ما هي وحدة قياس الأعمال ، سؤال مهم في الفيزياء؟ نظرًا لأن العمل الميكانيكي يعني حركة جسم ما على مسافة بسبب عمل قوة خارجية ، فسوف نتحدث في هذه المقالة بالتفصيل عن العمل الميكانيكي ونوضح ماهية وحدة القياس المستخدمة للتعبير عن العمل.
ما هو الشغل الميكانيكي
الشغل (بالإنجليزية: Work) هو مقياس لكمية الطاقة المنبعثة عندما يتحرك جسم بواسطة قوة خارجية على مسافة ، حيث يتم تطبيق جزء من القوة في نفس اتجاه إزاحة الجسم ، وإذا كانت القوة ثابتة ، يتم ضرب العمل الميكانيكي بمقدار القوة الملهمة على طول المسار محسوب. يعود طول المسار وكل هذا لـ انتقال الطاقة في شكل حركة من الخارج لـ الجسم الذي يعمل على الجسم ، ولا يمكن القول بأنه يعمل إلا إذا تحرك الجسم مسافة موحدة من موقعه الأصلي ، على سبيل المثال عندما يضرب صندوقًا بقوة موحدة ويتحرك هذا الصندوق مسافة. إذا تأثر الصندوق بقوة موحدة ولم يتحرك الصندوق أو يتحرك ولكنه عاد لـ موضعه الأصلي ، فلن يتم تنفيذ أي عمل ، لذلك يشير العمل الميكانيكي لـ التغيير المكاني للجسم بسبب القوة ، ويمكننا ببساطة تسميته العمل الميكانيكي. تعتمد على:
- قوة: إنها القوة الخارجية الملهمة على الجسم.
- الاستبدال: المسافة التي يتحرك بها الكائن عن موضعه الأصلي.
أنواع الأعمال الميكانيكية
هناك بالفعل ثلاث حالات فيزيائية رئيسية للعمل الميكانيكي وهي:
عمل ميكانيكي إيجابي
يقال إن الشغل الميكانيكي الإيجابي يحدث عندما يتحرك الجسم في نفس اتجاه القوة الخارجية الملهمة على الجسم ، وفي هذه الحالة يتم التخلص من العمل الميكانيكي. ومن أمثلة العمل الإيجابي:
- الشغل الذي تقوم به قوة التمدد عند شد الزنبرك موجب لأن القوة تعمل في نفس اتجاه إزاحة الزنبرك.
- عندما يقع الجسم بحرية تحت تأثير الجاذبية ، يكون الشغل الذي تقوم به الجاذبية موجبًا ، حيث تكون إزاحة الجسم في نفس اتجاه الجاذبية.
- عندما يتمدد غاز داخل أسطوانة ، يكون الشغل الذي تقوم به القوة موجبًا لأن الإزاحة في نفس اتجاه القوة.
العمل الميكانيكي السلبي
يحدث الشغل الميكانيكي السلبي عندما يتحرك الجسم عكس الاتجاه الخارجي المؤثر عليه ، ومن أمثلة الشغل السلبي:
- 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 الاتجاه المعاكس.
صفر عمل ميكانيكي
يحدث الشغل الميكانيكي الصفري عندما تكون الزاوية بين القوة والإزاحة 90 درجة ، وبعد ذلك لا يتم عمل ميكانيكي ، ومن أمثلة الشغل الصفري كالتالي:
- الشغل الذي تقوم به قوة الجاذبية المركزية الملهمة على جسم يتحرك بسرعة عادية في دائرة يساوي صفرًا لأن الزاوية بين قوة الجاذبية وحركة الجسم تساوي 90 درجة.
- الشخص الذي يحمل شيئًا معينًا ويمشي على مسار أفقي لا يعمل ولديه عمل صفر لأن الزاوية بين قوة الطفو والحركة تساوي 90 درجة.
