أنواع الطاقة المستمدة من العمل في الفيزياء

أنواع العمل في الفيزياء

الشغل عبارة عن كمية قياسية ناتجة عن كميتين متجهتين، وهما القوة المطبقة والإزاحة الناتجة عن تلك القوة. ووفقاً لزاوية العلاقة بين هاتين الكميتين، يمكن تقسيم الشغل المنجز إلى ثلاثة أنواع رئيسية، كما يلي:

العمل الإيجابي

يكون الشغل موجبًا عندما تكون زاوية القوة المؤثرة على الجسم والإزاحة صفرًا أو أقل من 90 درجة، أي 90 > (θ) ≥ 0. على سبيل المثال، عندما يرفع شخص صندوقًا من الأرض إلى الأعلى، فإن الشغل يكون موجبًا زاوية الإزاحة بالنسبة إلى القوة تساوي صفرًا، مما يجعل الشغل المبذول موجبًا.

العمل السلبي

يكون الشغل سالبًا عندما تتجاوز زاوية القوة المؤثرة على الجسم والإزاحة 90 درجة، أي (θ) > 90. على سبيل المثال، إذا تم سحب جسم على سطح أفقي خشن، فإن قوة الاحتكاك تعمل في الاتجاه المعاكس ، مما يجعل الزاوية بين الإزاحة و تساوي 180 درجة، وبالتالي يكون الشغل المبذول سالبًا.

عمل صفر

يكون الشغل صفراً إذا كانت زاوية القوة المؤثرة على الجسم والإزاحة متعامدة وتساوي 90 درجة، أي (θ) = 90. فمثلاً، عندما يحمل شخص جسماً على رأسه ويمشي على الأرض، يكون الشغل صفراً الزاوية بين الإزاحة والقوة تساوي 90 درجة، مما يجعل الشغل المبذول صفرًا.

قانون العمل في الفيزياء

يتم تعريف الشغل المبذول على أنه الطاقة اللازمة لتحقيق إزاحة جسم ما نتيجة لقوة خارجية تؤثر عليه. يقاس الشغل بالجول، وهو حاصل ضرب القوة المؤثرة على إزاحة الجسم. ويمكن التعبير عن العلاقة الرياضية على النحو التالي:

الشغل المبذول = القوة × الإزاحة × جيب التمام (الزاوية بين القوة والإزاحة)

ومع الرموز:

u = ق × ف × جيب التمامθ

في الرموز الانجليزية:

W = FD cosθ

حيث تشير الرموز إلى ما يلي:

• W (W): الشغل المبذول على الجسم، ويقاس بالجول (نيوتن متر).
• F(f): القوة المؤثرة على الجسم، وتقاس بالنيوتن.
• F(d): الإزاحة التي يقطعها الجسم، مقاسة بالأمتار.
• θ: الزاوية بين اتجاه القوة المطبقة واتجاه الإزاحة.

أمثلة حسابية لنوع العمل المنجز في الفيزياء

وفيما يلي سنستعرض مجموعة من الأمثلة الرياضية المتعلقة بأنواع الأعمال المنجزة في الفيزياء:

حساب العمل الإيجابي المنجز

احسب الشغل المبذول على جسم سُحب أفقيًا مسافة 9 أمتار بقوة مقدارها 110 نيوتن.

الحل:

1. تسجيل البيانات:
   1. القوة المؤثرة = 110 نيوتن.
   2. الإزاحة = 9 م.
   3. الزاوية بين الإزاحة والقوة = صفر (لأنهما في نفس الإتجاه).
2. تطبيق قانون العمل المفرط:
   1. u = ق × ف × جيب التمامθ
   2. ش = 110 × 9 × جيب التمام0
   3. الشغل المنجز = 990 جول.

حساب العمل السلبي المنجز

احسب الشغل المبذول على جسم ينزلق لأسفل بقصد رفعه مسافة 10 أمتار باستخدام قوة مقدارها 50 نيوتن.

الحل:

1. تسجيل البيانات:
   1. القوة المؤثرة = 50 ن.
   2. النزوح = 10 م.
   3. الزاوية بين الإزاحة والقوة = 180 (لأنهما متقابلتان).
2. تطبيق قانون العمل المفرط:
   1. u = ق × ف × جيب التمامθ
   2. ش = 50 × 10 × جيب التمام 180
   3. الشغل المنجز = -500 جول.

حساب صفر العمل المنجز

احسب الشغل المبذول على صندوق وزنه 70 نيوتن عندما سار به رجل مسافة 14 m.

الحل:

1. تسجيل البيانات:
   1. القوة المؤثرة = 70 نيوتن.
   2. الإزاحة = 14 م.
   3. الزاوية بين الإزاحة والقوة = 90 (لأن اتجاه القوة عمودي على الإزاحة).
2. تطبيق قانون العمل المفرط:
   1. u = ق × ف × جيب التمامθ
   2. ش = 70 × 14 × جيب التمام90
   3. الشغل المنجز = 0 جول.