أنواع الشغل
ينقسم الشغل إلى ثلاثة أنواع رئيسيّة اعتمادًا على قياس الزاوية بين القوة المؤثرة على الجسم و إزاحة الجسم الناتجة عن الشغل المبذول، وهي كما يأتي:
الشغل الإيجابي
إذا كانت الزاوية بين القوة المؤثرة وإزاحة الجسم تُساوي أو أكبر من صفر وأقل من 90 درجة، أي (90>(θ)≥0) يكون الشغل المبذول على الجسم موجبًا، مثلًا: حمل شخص حقيبةً من الأرض نحو الأعلى فإنّ الشغل المبذول من الشخص يكون موجبًا؛ لأنّ القوة المؤثرة والإزاحة في نفس الاتجاه والزاوية بينهما تساوي صفر.
الشغل السلبي
إذا كانت الزاوية بين القوة المؤثرة وإزاحة الجسم أكبر من 90 درجة، أي ((θ)>90) يكون الشغل المبذول على الجسم سالبًا، مثلًا: سحب شخص جسمًا على سطح خشن فإنّ الشغل المبذول من الشخص يكون سالبًا؛ لأنّ اتجاه قوة الاحتكاك والإزاحة متعاكسان والزواية بينهما تساوي 180 درجة.
الشغل الصفري
إذا كان اتجاه القوة المؤثرة عاموديًّا على اتجاه الإزاحة والزاوية بينهما تُساوي 90 درجة، أي ((θ)>90) يكون الشغل المبذول على الجسم صفرًا، مثلًا: حمل شخص حقيبته على رأسه، ومشى فيها أفقيًّا، فإنّ الشغل المبذول من الشخص يكون صفرًا؛ لأنّ اتجاه القوة المؤثرة عاموديّ على اتجاه الإزاحة والزواية بينهما تُساوي 90 درجة.
وحدة قياس الشغل
يُقاس الشغل في النظام العالميّ للوحدات أو النظام الدوليّ للوحدات بوحدة الجول (J)، وتُساوي وحدة القوة (نيوتن) في وحدة الإزاحة (المتر) وبالتالي الجول يُساوي نيوتن.م، وعندما نقول الشغل يُساوي واحد جول هذا يدلّ على أنّ واحد نيوتن من القوة يُسبب مترًا واحدًا من الإزاحة.
يُقاس الشغل في نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية (CGS) بوحدة إرج (erg) وتساوي واحد داين في سم (dyne.cm)، ويُمكن التحويل من وحدة (الجول) إلى وحدة (الداين.سم) من خلال العلاقة:
1 جول = 710 داين.سم = 710 إرج.
تتمثل معادلة الأبعاد لوحدة الشغل كالآتي:
ك ل² ز (ML²T)
حيثُ إنّ:
ك (M): الكتلة.
- ل (L): الطول.
- ز (T): الزمن.
ويُوضّح الجدول الآتي ملخص للوحدات الأساسيّة للشغل:
| النظام الدولي للوحدات | نيوتن.م (N.m) | جول (Joul) |
| نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية | داين.سم (dyne.cm) | إرج (Erg) |
| معادلة الأبعاد | ك ل² ز (ML²T) | - |
قانون حساب الشغل
يُعرف الشغل بمقدار القوّة الخارجيّة اللازمة لإزاحة الجسم، وهو حاصل ضرب كميتين متجهتين، وهما: القوة الخارجيّة المؤثرة والإزاحة، ويُعدّ الشغل كمية قياسيّة تحتاج إلى مقدار فقط بدون اتجاه، وتُمثل العلاقة بين الكميتين المتجهتين بالصيغة الرياضيّة الآتية:
الشغل = القوة المؤثرة × جتا(الزاوية بين القوة والإزاحة) × الإزاحة
وبالرموز:
ش = ق × جتاθ × ف
وبالرموز الإنجليزية:
W = f cosθ d
حيثُ إنّ:
- ش (W): الشغل المبذول على الجسم، ويُقاس بوحدة الجول وتُساوي (نيوتن.متر).
- ق (f): القوة المؤثرة على الجسم، وتُقاس بوحدة النيوتن.
- θ: الزاوية بين اتجاه إزاحة الجسم واتجاه القوة المؤثرة على الجسم.
- ف (d): الإزاحة التي يقطعها الجسم، وتُقاس بوحدة المتر (م).
