- ما هو العمل الميكانيكي؟
- خصائص العمل الميكانيكي
- صيغة العمل الميكانيكي
- أنواع الأعمال الميكانيكية
- أمثلة على الأعمال الميكانيكية
نفسر ماهية العمل الميكانيكي في الفيزياء وخصائصه وصيغة حسابه. أيضا ، ما هي الأنواع الموجودة والأمثلة.
ما هو العمل الميكانيكي؟
في بدني، وبشكل أكثر تحديدًا في فرع التابع علم الميكانيكا، يعني العمل الميكانيكي (أو ببساطة عمل) لعمل أ قوة على الجسد عند الراحة حركة، وذلك لإنتاج ملف الإزاحة في الجسم بما يتناسب مع طاقة استثمرت في القوة التي تحركها. بعبارة أخرى ، الشغل الميكانيكي هو مقدار الطاقة المنقولة إلى الجسم بواسطة القوة المؤثرة عليه.
العمل الميكانيكي ضخامة عددي ، والذي يتم قياسه عادةً في النظام الدولي (SI) من خلال الجول أو الجول (J) ويمثلها الحرف W (من اللغة الإنجليزية الشغل، "عمل"). بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما نتحدث عن العمل الإيجابي أو السلبي اعتمادًا على ما إذا كانت القوة تنقل الطاقة إلى الكائن (العمل الإيجابي) أو تطرحه (العمل السلبي). وهكذا ، على سبيل المثال ، من رمى كرة يقوم بعمل إيجابي ، ومن يمسكها يقوم بعمل سلبي.
خصائص العمل الميكانيكي
يتميز العمل الميكانيكي بـ:
- إنه مقدار عددي يُقاس بالجول (أي كيلوجرام لكل متر مربع مقسومًا على مربع ثانٍ) ويمثله الحرف W.
- إنه يعتمد بشكل مباشر على القوة التي تسببها ، بحيث يكون هناك عمل ميكانيكي على الجسم ، يجب أن تكون هناك قوة ميكانيكية مطبقة عليه على طول مسار محدد.
- في اللغة الحالية ، يستخدم مصطلح "العمل" لتعريف ذلك النشاط الميكانيكي الذي يستهلك أداؤه قدرًا من الطاقة.
- تحويل الحرارة (طاقة السعرات الحرارية) لا يعتبر شكلاً من أشكال العمل ، على الرغم من أنه يتكون من نقل للطاقة.
صيغة العمل الميكانيكي
إن أبسط صيغة لحساب عمل الجسم المتحرك بقوة هي عادة ما يلي:
W = F x d
حيث W هو الشغل المنجز ، و F هي القوة المؤثرة على الجسم ، و D هي مسافة الإزاحة التي يعاني منها الجسم.
ومع ذلك ، تُعتبر القوة والمسافة عادةً مقادير متجهة ، والتي تتطلب اتجاهًا معينًا في الفضاء. وبالتالي ، يمكن إعادة صياغة الصيغة أعلاه لتشمل مثل هذا التوجه ، على النحو التالي:
W = F x d x cos𝛂
حيث يحدد جيب التمام لألفا (cos𝛂) الزاوية بين الاتجاه الذي يتم تطبيق القوة فيه والاتجاه الذي يتحرك فيه الجسم نتيجة لذلك.
أنواع الأعمال الميكانيكية
يمكن أن يكون العمل الميكانيكي من ثلاثة أنواع ، اعتمادًا على ما إذا كان يضيف أو يطرح أو يحافظ على مستوى الطاقة في الجسم المتحرك. وهكذا يمكننا الحديث عن:
- العمل الإيجابي (W> 0). يحدث عندما تساهم القوة بالطاقة في الجسم المعني ، مما ينتج عنه إزاحة في نفس الاتجاه الذي تم تطبيق القوة فيه. مثال على ذلك هو لاعب الجولف الذي يضرب الكرة بالضرب ويجعلها تطير عدة أمتار ، أو لاعب بيسبول يضرب الكرة أثناء الحركة ، ويعدل مسارها.
- الشغل الصفري (W = 0). يحدث عندما لا تنتج القوة المطبقة أي إزاحة في الجسم ، على الرغم من أنها تستهلك طاقة في هذه العملية. مثال على ذلك هو الشخص الذي يدفع قطعة أثاث ثقيلة جدًا دون تحريكها بوصة واحدة.
- العمل السلبي (W <0).يحدث عندما تطرح القوة المطبقة الطاقة من الجسم المعني ، وتقاوم الحركة التي جلبها الجسم بالفعل أو تقلل من إزاحته. مثال على ذلك هو لاعب بيسبول يمسك الكرة التي ألقاها آخر ، ويمنعه من مواصلة مساره ؛ أو شخص يقف أمام جسم يسقط من أسفل التل ، وعلى الرغم من عدم قدرته على إيقافه تمامًا ، إلا أنه يتمكن من إبطاء سقوطه.
أمثلة على الأعمال الميكانيكية
بعض الأمثلة على الأعمال الميكانيكية هي:
- في مباراة كرة قدم يأخذ الحكم ركلة جزاء ويركل ليونيل ميسي الكرة باتجاه المرمى بقوة 500 نيوتن مما يجعلها تتحرك حوالي 15 مترًا دون أن تلمس الأرض. ما مقدار العمل الذي بذلته في تسجيل هذا الهدف؟
الجواب: بتطبيق الصيغة W = F x d ، لدينا أن ميسي قام بعمل 500N x 15m ، أي عمل يعادل 7500 J.
- يتجه قطار جنوبًا بأقصى سرعة متجهًا إلى سيارة عالقة على القضبان. بطل خارق ، يدرك الخطر ، يقرر الوقوف أمام القاطرة ووقف تقدمها. بالنظر إلى أن القطار يجلب معه قوة مقدارها 20000 نيوتن ، وأن البطل الخارق محصن ، وأن القاطرة تبعد 700 متر عن السيارة المحاصرة ، فما مقدار الشغل الذي يتعين على البطل الخارق القيام به لإيقافها؟
الإجابة: نظرًا لأن كبح القاطرة يتطلب 20000 نيوتن على الأقل في الاتجاه المعاكس ، ويرغب البطل الخارق في ترك هامش لا يقل عن 2 متر بين القاطرة والسيارة المحاصرة ، فنحن نعلم أنه يجب عليه تطبيق عمل يساوي 20000 نيوتن × 698 م ، أي عمل سالب قدره 13.960.000 ج.