جدول ال فكرة
ما هي وحدة قياس الشغل ، سؤال مهم في الفيزياء ، حيث أن العمل الميكانيكي يعني حركة الجسم بمسافة بسبب تأثير قوة خارجية عليه ، وفي هذا المقال سنتحدث بالتفصيل عن العمل الميكانيكي ، وسنوضح ، وهي وحدة القياس المستخدمة للتعبير عن العمل.
ما هو العمل الميكانيكي
الشغل هو مقياس لمقدار الطاقة الذي يحدث عندما يتحرك جسم ما مسافة بواسطة قوة خارجية ، وبعض القوة تُبذل في نفس اتجاه إزاحة الجسم ، وعندما تكون القوة ثابتة ، يمكن حساب الشغل الميكانيكي بضرب طول المسار بالقوة المؤثرة على طول المسار ، وكل هذا يحدث بسبب انتقال الطاقة من القوة الخارجية المؤثرة على الجسم إلى الجسم في شكل حركة ولا يستطيع الإنسان القول بوجود عمل إلا إذا يتحرك الجسم مسافة معينة من موضعه الأصلي ، على سبيل المثال عندما يضرب صندوقًا بقوة معينة ويحرك هذا الصندوق مسافة معينة من موضعه الأصلي ، عندها يكون هناك عمل ، ولكن عندما يتم تطبيق قوة معينة على الصندوق ، والمربع لا يتحرك ولا يتحرك الا الى اصله يعود موقع che ، ثم لا يتم عمل أي عمل ، لأن العمل الميكانيكي يعبر عن تغيير مكاني للجسم بسبب القوة ، وباختصار يمكننا القول أن عمل الميكانيكا يعتمد على:[1]
- القوة: هي القوة الخارجية المؤثرة على الجسم.
- الإزاحة: هي المسافة التي قطعها الجسم عن موضعه الأصلي.
أنواع الأعمال الميكانيكية
في الواقع ، هناك ثلاث حالات فيزيائية رئيسية للعمل الميكانيكي:[2]
عمل ميكانيكي إيجابي
يحدث الشغل الميكانيكي الإيجابي عندما يتحرك الجسم في نفس اتجاه القوة الخارجية المؤثرة على الجسم. في هذه الحالة ، يُقال إن العمل الميكانيكي قد تم. تتضمن أمثلة العمل الإيجابي ما يلي:
- عندما يتم ضغط الزنبرك ، يكون الشغل الذي تقوم به قوة الضغط 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 تحدث في نفس اتجاه الجاذبية.
- عندما يتمدد غاز في أسطوانة ، يكون الشغل الذي تقوم به القوة موجبًا لأن الإزاحة في نفس اتجاه القوة.
العمل الميكانيكي السلبي
يحدث العمل الميكانيكي السلبي عندما يتحرك الجسم في الاتجاه المعاكس للقوة الخارجية المؤثرة عليه. أمثلة على العمل السلبي هي:
- الشغل المبذول ضد الاحتكاك سالب لأن قوة الاحتكاك تكون دائمًا في الاتجاه المعاكس للإزاحة.
- الشغل المبذول في رفع الجسم سالب لأن الجاذبية والإزاحة في اتجاهين متعاكسين.
صفر عمل ميكانيكي
إذا لم يحدث عمل ميكانيكي عندما تكون الزاوية بين القوة والإزاحة 90 درجة ، فلن يتم القيام بأي عمل ميكانيكي في هذه الحالة. أمثلة على العمل الصفري هي:
- قوة الجاذبية المركزية التي يتم إجراؤها على جسم يتحرك في مدار دائري بسرعة منتظمة تساوي صفرًا لأن الزاوية بين قوة الجاذبية وحركة الجسم تساوي 90 درجة.
- الشخص الذي يحمل شيئًا معينًا ويمشي على مسار أفقي لا يقوم بأي عمل ويكون عمله صفرًا لأن الزاوية بين قوة الطفو والحركة تساوي 90 درجة.
ما هي وحدة قياس العمل؟
الوحدة القياسية لقياس الشغل الميكانيكي في الفيزياء هي الجول ، ويُشار إليها بالرمز J في المعادلات الفيزيائية ، لأن الجول هو مقدار الطاقة المنقولة عند ممارسة قوة مقدارها 1 نيوتن على الجسم ، ويتحرك هذا الجسم لمسافة. 1 متر ، وبالفعل فإن وحدة الطاقة هي نفس وحدة العمل في الفيزياء لأن العمل الميكانيكي يعتبر طاقة ووحدة الجول لقياس العمل الميكانيكي تساوي نيوتن واحد لكل متر ، النظام الدولي الواحد للوحدات ، وبالتالي فإن الشغل الميكانيكي يساوي القوة المؤثرة على الشغل مضروبة في الإزاحة ، ويمكن كتابة قوانين الشغل الميكانيكي على الحركة الأفقية على النحو التالي:[3]
العمل = القوة × الإزاحة ث = F × F
بينما:
- س ← الشغل: هو مقدار الشغل المبذول بفعل القوة ووحدتها هي الجول.
- s ← القوة: هي القوة الخارجية المؤثرة على الجسم ووحدتها نيوتن.
- F → الإزاحة: هو مقدار إزاحة الجسم من موضعه الأصلي ووحدته هي العداد.
ومع ذلك ، إذا كان الجسم مائلاً عن سطح الأرض وكانت هناك زاوية بين القوة والإزاحة ، يكون القانون كما يلي:
الشغل = القوة x الإزاحة x cos الزاوية u = sxqx cos∅
بينما:
- س ← الشغل: هو مقدار الشغل المبذول بفعل القوة ووحدتها هي الجول.
- s ← القوة: هي القوة الخارجية المؤثرة على الجسم ووحدتها نيوتن.
- F → الإزاحة: هو مقدار إزاحة الجسم من موضعه الأصلي ووحدته هي العداد.
- Cos∅ ← كوس الزاوية: هو جيب تمام الزاوية بين اتجاه القوة واتجاه الإزاحة.
أمثلة على الأعمال الميكانيكية
هناك العديد من الأمثلة على العمل الميكانيكي ، على سبيل المثال العمل في حركة أفقية ، إذا تم بذل قوة مقدارها 40 نيوتن على صندوق وتحرك هذا الصندوق مسافة مترين من موقعه الأصلي ، فإن الشغل الميكانيكي يساوي:[4]
الشغل = القوة x الإزاحة u = sx fish = 40 نيوتن × 2 م = 80 نيوتن م = 80 جول ، لذا فإن الشغل الميكانيكي المنجز على الصندوق هو 80 جول.
يمكن أيضًا حساب الشغل المنجز على سطح مائل باستخدام قوانين الشغل الفيزيائية: على سبيل المثال ، إذا تم بذل قوة مقدارها 63 نيوتن على جسم ، في اتجاه يشكل زاوية 60 درجة مع الأفقي ، والإزاحة الجسم من موقعه الأصلي 3 أمتار ، فالعمل المنجز هو:
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 ش = 94.5 نيوتن متر = 94.5 جول ، وبالتالي فإن الشغل الميكانيكي الذي يتم إجراؤه على الجسم هو 94.5 جول.
في نهاية هذا المقال علمنا أن وحدة قياس العمل هي الجول عندما أوضحنا معنى مفهوم العمل الميكانيكي في الفيزياء وذكرنا جميع أنواع الأعمال وحالاتها الفيزيائية وذكرنا بعض الأمثلة للعمل على سطح أفقي وسطح مائل مع المحلول بخطوات مفصلة.