القوة والشغل والطاقة

تعريف القوة

تعرّف القوة بأنّها مؤثّر يؤدي إلى تغيير حالة الجسم الحركية عند عدم وجود قوةٍ معاكسةٍ لها في الاتجاه، والحالة الحركية هي تغيير حالة الجسم من السكون إلى الحركة أو العكس، أو تسارع أو تباطؤ الجسم، أو تغيير اتجاه حركته، وتعتبر القوة من الكميّات المتجهة أي التي يتمّ تحديدها بمقدارٍ واتجاه، ويتمّ قياس مقدار القوة بوحدة النيوتن.^[١]

ومن أنواع القوة ما يأتي:^[٢]

• قوى التجاذب.
• قوة الجاذبية الأرضية.
• قوة المغناطيسية.
• القوة العضلية.
• قوة الاحتكاك.
• القوة الكهربائية.

قانون القوة

القوة= معدل الطاقة أو الشغل المبذول × الزمن

وبالرموز:

p= w/t =E/t

إذ تشير الرموز إلى ما يأتي:^[٣]

• P: القوة، بوحدة واط (جول/ثانية)
• w: معدل الشغل المبذول على الجسم، ويُقاس بوحدة (نيوتن.متر) وهي تعادل الجول.
• E: معدل الطاقة المتولدة أو الممتصة، وتُقاس بوحدة الجول.
• t: الزمن.

تعريف الشغل

يحدث الشغل عندما تقوم القوة المُطبَّقة على الجسم بتحريك الجسم لمسافة معينة بشكلٍ متوازٍ، ويجب أن تكون المسافة المقطوعة بنفس اتجاه القوة المبذولة، ويمكن أن يكون الشغل سالبًا أو موجبًا، فإذا كان سالبًا، هذا يعني أن اتجاه القوة عكس اتجاه الحركة، أمّا إذا كان موجبًا فهذا يعني أن اتجاه القوة في نفس اتجاه الحركة، ويُقاس الشغل بوحدة الجول والتي تُساوي نيوتن × متر.^[٤]

ويوجد الشغل في حياتنا بعدة أشكال، منها ما يأتي:^[٥]

• الشغل الميكانيكي.
• الشغل الكهربائي.
• الشغل المغناطيسي.
• الشغل في الديناميكا الحرارية.

قانون الشغل

الشغل = القوة المؤثرة × الإزاحة 

وبالرموز:

W=F×d

إذ إن الرموز تشير إلى ما يأتي:^[٦]

• W: الشغل المبذول، ويقاس بوحدة (جول).
• F: القوة المؤثرة، وتقاس بوحدة (نيوتن).
• d: الإزاحة؛ وتقاس بوحدة (متر).

تعريف الطاقة

هي إحدى خصائص المادة الموجودة في الطبيعة منذ نشأتها، إذ إن الكون يحتوي على عنصرين رئيسيين، هما: الأجسام، والطاقة؛ فالأجسام هي التي نعرفها جميعًا كجسم الإنسان، والحجارة، والتراب، والعناصر، والذرات، وغيرها، أمّا الطاقة فهي المُحرك لهذه الأجسام في الكون، فما كان باستطاعة الإنسان أن يتحرك من دون الطاقة أو أن يتشكل ضوء الشمس وحرارتها من دونها، وتُعرّف الطاقة بأنها قدرة الجسم على بذل الشغل، وتُقاس الطاقة بوحدة الجول، والطاقة محفوظةٌ في الكون منذ نشأته أيضًا؛ فالطاقة لا تفنى ولا تُستحدث، وإنما تتغير من شكلٍ إلى آخر.

وهناك أنواع كثيرة من الطاقة، منها ما يأتي:

• الطاقة الميكانيكية.
• طاقة الصوتية.
• الطاقة الكيميائية.
• الطاقة الكهربائية.
• الطاقة المغناطيسية.
• الطاقة الحرارية.
• الطاقة النووية.
• طاقة التأين.
• الطاقة المرنة.
• طاقة الجاذبية.
• الطاقة الإشعاعية.

قانون الطاقة

لكل نوع من أنواع الطاقة قانونها الخاص، ولكن من أشهر قوانين الطاقة، قانون طاقة الوضع، الذي ينص على:

الطاقة= وزن الجسم × الارتفاع

وبالرموز:

E=W×h

إذ إنّ الرموز تشير إلى ما يأتي:^[٧]

• E: الطاقة الوضع، وتقاس بوحدة (جول).
• w: وزن الجسم، ويقاس بوحدة (نيوتن).
• h: الارتفاع عن الأرض، ويقاس بوحدة (متر).

العلاقة بين القوة والشغل والطاقة

القوّة هي المُحرّك الرئيسي للأجسام والعمليات في الكون، وعندما تؤثر قوةٌ ما على جسمٍ فتُحرّكه باتجاهها أو إلى اتجاهٍ آخر، فإنّ هذه القوة تبذل الشغل على هذا الجسم، وفي حال لم يتحرك الجسم فلا يوجد شغلٌ مبذول، وتتغير طاقة الجسم بمقدار الشغل المبذول عليه، سواءً كان موجبًا أو سالبًا، إلّا أنّ هذه الطاقة لا تفنى، وإنما تتحوّل إلى شكلٍ آخر، فعند رفع جسمٍ ما عن الأرض، على سبيل المثال، فإنّك تؤثر عليه بقوةٍ للأعلى، وتبذل هذه القوة شغلًا على الجسم بمقدار الإزاحة التي تُحرّك الجسم، وتتغير طاقة الجسم الحركية بمقدار الشغل المبذول على هذا الجسم.

القوة والشغل والطاقة ثلاثة مصطلحات فيزيائية تؤثر على الأجسام ويختلف كل مصطلح عن الآخر، وفي الوقت نفسه تربط بينهم علاقات فيزيائية ورياضية تُسهّل الربط فيما بينهم، وتساعد هذه المصطلحات الثلاثة على فهم مبدأ حركة الأجسام في الكون.

المراجع

1. ↑ "Work, Energy and Power", edinformatics, 24/8/2021, Retrieved 24/8/2021. Edited.
2. ↑ "Types of Forces", toppr, 24/8/2021, Retrieved 24/8/2021. Edited.
3. ↑ "The formula that links energy and power", twinkl, Retrieved 25/8/2021. Edited.
4. ↑ "What is meant by a positive work, negative work and zero work? Illustrate your answer with example?", byjus, 24/8/2021, Retrieved 24/8/2021. Edited.
5. ↑ Yunus Cengel, Thermodynamics: An Engineering Approach, Page 14. Edited.
6. ↑ "Definition and Mathematics of Work", www.physicsclassroom.com, Retrieved 25/8/2021. Edited.
7. ↑ "potential energy", hyperphysics., Retrieved 25/8/2021. Edited.