الشغل
| English | العربية |
|---|---|
| work/wɜːk/ | شغل |
| joule/dʒuːl/ | جول. |
تعرق لحمل صندوق — دون نقل أي طاقة إليه؟
- امسك صندوقاً ثقيلاً وامشِ عبر أرض مستوية. قد يكون ذلك مرهقاً، لكن في الفيزياء أنت تقوم بلا شغل على الصندوق.
- يتطلب الشغل وجود قوة و حركة في اتجاه القوة.
- قوة رفعك العمودية عمودية على مشيتك الأفقية، لذلك لا تنقل أي طاقة إلى الصندوق.
- فهم هذه النقطة هو المفتاح لفهم قصة الطاقة بأكملها.
تعريف الشغل
- الشغل هو حاصل ضرب القوة في المسافة المقطوعة على امتداد القوة: $W = F d \cos\theta$.
- $\theta$ هو الزاوية بين القوة والإزاحة.
- إنه كمية قياسية، تُقاس بوحدة الجول ($1\ \text{J} = 1\ \text{N}\cdot\text{m}$).
- الشغل هو الوسيلة التي يتم بها نقل الطاقة إلى جسم أو منه.
حبل يسحب عربة ثلج $5\ \text{m}$ بقوة $20\ \text{N}$ بمسافة $60^\circ$ (زاوية $\cos 60^\circ = 0.5$). كم مقدار الشغل المبذول، بالجول؟
$W = Fd\cos\theta = 20 \times 5 \times 0.5 = 50\ \text{J}$.
يقاس الشغل بـ ____ (نفس وحدة الطاقة).
$1\ \text{J} = 1\ \text{N·m}$ — الشغل والطاقة يشاركان وحدة الجول.
فقط الجزء المتوافق يُحسب
- افصل القوة إلى جزء موازٍ للحركة وجزء عمودي عليها.
- فقط الجزء الموازي للحركة، وهو $F\cos\theta$، يقوم بالشغل.
- القوة المائلة بزاوية $90^\circ$ عن الحركة (عندما تكون $\cos 90^\circ = 0$) لا تقوم بأي شغل.
- ولهذا فإن حمل الصندوق أفقياً، أو مدار قمر صناعي دائري، لا ينطوي على بذل شغل.
الشغل على منحدر
غيّر الميل والكتلة لترى مقدار الشغل المطلوب لنقل المكعب عليه.
قوة تؤثر بزاوية $90^\circ$ مع اتجاه حركة الجسم. كم مقدار الشغل الذي تبذله؟
$\cos 90^\circ = 0$، إذن $W = Fd\cos 90^\circ = 0$. القوة العمودية لا تبذل شغلاً.
الشغل الموجب والسالب والصفر
- الشغل الموجب: تكون للقوة مركبة موازية للحركة (دفع يزيد سرعتك).
- الشغل السلبي: القوة تعاكس الحركة (احتكاك، أو التقاط كرة ساقطة).
- الشغل الصفري: تكون القوة عمودية، أو لا توجد حركة على الإطلاق.
- الشغل السلبي يطرد الطاقة؛ والشغل الموجب يضيفها.
أي حالة تتضمن شغلاً سالباً يُبذل على صندوق متحرك؟
الاحتكاك يشير عكس الحركة ($\theta = 180^\circ$، $\cos = -1$)، لذا يبذل شغلاً سالباً — مما يقلل الطاقة.
حدد جميع الحالات التي تقوم فيها قوة بـ صفر شغل على جسم.
الشغل الصفري يتطلب $\cos\theta = 0$ (عمودي) أو $d = 0$ (لا حركة). القوة على طول الحركة تبذل شغلاً موجباً.
عدم وجود حركة يعني عدم بذل شغل، بغض النظر عن مدى الجهد المبذول. دفع جدار غير قابل للحركة لا يبذل أي شغل في الفيزياء. والقوة العمودية على الحركة — مثل شد حبل يدور — تبذل أيضًا صفر شغل.
الدفع بقوة على جدار لا يتحرك لا يبذل أي شغل بالمعنى الفيزيائي.
عدم وجود إزاحة يعني $W = 0$، بغض النظر عن قوة الدفع.
يرتدي حبل عربة ثلجية كتلتها $5\ \text{m}$ بقوة مقدارها $20\ \text{N}$ بزاوية $60^\circ$ فوق الأرض ($\cos 60^\circ = 0.5$).
- $W = Fd\cos\theta = 20 \times 5 \times 0.5 = 50\ \text{J}$.
فقط الجزء الأفقي من السحب، وهو $20\cos 60^\circ = 10\ \text{N}$، يقوم بالشغل على طول المسافة $5\ \text{m}$.
الشغل ينقل الطاقة: $W = Fd\cos\theta$ (كمية قياسية، تقاس بالجول). فقط مركبة القوة الموازية للحركة تقوم بالشغل، لذا فإن القوة العمودية لا تقوم بأي شغل. يكون الشغل موجباً عندما يضيف الطاقة، وسالباً عندما يطرد منها.