قانون الشغل في الفيزياء

قانون الشغل في الفيزياء

يُعبر الشغل في الفيزياء عن القوة الخارجية المُستخدمة لإزاحة جسم ما، وبالتالي فإنّ الشغل كمية قياسية ناتجة عن حاصل ضرب كميتين متجهتين وهما القوة الخارجية المؤثرة على الجسم، والإزاحة الناتجة عن تحريك الجسم، ويُقاس الشغل في النظام الدولي للوحدات بوحدة الجول (J)،^[١] ويُمكن تمثيل هذه العلاقة بالصيغة الرياضية الآتية:^[٢]

الشغل = القوة المؤثرة على الجسم × الإزاحة

ويُستخدم هذا القانون إذا كانت الإزاحة في نفس اتجاه القوة المؤثرة على الجسم، أي أنّ الزاوية بينهما تساوي صفر، بينما إذا كانت الزاوية بين القوة والإزاحة لا تساوي صفر يُصبح قانون الشغل كما يأتي:

الشغل = القوة المؤثرة على الجسم × الإزاحة × جتا (الزاوية بين القوة والإزاحة)

وبالرموز:

ش = ق × ف × جتاθ

وبالإنجليزية:

W = F.d.cos θ

حيث إنّ:

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

أنواع الشغل في الفيزياء

يختلف نوع الشغل المُطبق على الجسم اعتمادًا على الزاوية بين القوة الخارجية المؤثرة والإزاحة، بحيث توجد ثلاثة أنواع رئيسية للشغل وهي كما يأتي:^[٣]

• الشغل الصفري

إذا كانت القوة المؤثرة على الجسم عمودية على إزاحة الجسم فإنّ الزاوية بينهما تساوي 90 درجة، وبالتالي فإنّ الشغل المبذول على الجسم يساوي صفرًا.

• الشغل السلبي

إذا كانت القوة المؤثرة على الجسم في اتجاه عكس اتجاه إزاحة الجسم فإنّ الزاوية بينهما تساوي 180 درجة، وبالتالي فإنّ الشغل المبذول على الجسم يكون سالبًا.

• الشغل الإيجابي

إذا كانت القوة المؤثرة على الجسم في نفس اتجاه إزاحة الجسم فإنّ الزاوية بينهما تساوي صفر، وبالتالي فإنّ الشغل المبذول على الجسم يكون موجبًا.

أمثلة على قانون الشغل في الفيزياء

ندرج فيما يأتي أمثلة حسابية على قانون الشغل في الفيزياء:

إيجاد الشغل الإيجابي المبذول على الجسم

احسب الشغل المبذول على الجسم إذا أثرت عليه قوة خارجية مقدارها 12.3 نيوتن أزاحته مسافة في نفس اتجاه القوة تساوي 3.7 م.

الحل:

1. اكتب المعطيات:
   1. القوة المؤثرة = 12.3 نيوتن
   2. الإزاحة = 3.7 م.
   3. الزاوية بين الإزاحة والقوة = 0 لأنّهما في نفس الاتجاه

1. عوض المعطيات في قانون الشغل على النحو الآتي:
   1. الشغل = القوة المؤثرة على الجسم × الإزاحة × جتا(الزاوية بين القوة والإزاحة)
   2. الشغل = 12.3 × 3.7 × جتا 0
   3. الشغل = 12.3 × 3.7 × 1
   4. الشغل = 45.51 نيوتن.م (جول)

إيجاد الشغل السلبي المبذول على الجسم

احسب الشغل المبذول على الجسم إذا أثرت عليه قوة خارجية مقدارها 74.8 نيوتن أزاحته مسافة عكس اتجاه القوة تساوي 25.77 م.

الحل:

1. اكتب المعطيات:
   1. القوة المؤثرة = 74.8 نيوتن
   2. الإزاحة = 25.77 م.
   3. الزاوية بين الإزاحة والقوة = 180 لأنّهما عكس اتجاه بعضهما البعض.

1. عوض المعطيات في قانون الشغل على النحو الآتي:
   1. الشغل = القوة المؤثرة على الجسم × الإزاحة × جتا (الزاوية بين القوة والإزاحة)
   2. الشغل = 74.8 × 25.77 × جتا 180
   3. الشغل = 74.8 × 25.77 × 1-
   4. الشغل = 1927.596- نيوتن.م (جول)

إيجاد الشغل الصفري المبذول على الجسم

احسب الشغل المبذول على الجسم إذا أثرت عليه قوة خارجية عمودية مقدارها 13.44 نيوتن أزاحته مسافة 3.33 م.

الحل:

1. اكتب المعطيات:
   1. القوة المؤثرة = 13.44 نيوتن
   2. الإزاحة = 3.33 م.
   3. الزاوية بين الإزاحة والقوة = 90 لأنّهما متعامدان.

1. عوض المعطيات في قانون الشغل على النحو الآتي:
   1. الشغل = القوة المؤثرة على الجسم × الإزاحة × جتا(الزاوية بين القوة والإزاحة)
   2. الشغل = 13.44 × 3.33 × جتا 90
   3. الشغل = 13.44 × 3.33 × 0
   4. الشغل = صفر

المراجع

1. ↑ "Work Formula", CUEMATH, Retrieved 16/1/2022. Edited.
2. ↑ "Work Formula", BYJU'S, Retrieved 16/1/2022. Edited.
3. ↑ "Nature of Work Done", toppr, Retrieved 16/1/2022. Edited.