ما هي وحدة قياس الشغل، سؤال مهم في الفيزياء، حيث أن العمل الميكانيكي يعني حركة الجسم عبر مسافة بسبب تأثير قوة خارجية عليه، وفي هذا المقال سنتحدث بالتفصيل عن الميكانيكا. سنقوم بشرح ما هي وحدة القياس المستخدمة للتعبير عن العمل.
محتويات
ما هو العمل الميكانيكي
الشغل هو مقياس لكمية الطاقة التي تحدث عندما يتحرك جسم ما عبر مسافة بواسطة قوة خارجية، حيث يتم تطبيق جزء من القوة في نفس اتجاه إزاحة الجسم، وإذا كانت القوة ثابتة، فيمكن للعمل الميكانيكي يحسب بضرب طول المسار بمقدار القوة المؤثرة على طول المسار، وكل هذا يحدث بسبب انتقال الطاقة من الخارج الذي يؤثر على الجسم، إلى الجسم على شكل حركة، و لا يمكن القول أن هناك عمل ما لم يتحرك الجسم مسافة معينة من موضعه الأصلي، على سبيل المثال عن طريق ضرب صندوق بقوة معينة وهذا الصندوق يتحرك مسافة معينة من موضعه الأصلي، فيكون هناك عمل، ولكن إذا كان يتأثر الصندوق بقوة معينة ولا يتحرك الصندوق أو يتحرك ولكنه يعود إلى موضعه الأصلي، فلا يتم تنفيذ أي عمل، لأن العمل الميكانيكي يعبر عن تغيير معين. من الجسم بسبب القوة، وباختصار يمكننا القول أن الشغل الميكانيكي يعتمد على ما يلي
- القوة هي القوة الخارجية التي تؤثر على الجسم.
- الإزاحة هي المسافة التي قطعها الجسم عن موضعه الأصلي.
أنواع الأعمال الميكانيكية
في الواقع، هناك ثلاث حالات فيزيائية رئيسية للعمل الميكانيكي
عمل ميكانيكي إيجابي
حيث يحدث العمل الميكانيكي الإيجابي عندما يتحرك الجسم في نفس اتجاه القوة الخارجية المؤثرة على الجسم، وفي هذه الحالة يُقال إن العمل الميكانيكي يتم، ومن أمثلة العمل الإيجابي ما يلي
- عندما يتم شد الزنبرك، يكون الشغل الذي تقوم به قوة الشد موجبًا، لأن القوة تعمل في نفس اتجاه إزاحة الزنبرك.
- عندما يقع الجسم بحرية تحت تأثير الجاذبية، يكون الشغل الذي تقوم به الجاذبية موجبًا، لأن إزاحة الجسم تكون في نفس اتجاه الجاذبية.
- عندما يتمدد غاز داخل أسطوانة، يكون الشغل المبذول بواسطة القوة موجبًا، لأن الإزاحة في نفس اتجاه القوة.
العمل الميكانيكي السلبي
حيث يحدث العمل الميكانيكي السلبي عندما يتحرك الجسم عكس اتجاه القوة الخارجية المؤثرة عليه، ومن أمثلة العمل السلبي ما يلي
- الشغل المبذول ضد الاحتكاك سالب، لأن قوة الاحتكاك تكون دائمًا في الاتجاه المعاكس للإزاحة.
- الشغل المبذول في رفع الجسم سالب، لأن قوة الجاذبية والإزاحة في اتجاهين متعاكسين.
صفر عمل ميكانيكي
حيث يتم عمل صفر ميكانيكي عندما تكون الزاوية بين القوة والإزاحة 90 درجة، وفي هذه الحالة لا يتم عمل أي عمل ميكانيكي. تتضمن أمثلة العمل الصفري ما يلي
- الشغل المبذول بواسطة قوة الجاذبية المركزية المؤثرة على جسم يتحرك في دائرة بسرعة منتظمة تساوي صفرًا، لأن الزاوية بين قوة الجاذبية وحركة الجسم تساوي 90 درجة.
