شروط بذل الشغل في الفيزياء

شروط بذل الشغل في الفيزياء

يُعرّف الشغل في الفيزياء بأنّه العمل المنجز على جسم ما نتيجة تأثير قوة خارجية عليه أدت إلى إزاحته من موضعه الأصلي لمسافة معينة،^[١] وبالتالي لبذل شغل على الجسم يجب أن يتوفر شرطان رئيسيان،^[٢] ويُمكن توضيحها على النحو الآتي:

القوة المؤثرة على الجسم

يجب أن تُطبق قوة خارجية على الجسم لتؤثر عليه ممّا يدفعه إلى التحرك وتغيير موضعه الأصلي، على سبيل المثال: عندما يجر الحصان المحراث لحرث الحقول فإنّ القوة الخارجية المؤثرة على المحراث هي حركة الحصان.^[٣]

إزاحة الجسم

وليتم الشغل المبذول على الجسم يجب أن تعمل القوة الخارجية على الجسم وتُسبب له الإزاحة بحيث يتحرك لمسافة معينة من موضعه الأصلي الذي أثرت فيه القوة، على سبيل المثال: إذا أثر الحصان على المحراك بقوة تسحبه ليُقال بأنّ هناك شغلاً مبذولاً على المحراث يجب أن يتحرك المحراث داخل الحقل إلى مسافة معينة.^[٣]

وبالتالي إذا لم يستطع الحصان تحريك المحراث فإنّه لم يُبذل شغل على المحراك، أي أنّه يجب توفر الشرطين معًا لبذل شغل على جسم ما.^[١]

ويُمكن تمثيل الشغل المنجز على الجسم بأنّه حاصل ضرب القوة الخارجية المؤثرة على الجسم والإزاحة التي سببتها القوة، وتُعطى الصيغة الرياضية لهذه العلاقة كما يأتي:^[١]

الشغل = القوة المؤثرة على الجسم × الإزاحة

وتُستخدم هذه الصيغة إذا كانت إزاحة الجسم في نفس اتجاه القوة المؤثرة عليه، أمّا إذا لم يكن اتجاه القوة في نفس اتجاه الإزاحة تُصبح الصيغة للشغل المبذول كالآتي:

الشغل = القوة المؤثرة على الجسم × الإزاحة × جتا(الزواية بين اتجاه القوة المؤثرة واتجاه الإزاحة)

وبالرموز:

ش = ق × ف × جتاθ

وبالإنجليزية:

W = F × cosθ × d

حيث إن:

• ش (W): الشغل المبذول على الجسم، ويُقاس بوحدة جول (نيوتن. م).
• ق (F): القوة الخارجية المؤثرة على الجسم لبذل الشغل، وتُقاس بوحدة نيوتن.
• ف (d): إزاحة الجسم الناتجة عن القوة المؤثرة على الجسم، وتُقاس بوحدة م.
• θ: الزاوية بين اتجاه القوة الخارجية المؤثرة على الجسم لبذل الشغل وإزاحة الجسم الناتجة عن القوة الخارجية.

أنواع الشغل في الفيزياء

يختلف الشغل المبذول على الجسم باختلاف اتجاه شروط بذل الشغل المطبقة على الجسم، وذلك حسب مقدار الزاوية بين اتجاه القوة المؤثرة واتجاه الإزاحة:^[٤]

• الشغل الصفري

إذا كانت الزاوية بين اتجاه القوة المؤثرة على الجسم واتجاه الإزاحة قائمة أي أنّها تساوي 90 درجة فإنّ الشغل المبذول يساوي صفر.

• الشغل الإيجابي

إذا كانت الزاوية بين اتجاه القوة المؤثرة على الجسم واتجاه الإزاحة تساوي صفر درجة أي أنّ المتجهين في نفس الاتجاه فإنّ الشغل المبذول يكون موجبًا.

• الشغل السلبي

إذا كانت الزاوية بين اتجاه القوة المؤثرة على الجسم واتجاه الإزاحة تساوي 180 درجة أي أنّ المتجهين عكس بعضهما فإنّ الشغل المبذول يكون سالبًا.

المراجع

1. ^ ^{أ ب ت} "Work Done", Vedantu, Retrieved 20/1/2022. Edited.
2. ↑ "List two conditions which need to be satisfied for the work to be done on an object", TOPPER LEARNING, 21/11/2013, Retrieved 20/1/2022. Edited.
3. ^ ^{أ ب} "Definition and Mathematics of Work", the Physics Classroom, Retrieved 20/1/2022. Edited.
4. ↑ "Nature of Work Done", toppr, Retrieved 20/1/2022. Edited.