أنواع العمل الميكانيكي في الفيزياء

حالات العمل الموجب

يُعتبر العمل كمية قياسية تُحسب من خلال ضرب متجهين: القوة المؤثرة وإزاحة الجسم. إذا كانت الزاوية بين هذين المتجهين صفرًا أو أقل من 90 درجة (90>(θ)≥0)، فإنّ العمل يكون موجبًا. مثال على ذلك: رفع صندوق من الأرض، حيث تكون الزاوية بين القوة (التي تُبذل لرفع الصندوق) والإزاحة (اتجاه حركة الصندوق) مساوية للصفر، وبالتالي يكون العمل موجبًا.

حالات العمل السالب

يكون العمل سالبًا عندما تكون الزاوية بين القوة والإزاحة أكبر من 90 درجة (θ)>90. مثال: سحب جسم على سطح خشن. قوة الاحتكاك تُقاوم الحركة، وبالتالي تكون الزاوية بين قوة السحب والإزاحة 180 درجة، مما ينتج عنه عمل سالب.

حالات العمل الصفري

يكون العمل صفريًا عندما تكون الزاوية بين القوة والإزاحة 90 درجة (θ)=90). مثال: حمل جسم على الرأس والمشي به. في هذه الحالة، تكون القوة (وزن الجسم) عمودية على الإزاحة (اتجاه المشي)، وبالتالي يكون العمل المبذول صفراً.

العلاقة الرياضية للعمل الميكانيكي

يُعرف العمل الميكانيكي بأنه الطاقة اللازمة لتحريك جسم نتيجة تأثير قوة خارجية. يُقاس بوحدة الجول (نيوتن.متر) و يُعبر عنه بالمعادلة التالية:

الشغل المبذول = القوة المؤثرة × الإزاحة × جتا(الزاوية بين القوة والإزاحة)

أو بالرموز:

ش = ق × ف × جتاθ

حيث:

• ش (W): الشغل المبذول.
• ق (f): القوة المؤثرة.
• ف (d): الإزاحة.
• θ: الزاوية بين القوة والإزاحة.

أمثلة حسابية

مثال 1: حساب العمل الموجب: سحب جسم أفقيًا لمسافة 9 أمتار بقوة 110 نيوتن. (الزاوية بين القوة والإزاحة = 0).

الحل: ش = 110 نيوتن × 9 أمتار × جتا(0) = 990 جول

مثال 2: حساب العمل السالب: رفع جسم ينزلق للأسفل لمسافة 10 أمتار بقوة 50 نيوتن. (الزاوية بين القوة والإزاحة = 180).

الحل: ش = 50 نيوتن × 10 أمتار × جتا(180) = -500 جول

مثال 3: حساب العمل الصفري: حمل صندوق وزنه 70 نيوتن والمشي به لمسافة 14 مترًا. (الزاوية بين القوة والإزاحة = 90).

الحل: ش = 70 نيوتن × 14 أمتار × جتا(90) = 0 جول