ماهي وحدة قياس الشغل

ما هي وحدة قياس الشغل، سؤال مهم في الفيزياء، حيث أن العمل الميكانيكي يعني حركة جسم ما عبر مسافة 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، ويتم بذل بعض القوة 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 أو يتحرك، لكنه يعود إلى وضعه الأصلي P. يعود الوضع، 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

حيث يحدث العمل الميكانيكي الإيجابي عندما يتحرك الجسم في نفس اتجاه القوة الخارجية المؤثرة على الجسم وفي هذه الحالة يقال إن العمل الميكانيكي قد تم، ومن 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 ما ويمشي في 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 المنجز في الفيزياء هي الجول، ويُشار إليها بالرمز J في المعادلات الفيزيائية لأن الجول هو مقدار الطاقة المنقولة عند تطبيق قوة مقدارها 1 نيوتن على الجسم، وهذا الجسم يتحرك مسافة. 1 متر وفي الحقيقة وحدة الطاقة هي نفس وحدة العمل في الفيزياء لأن العمل الميكانيكي يعتبر طاقة ووحدة الجول لقياس العمل الميكانيكي تساوي نيوتن لكل متر النظام الدولي للوحدات وبالتالي ميكانيكي الشغل يساوي القوة المؤثرة على الشغل مضروبة في الإزاحة، ويمكن كتابة قوانين الشغل الميكانيكي بالحركة الأفقية على النحو التالي[3]

العمل = القوة × المسافة
ش = sxq

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 × الإزاحة × جيب 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 موضعه الأصلي، فإن الشغل الميكانيكي يساوي[4]

العمل = القوة × المسافة
ش = sxq
W = 40 نيوتن × 2 متر
ش = 80 نيوتن متر
ش = 80 جول
الشغل الميكانيكي المنجز على الصندوق 80 جول.

يمكن أيضًا استخدام قوانين العمل الفيزيائية لحساب الشغل المنجز على سطح مائل على سبيل المثال، إذا تم بذل قوة مقدارها 63 نيوتن على جسم، في اتجاه يشكل زاوية 60 درجة مع الأفقي، و إزاحة الجسم عن موضعه الأصلي تساوي 3 أمتار، فإن الشغل المبذول يساوي

الشغل = القوة × الإزاحة × جيب الزاوية
u = sxqx cos∅
U = 63 نيوتن × 3 مترًا × كوس 60
بما أن جيب تمام الزاوية 60 يساوي 0.5، فإن الحل هو
W = 63 نيوتن × 3 متر × 0.5
ش = 94.5 نيوتن متر
ش = 94.5 جول
الشغل الميكانيكي على الجسم 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.

1. ^britannica.com، الشغل 12.10.2024
2. ^physicsclassroom.com، العمل وأنواعه 12.10.2024
3. ^khanacademy.org، وحدة العمل 12.10.2024
4. ^byjus.com، وحدة العمل 12.10.2024