- الشخص الذي يحمل شيئًا معينًا ويمشي على مسار أفقي لا يفي بالغرض ويكون عمله صفرًا، لأن الزاوية بين قوة الرفع والحركة تساوي 90 درجة.
ما هي وحدة قياس العمل
الوحدة القياسية المستخدمة لقياس الشغل الميكانيكي المنجز في الفيزياء هي الجول، والذي يُشار إليه في المعادلات الفيزيائية بالرمز J، لأن الجول هو الكمية المنقولة عندما يتم تطبيق قوة مقدارها 1 نيوتن على الجسم، ويتحرك هذا الجسم من خلاله مسافة متر واحد، وفي الحقيقة وحدة الطاقة هي نفس وحدة العمل في الفيزياء، لأن العمل الميكانيكي يعتبر طاقة، ووحدة الجول لقياس الشغل الميكانيكي تساوي نيوتن لكل متر في النظام الدولي للوحدات من القياس، وبالتالي فإن العمل الميكانيكي يساوي القوة المؤثرة على الشغل مضروبة في الإزاحة، ويمكن كتابة قوانين العمل الميكانيكي للحركة الأفقية على النحو التالي
العمل = القوة × الإزاحة U = F × F
في حين
- س ← الشغل هو مقدار الشغل المبذول بواسطة تأثير القوة ووحدتها هي الجول.
- s ← القوة هي القوة الخارجية التي تؤثر على الجسم ووحدته هي نيوتن.
- F → الإزاحة هو مقدار إزاحة الجسم من موضعه الأصلي ووحدته هي العداد.
أما إذا كان الجسم يميل بالنسبة لسطح الأرض وكانت هناك زاوية بين القوة والإزاحة، يكون القانون كما يلي
العمل = القوة x الإزاحة x كوس الزاوية u = sxqx cos∅
في حين
- س ← الشغل هو مقدار الشغل المبذول بواسطة تأثير القوة ووحدتها هي الجول.
- s ← القوة هي القوة الخارجية التي تؤثر على الجسم ووحدته هي نيوتن.
- F → الإزاحة هو مقدار إزاحة الجسم من موضعه الأصلي ووحدته هي العداد.
- Cos∅ ← جيب تمام الزاوية هو جيب تمام الزاوية بين اتجاه القوة واتجاه الإزاحة.
أمثلة على الأعمال الميكانيكية.
هناك العديد من الأمثلة على العمل الميكانيكي، على سبيل المثال في العمل الأفقي، حيث إذا تم تطبيق قوة مقدارها 40 نيوتن على صندوق، وكان هذا الصندوق يتحرك مسافة 2 متر من موضعه الأصلي، فإن الشغل الميكانيكي يساوي أ
الشغل = القوة × الإزاحة w = sxq = 40 نيوتن × 2 متر sh = 80 نيوتن متر sh = 80 جول، وبالتالي فإن الشغل الميكانيكي المنجز على الصندوق هو 80 جول.
من الممكن أيضًا حساب الشغل المنجز على سطح مائل من خلال قوانين الشغل الفيزيائية، على سبيل المثال، إذا تم تطبيق قوة مقدارها 63 نيوتن على جسم، في اتجاه يشكل زاوية 60 درجة مع المستوى الأفقي، وإزاحة الجسم عن موضعه الأصلي تساوي 3 أمتار، فإن الشغل المنجز يساوي
الشغل = القوة x الإزاحة x cos الزاوية u = sxqx cos ∅ u = 63 نيوتن x 3 متر x cos الزاوية 60 بما أن cos الزاوية 60 يساوي 0.5، فإن الحل هو u = 63 نيوتن × 3 متر × 0.5 u = 94.5 نيوتن متر ش = 94.5 جول، إذن الشغل الميكانيكي الذي يتم إجراؤه على الجسم يساوي 94.5 جول.
في نهاية هذا المقال تعلمنا أن وحدة قياس العمل هي الجول، حيث أوضحنا معنى مفهوم العمل الميكانيكي في الفيزياء، وقد ذكرنا جميع أنواع الأعمال وحالاتها الفيزيائية، ونحن ذكرنا بعض الأمثلة للعمل على سطح أفقي وسطح مائل مع الحل في خطوات مفصلة.