ما الشغل في العلوم؟
الشغل في الفيزياء لا يعني أن الشخص تعب فقط. يحدث الشغل عندما تؤثر قوة في جسم وتسبب إزاحته في اتجاه القوة أو في اتجاه له مركبة مع القوة. إذا دفعت صندوقًا فتحرك، فقد بذلت شغلًا. أما إذا دفعت جدارًا ولم يتحرك، فقد تعبت نعم، لكن الشغل الفيزيائي على الجدار يساوي صفرًا تقريبًا. العلم هنا قاسٍ قليلًا.
يعتمد الشغل على مقدار القوة والمسافة التي يتحركها الجسم. كلما زادت القوة أو زادت المسافة زاد الشغل المبذول، بشرط أن تحدث حركة.
ما الطاقة؟
الطاقة هي القدرة على بذل شغل أو إحداث تغير. توجد صور عديدة للطاقة: طاقة حركة، طاقة وضع، طاقة حرارية، طاقة كهربائية، طاقة كيميائية، وطاقة ضوئية. عندما ترفع كتابًا إلى رف عالٍ فإنك تزيد طاقة وضعه. وعندما يسقط الكتاب تتحول طاقة الوضع إلى طاقة حركة.
العلاقة بين الشغل والطاقة
عندما تبذل شغلًا على جسم قد تتغير طاقته. دفع كرة يزيد طاقة حركتها. رفع جسم يزيد طاقة وضعه. الاحتكاك قد يحول جزءًا من الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية، لذلك تسخن الأسطح أحيانًا عند الاحتكاك.
ما الآلات البسيطة؟
الآلة البسيطة جهاز يسهل أداء الشغل بتغيير مقدار القوة أو اتجاهها أو المسافة التي تؤثر خلالها. الآلة لا تلغي الشغل المطلوب ولا تخلق الطاقة من العدم؛ لكنها تجعل المهمة أسهل. قد تقلل القوة المطلوبة، لكنها غالبًا تزيد المسافة التي تؤثر خلالها القوة.
أنواع الآلات البسيطة
- الرافعة: قضيب يدور حول نقطة ارتكاز، مثل الأرجوحة أو فتاحة العلب.
- البكرة: عجلة يمر حولها حبل، وقد تغير اتجاه القوة أو تقللها عند استخدام أكثر من بكرة.
- المستوى المائل: سطح مائل يساعد على رفع الأجسام بقوة أقل عبر مسافة أطول.
- العجلة والمحور: مثل مقبض الباب أو عجلة السيارة.
- الإسفين: مثل السكين أو الفأس، يستخدم للفصل أو القطع.
- البرغي: مستوى مائل ملتف حول أسطوانة، مثل مسمار البرغي.
أمثلة امتحانية محلولة
السؤال: لماذا يساعد المستوى المائل على رفع صندوق ثقيل؟
الإجابة: لأنه يقلل القوة اللازمة للرفع، لكنه يزيد المسافة التي يتحرك خلالها الجسم.
السؤال: هل الآلة البسيطة تقلل الشغل الكلي دائمًا؟
الإجابة: لا، بل تسهل الشغل بتغيير القوة أو الاتجاه أو المسافة.
السؤال: السكين مثال على أي آلة بسيطة؟
الإجابة: الإسفين.
مفاتيح حل سريعة
- لا حركة = لا شغل فيزيائي تقريبًا.
- الآلة البسيطة لا تخلق الطاقة.
- قوة أقل غالبًا تعني مسافة أكبر.
- البرغي = مستوى مائل ملتف.
مصادر موثوقة للاستزادة
- OpenStax Physics - Work and Energy: https://openstax.org/books/physics/pages/9-introduction
- Khan Academy - Work and energy: https://www.khanacademy.org/science/physics/work-and-energy