الشغل المبذول بواسطة قوة:
الشغل هو كمية الطاقة التي تُستخدم لتحريك جسم ما بقوة ما. ويُقاس الشغل بالجول (Joule)، وهو وحدة قياس الطاقة في النظام الدولي للوحدات.
يُمكن حساب الشغل المبذول بواسطة قوة ثابتة من خلال العلاقة التالية:
W = F * d
حيث:
- W هي كمية الشغل المبذول بالجول.
- F هي مقدار القوة بالنيوتن.
- d هي المسافة التي قطعها الجسم في اتجاه القوة بالأمتار.
على سبيل المثال، إذا كانت قوة 10 نيوتن تؤثر على جسم ما، بحيث يتحرك الجسم مسافة 5 أمتار في اتجاه القوة، فإن الشغل المبذول يساوي 50 جول.
يمكن أيضًا حساب الشغل المبذول بواسطة قوة متغيرة من خلال تكامل القوة على طول مسار الجسم.
يُعد الشغل مفهومًا مهمًا في الفيزياء، حيث يُستخدم في العديد من المجالات، مثل الديناميكا الحرارية، والميكانيكيات، والطاقة.
تمارين تطبيقية:
فيما يلي بعض التمارين حول الشغل المبذول بواسطة قوة:
التمرين 1:
قوة مقدارها 10 نيوتن تؤثر على جسم ما، بحيث يتحرك الجسم مسافة 5 أمتار في اتجاه القوة. ما مقدار الشغل المبذول؟
الحل:
W = F * d = 10 * 5 = 50 J
التمرين 2:
قوة مقدارها 10 نيوتن تؤثر على جسم ما، بحيث يتحرك الجسم مسافة 5 أمتار في اتجاه معاكس للقوة. ما مقدار الشغل المبذول؟
الحل:
W = F * d = 10 * (-5) = -50 J
التمرين 3:
قوة مقدارها 10 نيوتن تؤثر على جسم ما، بحيث يتحرك الجسم مسافة 5 أمتار في اتجاه القوة، ثم مسافة 10 أمتار في اتجاه معاكس للقوة. ما مقدار الشغل المبذول؟
الحل:
W = F * d = 10 * 5 + 10 * (-10) = -100 J
التمرين 4:
قوة متغيرة تؤثر على جسم ما، بحيث يتحرك الجسم مسافة 10 أمتار في اتجاه القوة. ما مقدار الشغل المبذول؟
الحل:
W = F * d = \int_a^b F(x) dx
حيث:
- F(x) هي القوة في نقطة x على المسار.
- a و b هما حدي المسار.
في حالة هذه المشكلة، يمكن تقسيم المسار إلى أجزاء صغيرة، بحيث تكون القوة ثابتة في كل جزء. ثم يمكن حساب الشغل المبذول في كل جزء من خلال العلاقة السابقة، ثم جمعها معًا.
التمرين 5:
قوة مقدارها 10 نيوتن تؤثر على جسم ما، بحيث يتحرك الجسم مسافة 5 أمتار في اتجاه القوة، ثم مسافة 10 أمتار في اتجاه معاكس للقوة. ما مقدار الشغل المبذول على الجسم؟
الحل:
W = F * d = 10 * 5 + 10 * (-10) = -100 J
لاحظ أن الشغل المبذول على الجسم هو مجموع الشغل المبذول في كل اتجاه.
التسميات
علوم 1 إع. مص