الشغل
| English | العربية |
|---|---|
| work/wɜːk/ | شغل |
| dot product/dɒt ˈprɒdʌkt/ | الضرب النقطي |
الجهد الذي لا يُحسب
- اسحب حقيبة ثقيلة عبر غرفة مسطحة، ويقول الفيزياء إنك لم تبذل أي شغل عليها.
- غريب؟ القوة (لأعلى) عمودية على الحركة (جانبية).
- في الفيزياء، "الشغل" له معنى دقيق — والاتجاه هو كل شيء.
- إذا فهمتها بشكل صحيح، تصبح مسائل الطاقة سهلة.
شغل قوة ثابتة
- الشغل هو طاقة تُنتقل عندما تؤثر قوة خلال إزاحة:
- الضرب النقطي يحتفظ فقط بالجزء من القوة في اتجاه الحركة.
- محاذاة القوة والحركة ($\theta = 0$) تعطي أقصى شغل.
قوة قيمتها $10\ \text{N}$ تدفع صندوقًا مسافة $4\ \text{m}$ في نفس الاتجاه. كم مقدار الشغل المبذول (بوحدة J)؟
مع $\theta = 0$، $W = Fd\cos 0 = 10 \times 4 \times 1 = 40\ \text{J}$.
قوة قيمتها $50\ \text{N}$ بزاوية $60^\circ$ مع الحركة تسحب صندوقًا مسافة $3\ \text{m}$. كم مقدار الشغل المبذول (بوحدة J)؟
$W = Fd\cos\theta = 50 \times 3 \times \cos 60^\circ = 50 \times 3 \times 0.5 = 75\ \text{J}$.
الزاوية تحدد الإشارة
- قوة في اتجاه الحركة → شغل موجب (إضافة طاقة).
- قوة عكس الحركة → شغل سالب (إزالة طاقة، مثل الاحتكاك).
- قوة عمودية ($\theta = 90^\circ$) → شغل صفر — هذه هي حالة الحقيبة.
تحمل حقيبة أفقيًا عبر غرفة. الشغل الذي تبذله الجاذبية على الحقيبة هو...
الجاذبية تتجه لأسفل، والحركة أفقية -- عموديين، لذا $\cos 90^\circ = 0$ والشغل يساوي صفرًا.
الاحتكاك، الذي يعاكس الحركة، يبذل شغلًا سالبًا على جسم منزلق.
قوة الاحتكاك تتجه عكس الحركة ($\theta = 180^\circ$)، لذا شغلها سالب -- وهو يزيل الطاقة.
حدد جميع الحالات التي يكون فيها الشغل صفرًا.
قوة عمودية على الحركة ($\cos 90^\circ = 0$) وعدم وجود إزاحة كلاهما يعطي شغلًا صفرًا. القوة على طول الحركة تبذل شغلًا موجبًا.
قوى متغيرة: التكامل
- عندما تتغير القوة على طول المسار، اجمع الأجزاء الصغيرة:
- هذا هو المساحة تحت منحنى القوة بدلالة الموقع.
- نابض يتم مدّه، حيث تزداد قوته مع $x$، يحتاج بالضبط إلى هذا.
هل الشغل موجب أم سالب أم صفري؟
يعتمد الشغل على الزاوية بين القوة والحركة. رتب كل حالة.
بالنسبة لقوة تتغير مع الموقع، يكون الشغل هو ____ تحت منحنى القوة-الموقع.
$W = \int F\,dx$ هو بالضبط المساحة تحت منحنى القوة مقابل الموقع.
الشغل ينقل الطاقة
- الشغل هو الطريقة التي تُنتقل بها الطاقة إلى أو من جسم ما.
- شغل صافي موجب يزيد سرعته؛ شغل صافي سالب يقلل سرعته.
- هذا هو الجسر نحو نظرية الشغل والطاقة، $W_{net} = \Delta K$.
تشد زلاجة $10\ \text{m}$ بقوة $20\ \text{N}$ مائلة بزاوية $60^\circ$ فوق الأرض.
- $W = Fd\cos\theta = 20 \times 10 \times \cos 60^\circ = 20 \times 10 \times 0.5 = 100\ \text{J}$.
- الجزء فقط من السحب في اتجاه الأرض يُحسب.
الجهد ليس شغلًا. حمل عصا أثقال فوق الرأس مرهق، لكنه لا يبذل شغلًا فيزيائيًا صفرًا، لأن شيئًا لا يتحرك. الشغل يتطلب قوة وإزاحة في اتجاهها — لا حركة، لا شغل، مهما كان المرهقًا.
الشغل $W = \vec{F}\cdot\vec{d} = Fd\cos\theta$ يحسب فقط القوة في اتجاه الحركة (ضرب نقطي). في الاتجاه موجب، عكسه سالب، العمودي صفر. لقوة متغيرة، نستخدم التكامل: $W = \int \vec{F}\cdot d\vec{r}$، المساحة تحت منحنى القوة-الموقع.