أنواع الشغل المبذول في الفيزياء

أنواع الشغل المبذول في الفيزياء

يُعد الشغل كمية قياسية ناتجة عن حاصل ضرب كميتين متجهتين وهما القوة المؤثرة وإزاحة الجسم، وبالتالي وفقًا لقيمة الزاوية بين هاتين الكميتين المتجهتين يوجد ثلاثة أنواع من الشغل المبذول، وهي كما يأتي:

الشغل الإيجابي

يكون الشغل موجبًا إذا كانت قياس الزاوية بين القوة المؤثرة على الجسم و الإزاحة تساوي صفر أو أقل من 90 درجة، أي 90>(θ)≥0، على سبيل المثال: إذا رفع شخصًا صندوقًا من الأرض نحو الأعلى فإنّ الزاوية بين الإزاحة والقوة تساوي صفر والشغل المبذول سيكون موجبًا.

الشغل السلبي

يكون الشغل سالبًا إذا كانت قياس الزاوية بين القوة المؤثرة على الجسم والإزاحة أكبر من 90 درجة، أي (θ)>90، على سبيل المثال: إذا سُحب جسم على سطح خشن أفقي ستؤثر عليه قوة احتكاك بالاتجاه المعاكس، فإنّ الزاوية بين الإزاحة و القوة تساوي 180 والشغل المبذول سيكون سالبًا.

الشغل الصفري

يكون الشغل صفرًا إذا كانت قياس الزاوية بين القوة المؤثرة على الجسم والإزاحة عمودية وتساوي 90 درجة، أي (θ)=90، على سبيل المثال: إذا حمل شخصًا جسمًا على رأسه ومشى فيه على الأرض فإنّ الزاوية بين الإزاحة والقوة تساوي 90 والشغل المبذول سيكون صفرًا.

قانون الشغل المبذول في الفيزياء

يُعرّف الشغل المبذول (بالإنجليزية: Work) بأنّه الطاقة اللازمة لإزاحة الجسم والناتجة من القوة الخارجية المؤثرة عليه، ويُقاس الشغل بوحدة الجول، ويُعبر عنه بأنّه حاصل ضرب القوة المؤثرة في الإزاحة التي يقطعها الجسم، ويُمكن تمثيله بالصيغة الرياضية الآتية:

الشغل المبذول = القوة المؤثرة × الإزاحة × جتا(الزاوية بين القوة والإزاحة)

وبالرموز:

ش = ق × ف × جتاθ

وبالرموز الإنجليزية:

W = f d cosθ

حيث إنّ:

• ش (W): الشغل المبذول على الجسم، ويُقاس بوحدة الجول (نيوتن.متر).
• ق (f): القوة المؤثرة على الجسم، وتُقاس بوحدة النيوتن.
• ف (d): الإزاحة التي يقطعها الجسم، وتُقاس بوحدة م.
• θ: الزاوية بين اتجاه القوة المؤثرة واتجاه الإزاحة.

أمثلة حسابية على أنواع الشغل المبذول في الفيزياء

فيما يأتي أمثلة حسابية على أنواع الشغل المبذول في الفيزياء:

إيجاد الشغل المبذول الإيجابي

احسب الشغل المبذول على الجسم الذي سُحب أفقيًا لمسافة 9 م بقوة مقدارها 110 نيوتن.

الحل:

1. كتابة المعطيات:
   1. القوة المؤثرة = 110 نيوتن.
   2. الإزاحة = 9 م.
   3. الزاوية بين الإزاحة والقوة = صفر (لأنّهما في نفس الاتجاه).
2. تطبيق قانون الشغل المبذول:
   1. ش = ق × ف × جتاθ
   2. ش = 110 × 9 × جتا0
   3. الشغل المبذول = 990 جول.

إيجاد الشغل المبذول السلبي

احسب الشغل المبذول على الجسم ينزلق نحو الأسفل ويُراد رفعه إلى الأعلى لمسافة 10 م وبقوة مقدارها 50 نيوتن.

الحل:

1. كتابة المعطيات:
   1. القوة المؤثرة = 50 نيوتن.
   2. الإزاحة = 10 م.
   3. الزاوية بين الإزاحة والقوة = 180 (لأنّهما في عكس الاتجاه).
2. تطبيق قانون الشغل المبذول :
   1. ش = ق × ف × جتاθ
   2. ش = 50 × 10 × جتا180
   3. الشغل المبذول = 500- جول.

إيجاد الشغل المبذول الصفري

احسب الشغل المبذول على صندوق يبلغ وزنه 70 نيوتن ويسير به رجل لمسافة 14 م.

الحل:

1. كتابة المعطيات:
   1. القوة المؤثرة = 70 نيوتن.
   2. الإزاحة = 14 م.
   3. الزاوية بين الإزاحة والقوة = 90 (لأنّ اتجاه القوة عمودي على الإزاحة).
2. تطبيق قانون الشغل المبذول:
   1. ش = ق × ف × جتاθ
   2. ش = 70 × 14 × جتا90
   3. الشغل المبذول = 0 جول.