ماهي وحدة قياس الشغل موقع

ماهي وحدة قياس الشغل ؟، سؤال مهم في مادة الفيزياء، حيث إن الشغل الميكانيكي يعني حركة جسم لمسافة ما بسبب تأثير قوة خارجية عليه، وفي هذا المقال سنتحدث بالتفصيل عن الشغل الميكانيكي، وسنوضح ما هي وحدة القياس المستخدمة للتعبير عن الشغل.

ما هو الشغل الميكانيكي

الشغل (بالإنجليزية: Work)، هو قياس مقدار الطاقة التي تحدث عندما يتحرك جسم ما عبر مسافة بواسطة قوة خارجية، حيث يتم تطبيق جزء من القوة في نفس إتجاه الإزاحة للجسم، وإذا كانت القوة ثابتة فيمكن حساب الشغل الميكانيكي بضرب طول المسار بمقدار القوة المؤثرة على طول المسار، وكل ذلك يحدث بسبب نقل الطاقة من القوة الخارجية المؤثرة على الجسم، إلى الجسم على شكل حركة، ولا يمكن القول أن هناك شغل الا إذا تحرك الجسم مسافة معينة عن موضعه الأصلي، وعلى سبيل المثال عند التأثير على صندوق بقوة معينة وتحرك هذا الصندوق مسافة معينة عن موضعه الأصلي، عندها يكون هناك شغل، أما إذا تم التأثير على الصندوق بقوة معنية ولم يتحرك الصندوق أو تحرك ولكن عاد لموضعه الأصلي، فلا يكون هناك شغل منجز، فالشغل الميكانيكي يعبر عن تغيير مكاني للجسم بسبب القوة، وبإختصار يمكننا القول بإن الشغل الميكانيكي يعتمد على ما يلي:[1]

• القوة (بالإنجليزية: Force): هي القوة الخارجية المؤثرة على الجسم.
• الإزاحة (بالإنجليزية: Displacement): هي مسافة تحرك الجسم عن موضعه الأصلي.

أنواع الشغل الميكانيكي

في الواقع هناك ثلاث حالات فيزيائية رئيسية للشغل الميكانيكي وهي:[2]

الشغل الميكانيكي الإيجابي

حيث يحدث الشغل الميكانيكي الإيجابي عندما يتحرك الجسم في نفس إتجاه القوة الخارجية المؤثرة على الجسم، وفي هذه الحالة يقال أن الشغل الميكانيكي منجز، ومن الأمثلة على الشغل الإيجابي ما يلي:

• عندما يتم شد الزنبرك، يكون الشغل الذي تقوم به قوة التمدد موجباً، حيث تعمل القوة في نفس إتجاه إزاحة الزنبرك.
• عندما يسقط الجسم بحرية تحت تأثير الجاذبية، يكون الشغل الذي تقوم به الجاذبية موجباً، حيث يكون إزاحة الجسم في نفس إتجاه الجاذبية.
• عندما يتمدد غاز داخل إسطوانة، يكون الشغل الذي تقوم به القوة موجباً، وذلك لأن الإزاحة في نفس إتجاه القوة.

الشغل الميكانيكي السلبي

حيث يحدث الشغل الميكانيكي السلبي عندما تكون يتحرك الجسم عكس إتجاه القوة الخارجية المؤثرة عليه، ومن الأمثلة على الشغل السلبي ما يلي:

• الشغل المبذول ضد الإحتكاك سلبي، وذلك لأن قوة الإحتكاك تكون دائماً في الإتجاه المعاكس للإزاحة.
• العمل المنجز في رفع الجسم سلبي، وذلك لأن قوة الجاذبية والإزاحة في الإتجاه المعاكس.

الشغل الميكانيكي الصفري

حيث يحدث الشغل الميكانيكي الصفري عندما تكون الزاوية بين القوة والإزاحة 90 درجة، وفي هذه الحالة لا يوجد أي شغل ميكانيكي منجز، ومن الأمثلة على الشغل الصفري ما يلي:

• الشغل الذي تقوم به قوة الجاذبية المركزية المؤثرة على جسم يتحرك في دائرة بسرعة منتظمة يساوي صفراً، لأن الزاوية بين قوة الجاذبية وحركة الجسم تساوي 90 درجة.
• الشخص الذي يحمل جسم معين ويمشي على طريق أفقي، لا ينجز شغل ويكون شغله صفري، وذلك لإن الزاوية بين قوة الرفع والحركة تساوي 90 درجة.

