحة تعمل في اتجاهين متعاكسين.[1]

حالة الصفر للشغل المنجز

إذا كان اتجاهي القوة والإزاحة متعامدين مع بعضهما البعض، فإن الشغل المبذول بواسطة القوة المؤثرة على الجسم يساوي صفرًا.
على سبيل المثال، عندما نضغط بقوة على الحائط، فإن القوة التي نبذلها على الحائط لا تعمل، وفي هذه الحالة تكون إزاحة الجدار d = 0.
ومع ذلك، في هذه العملية، تستخدم عضلاتنا طاقتنا الداخلية ونتيجة لذلك نشعر بالتعب.[1]

مسائل في الشغل

بعد أن عرفنا تعريف الشغل وانواعه، إليك هذا المثال على الشغل:

يُسحب جسم أفقيًا عبر السطح بقوة 100 نيوتن تعمل بالتوازي مع السطح، اعرف مقدار الشغل الذي تبذله القوة في تحريك الجسم لمسافة 8 م

يجب أن نعرف أن:

f= 100 نيوتن

D = 8 م

وبما أن F و d في نفس الاتجاه،

θ = 0 ،θ هي زاوية القوة لاتجاه الحركة.

W = F Cos θ

= 100 x 8 x Cos 0

= 800 J [Since Cos 0 = 1]

[2]

نظرية الشغل والطاقة

الطاقة كلمة شائعة يمكن استخدامها كثيرًا في الحياة اليومية، وعلى الرغم من أنه غالبًا ما تستخدم بشكل أكثر توسعًا إلى حد ما، إلا أن لها معنى ماديًا محددًا للغاية.

فالطاقة هي قياس قدرة شيء ما على القيام بعمل، وهي ليست مادة مادية، ولكن يمكن تخزين الطاقة وقياسها بأشكال عديدة.

على الرغم من أننا كثيرًا ما نسمع الناس يتحدثون عن استهلاك الطاقة، إلا أن الطاقة لا يتم استهلاكها بشكل نهائي أبدًا.

ولكن يتم نقلها فقط من شكل إلى آخر، وهذه المرحلة يدخل الشغل الذي يبذله الشخص لتغيير الطاقة من شكل لآخر.

بعض أشكال الطاقة أقل إفادة من غيرها، فعلى سبيل المثال، الطاقة الحرارية منخفضة المستوى.

لذلك من الأفضل استهلاك أو استخراج موارد الطاقة، فعلى سبيل المثال الفحم أو النفط أو الرياح، بدلًا من استهلاك الطاقة نفسها.[3]

قانون الشغل والطاقة

الوحدة القياسية المستخدمة لقياس الطاقة والعمل المنجز في الفيزياء هي الجول، التي تحمل الرمز J في الميكانيكا، 1 جول هي الطاقة المنقولة عندما يتم تطبيق قوة مقدارها 1 نيوتن على جسم ما وتحركه خلال مسافة 1 متر.

وحدة أخرى للطاقة قد تكون تعرفها وهي السعرات الحرارية، فغالبًا ما يتم كتابة كمية الطاقة في أي عنصر من الطعام بالسعرات الحرارية على ظهر العبوة.

فمثلًا قطعة شوكولاتة 60 جرام تحتوي على حوالي 280 سعرة حرارية من الطاقة.

السعرة الحرارية الواحدة هي كمية الطاقة المطلوبة لرفع 1 كجم من الماء.

لذا فإن قطعة شوكولاتة واحدة بها 1.17 مليون جول أو 1.17 ميجا جول من الطاقة المخزنة.[3]

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.

العمل والطاقة متناسبان طرديا مع بعضهما البعض، ويمكن التعبير عن العمل المنجز من قبل كائن ما، وذلك بواسطة قانون رياضي محدد على النحو التالي:

W=½mv2f – ½mv2i
W هو الشغل المبذول بواسطة كائن تم قياسه باستخدام الجول.
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.[4]

الأشكال المختلفة من الطاقة

الطاقة الحركية .
طاقة الوضع .

بعد أن عرفنا تعريف الشغل وانواعه ، إليك الأنواع المختلفة من الطاقة:

الطاقة الحركية

هي الطاقة التي تعبر عن حركة الأشياء أو المواد، لذلك تمتلك كل مادة طاقة حركية، وأي جسم متحرك لديه طاقة حركية.

الصيغة الشائعة للطاقة الحركية هي الكتلة المتحركة:

KE = 1/2 mv2
KE هي طاقة حركية، و m كتلة، و vهي السرعة، والجول هو الوحدة المناسبة للطاقة الحركية.[5]

طاقة الوضع :

هي الطاقة التي تكتسب أهمية من وضعها أو موقعها، وتتضمن أمثلة طاقة الوضع التزلج على قمة تل، ويمكن استخدام إحدى المعادلات الأكثر شيوعًا لطاقة الوضع لتحديد طاقة الجسم فيما يتعلق بارتفاعه فوق القاعدة:

E = mgh
PE هي طاقة وضع، m كتلة، g تسارع بسبب الجاذبية، و h ارتفاع.
الوحدة لطاقة الوضع هي الجول (J) ونظرًا لأنها تعكس موضع الجسم، يمكن أن يكون لها علامة سالب.[5]

أنواع أخرى من الطاقة

بينما تصنف الميكانيكا الكلاسيكية كل الطاقة إما على أنها حركية أو موضعية، هناك أشكال أخرى من الطاقة، مثل:

طاقة الجاذبية: الطاقة الناتجة عن جذب كتلتين لبعضهما البعض.
الطاقة الكهربائية: الطاقة الناتجة من شحنة كهربائية ثابتة أو متحركة.
الطاقة المغناطيسية: الطاقة الناتجة من جذب المجالات المغناطيسية المعاكسة، أو تنافر المتشابهة.
الطاقة النووية: الطاقة الناتجة من القوة التي تربط البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة.
الطاقة الحرارية: وهي طاقة يمكن قياسها على أنها درجة حرارة.
الطاقة الكيميائية: هي الطاقة الموجودة في الروابط الكيميائية بين الذرات والجزيء.
الطاقة الميكانيكية: مجموع الطاقة الحركية وطاقة الوضع.
الطاقة المشعة: الطاقة الناتجة من الإشعاع الكهرومغناطيسي، بما في ذلك الأشعة السينية.[5]