ما هي وحدة قياس العمالة
الوحدة القياسية المستخدمة لقياس العمل الميكانيكي المنجز في الفيزياء جوليُرمز إليه بالرمز J في المعادلات الفيزيائية ، لأن الجول هو مقدار النقل عند تطبيق قوة مقدارها 1 نيوتن على جسم ما ، ويتحرك هذا الجسم في مسافة متر واحد ، وفي الحقيقة وحدة الطاقة هي نفس وحدة العمل في الفيزياء لأن الشغل ميكانيكي ، والطاقة ، وقياس العمل الميكانيكي وحدة الجول المستخدمة تساوي نيوتن واحد لكل متر في النظام العالمي لوحدات القياس. لذلك ، الشغل الميكانيكي يساوي القوة الملهمة على الشغل مضروبة في الإزاحة ، ولا يمكن كتابة قوانين العمل الميكانيكي إلا بالحركة الأفقية على النحو التالي:
الشغل = القوة × الإزاحة
يو = sxv
بينما:
- X → العمل: هو مقدار العمل المنجز بالقوة ووحدة الجول.
- S ← القوة: إنها القوة الخارجية الملهمة على الجسم ووحدته نيوتن.
- س → الإزاحة: هو مقدار إزاحة الجسم عن موضعه الأصلي ووحدة الأمتار.
إذا كان الجسم مائلاً عن سطح الأرض وكانت هناك زاوية بين القوة والإزاحة ، يكون القانون كما يلي:
الشغل = القوة × الإزاحة × الزاوية التجميلية
U = sxqx cos∅
بينما:
- X → العمل: هو مقدار العمل المنجز بالقوة ووحدة الجول.
- S ← القوة: إنها القوة الخارجية الملهمة على الجسم ووحدته نيوتن.
- س → الإزاحة: هو مقدار إزاحة الجسم عن موضعه الأصلي ووحدة الأمتار.
- كوس → زاوية كوس: إنه مقدار الزاوية بين اتجاه القوة واتجاه الإزاحة.
أمثلة على الأعمال الميكانيكية
على سبيل المثال ، هناك الكثير من الأمثلة على العمل الميكانيكي مثل العمل الأفقي حيث يتم تطبيق قوة مقدارها 40 نيوتن على صندوق ويتحرك هذا الصندوق بعيدًا عن موضعه الأصلي بمقدار مترين ، حيث يكون العمل الميكانيكي مساويًا لـ
الشغل = القوة × الإزاحة
يو = sxv
L = 40 نيوتن × 2 متر
U = 80 نيوتن متر
U = 80 جول
إذن ، الشغل الميكانيكي المنجز على الصندوق يساوي 80 جول.
من الممكن أيضًا حساب الشغل المنجز على سطح منحني باستخدام قوانين الشغل الفيزيائي ، على سبيل المثال ، إذا أثرت قوة على جسم بحجم 63 نيوتن وإزاحة الجسم من موضعه الأصلي في اتجاه يجعل زاوية 60 درجة مع المستوى الأفقي يساوي 3 أمتار ، يكون الشغل المنجز مساويًا:
الشغل = القوة × الإزاحة × الزاوية التجميلية
U = sxqx cos∅
U = 63 نيوتن × 3 أمتار × لأن الزاوية 60
نظرًا لأن جيب التمام 60 يساوي 0.5 ، يكون الحل كما يلي:
L = 63 نيوتن × 3 متر × 0.5
ش = 94.5 نيوتن متر
U = 94.5 جول
إذن الشغل الميكانيكي الذي يتم إجراؤه على الجسم هو 94.5 جول.
في انتهاء هذا المقال نعلم أن وحدة الشغل هي الجول ، وشرحنا معنى مفهوم العمل الميكانيكي في الفيزياء ، وتحدثنا عن كل أنواع الأعمال وحالاتها الفيزيائية ، وتحدثنا عن بعض الأمثلة للعمل على سطح أفقي وسطح منحن بخطوات مفصلة.
المراجع
britannica.com ، 10/12/2020
physicsclassroom.com ، 10/12/2020
khanacademy.org ، 10/12/2020
byjus.com ، 10/12/2020