حل سؤال: دراجة انطلقت مسافة 6 متر بقوة 200 نيوتن فإن الشغل يساوي
- اجابة السؤال هي: 1200 جول.
شرح الإجابة :
لفهم كيفية الوصول إلى هذه النتيجة، دعنا نتعمق في مفهوم الشغل في الفيزياء. الشغل، ببساطة، هو مقياس للطاقة المنتقلة عندما تؤثر قوة على جسم وتجعله يتحرك. تخيل أنك تدفع صندوقًا على الأرض؛ أنت تبذل شغلاً لتحريكه. هذا الشغل يعتمد على مقدار القوة التي استخدمتها والمسافة التي تحركها الصندوق.
في هذه الحالة، لدينا دراجة تتحرك بفعل قوة معينة. لحساب الشغل المبذول، نستخدم معادلة بسيطة ولكنها قوية: الشغل = القوة × المسافة.
لذا، ماذا تعني هذه المعادلة في سياق سؤالنا؟ القوة هنا هي مقدار الدفع الذي يؤثر على الدراجة، ووحدتها هي نيوتن (N). أما المسافة، فهي مقدار الحركة التي قطعتها الدراجة، وتقاس بالمتر (m). بضرب هاتين القيمتين معًا، نحصل على الشغل، الذي يقاس بوحدة تسمى الجول (J).
في سؤالنا تحديدا، لدينا دراجة انطلقت بقوة مقدارها 200 نيوتن، وقطعت مسافة 6 أمتار. بالتالي، لحساب الشغل، نقوم بضرب 200 نيوتن في 6 أمتار.
العملية الحسابية إذن هي: الشغل = 200 نيوتن × 6 أمتار = 1200 جول.
إذن، الشغل المبذول على الدراجة هو 1200 جول. وهذا يعني أن 1200 جول من الطاقة قد تم نقلها لتحريك الدراجة خلال هذه المسافة.
إقرأ أيضا:الغنيمي وش يرجعونلكن، دعنا نتمعن أكثر في معنى هذا الرقم. الـ 1200 جول تمثل كمية الطاقة اللازمة للتغلب على أي مقاومة قد تواجهها الدراجة أثناء حركتها. هذه المقاومة قد تكون ناتجة عن الاحتكاك بين إطارات الدراجة والأرض، أو مقاومة الهواء. فكلما زادت المقاومة، زاد الشغل المطلوب لتحريك الدراجة بنفس المسافة.
والآن، لنفكر في سيناريو مختلف قليلاً. ماذا لو كانت الدراجة تتحرك على سطح مائل؟ في هذه الحالة، جزء من القوة المبذولة سيستخدم للتغلب على قوة الجاذبية الأرضية. هذا يعني أننا سنحتاج إلى بذل شغل أكبر لتحريك الدراجة إلى أعلى، مقارنة بتحريكها على سطح مستو.
في الواقع، مفهوم الشغل يتجاوز مجرد تحريك الأجسام. إنه يلعب دورًا حاسمًا في العديد من الظواهر الفيزيائية الأخرى، مثل توليد الكهرباء في محطات الطاقة، أو عمل المحركات في السيارات والطائرات. فكل هذه العمليات تعتمد على مبدأ تحويل الطاقة من شكل إلى آخر، والشغل هو الوسيلة التي يتم بها هذا التحويل.
لتوضيح الأمور أكثر، تخيل أنك تدفع سيارة متعطلة. في البداية، قد تجد صعوبة كبيرة في تحريكها، ولكن بمجرد أن تبدأ في الحركة، يصبح الأمر أسهل. هذا لأنك في البداية تحتاج إلى بذل شغل كبير للتغلب على قوة الاحتكاك الساكن بين إطارات السيارة والأرض. ولكن بمجرد أن تتحرك السيارة، يتحول الاحتكاك إلى احتكاك حركي، وهو أقل بكثير من الاحتكاك الساكن.
إقرأ أيضا:ابتكر المسلمون منهج التأليف حسب الطبقات وهومرتبط بعلم الفقه صواب خطأعلاوة على ذلك، دعنا نفكر في كيفية تأثير الزاوية بين القوة والمسافة على الشغل المبذول. إذا كنت تدفع الصندوق بزاوية مائلة، فإن جزءًا فقط من القوة التي تبذلها سيساهم في تحريك الصندوق أفقيًا. الجزء الآخر من القوة سيستخدم للضغط على الصندوق للأسفل، وبالتالي لن يساهم في الشغل المبذول.
لذلك، لحساب الشغل بدقة في هذه الحالة، يجب أن نأخذ في الاعتبار الزاوية بين القوة والمسافة. المعادلة تصبح: الشغل = القوة × المسافة × جتا الزاوية (حيث جتا الزاوية هي جيب تمام الزاوية).
الآن، لنتحدث عن مفهوم ذي صلة بالشغل، وهو الطاقة الحركية. الطاقة الحركية هي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته. كلما زادت سرعة الجسم، زادت طاقته الحركية.
العلاقة بين الشغل والطاقة الحركية وثيقة جدًا. في الواقع، الشغل المبذول على جسم ما يساوي التغير في طاقته الحركية. وهذا يعني أنه إذا بذلت شغلاً لتحريك جسم، فإنك تزيد من طاقته الحركية. وعلى العكس من ذلك، إذا بذل جسم شغلاً، فإنه يفقد جزءًا من طاقته الحركية.
على سبيل المثال، عندما تدفع الدراجة، فإنك تبذل شغلاً عليها، مما يزيد من سرعتها وبالتالي يزيد من طاقتها الحركية. وعندما تتوقف الدراجة، فإنها تبذل شغلاً للتغلب على الاحتكاك، مما يقلل من سرعتها وبالتالي يقلل من طاقتها الحركية.
إقرأ أيضا:من حالات ترشيد الاستهلاك شراء حقيبه مرتفعه الثمنأخيرًا، من المهم أن ندرك أن الشغل كمية قياسية، أي أنها تحدد بالمقدار فقط وليس لها اتجاه. وهذا يختلف عن القوة، التي تعتبر كمية متجهة، أي أنها تحدد بالمقدار والاتجاه.
باختصار، الشغل هو مفهوم أساسي في الفيزياء، وهو يصف كمية الطاقة المنتقلة عند تأثير قوة على جسم وتحريكه. لحساب الشغل، نضرب مقدار القوة في المسافة التي تحركها الجسم. هذا المفهوم له تطبيقات واسعة في حياتنا اليومية وفي العديد من المجالات العلمية والهندسية.