ماهي وحدة قياس الشغل

إن الوحدة القياسية المستخدمة لقياس الشغل الميكانيكي المنجز في الفيزياء هي الجول، والتي يرمز لها في المعادلات الفيزيائية بالرمز J، حيث إن الجول هو مقدار الطاقة المنقولة عندما يتم تطبيق قوة مقدارها 1 نيوتن على جسم ما، وتحرك هذه الجسم خلال مسافة 1 متر، وفي الواقع إن وحدة الطاقة هي نفس وحدة الشغل في الفيزياء، وذلك لإن الشغل الميكانيكي يعتبر طاقة، ووحدة الجول لقياس الشغل الميكانيكي تساوي نيوتن في متر في النظام العالمي لوحدات القياس، ولذلك إن الشغل الميكانيكي يساوي القوة المؤثرة على الشغل ضرب الإزاحة، ويمكن كتابة قوانين الشغل الميكانيكي على الحركة الأفقية فقط على هذا النحو:[3]

الشغل = القوة × الإزاحة
ش = ق × ف

حيث إن:

• س ← الشغل: هو مقدار الشغل المنجز من تأثير القوة ووحدته الجول.
• ق ← القوة: وهي القوة الخارجية المؤثرة على الجسم ووحدتها نيوتن.
• ف← الإزاحة: وهي مقدار إزاحة الجسم عن موضعه الأصلي ووحدتها المتر.

أما إذا كان الجسم مائل عن سطح الأرض وهناك زاوية بين القوة والإزاحة، يكون القانون كالأتي:

الشغل = القوة × الإزاحة × جتا الزاوية
ش = ق × ف × جتا∅

حيث إن:

• س ← الشغل: هو مقدار الشغل المنجز من تأثير القوة ووحدته الجول.
• ق ← القوة: وهي القوة الخارجية المؤثرة على الجسم ووحدتها نيوتن.
• ف ← الإزاحة: وهي مقدار إزاحة الجسم عن موضعه الأصلي ووحدتها المتر.
• جتا∅ ← جتا الزاوية: وهي مقدار جتا الزاوية بين إتجاه القوة وإتجاه الإزاحة.

أمثلة على الشغل الميكانيكي

هناك العديد من الأمثلة على الشغل الميكانيكي، وعلى سبيل المثال على الشغل في الحركة الأفقية، حيث لو أثرت قوة بمقدار 40 نيوتن على صندوق، وتحرك هذه الصندوق مسافة 2 متر عن موضعه الأصلي فيكون الشغل الميكانيكي يساوي:[4]

الشغل = القوة × الإزاحة
ش = ق × ف
ش = 40 نيوتن × 2 متر
ش = 80 نيوتن.متر
ش = 80 جول
إذاً الشغل الميكانيكي المبذول على الصندوق يساوي 80 جول.

كما ويمكن حساب الشغل المبذول على سطح مائل من خلال القوانين الفيزيائية للشغل، وعلى سبيل المثال لو أثرت قوة على جسم مقدارها 63 نيوتن، وفي إتجاه يصنع زاوية مقدارها 60 درجة مع المستوى الأفقي، وكانت إزاحة الجسم عن موضعه الأصلي تساوي 3 متر، فإن الشغل المبذول يساوي:

الشغل = القوة × الإزاحة × جتا الزاوية
ش = ق × ف × جتا∅
ش = 63 نيوتن × 3 متر × جتا الزاوية 60
وبما أن جتا الزاوية 60 يساوي 0.5 فإن الحل يكون:
ش = 63 نيوتن × 3 متر × 0.5
ش = 94.5 نيوتن.متر
ش = 94.5 جول
إذاً الشغل الميكانيكي المبذول على الجسم يساوي 94.5 جول.

وفي ختام هذا المقال نكون قد عرفنا أن وحدة قياس الشغل هي الجول، كما ووضحنا معنى مفهوم الشغل الميكانيكي في الفيزياء، وذكرنا جميع أنواع الشغل وحالاته الفيزيائية، وذكرنا بعض الأمثلة على الشغل على سطح أفقي وسطح مائل مع الحل بالخطوات التفصيلية.