خطوات الاستخدام
الخطوة الأولى: إدخال القوة المؤثرة (F) بوحدة النيوتن (N). القوة هي أي تأثير يسبب تغييرًا في حركة الجسم، ويُقاس بالنيوتن. تأكد من إدخال قيمة موجبة إذا كانت القوة في اتجاه الإزاحة، وسالبة إذا كانت معاكسة. على سبيل المثال، إذا كنت تدفع صندوقًا بقوة 100 نيوتن، أدخل 100.
الخطوة الثانية: إدخال الإزاحة (d) بوحدة المتر (m). الإزاحة هي المسافة التي يتحركها الجسم في اتجاه القوة. تذكر أن الإزاحة كمية متجهة، لذا أدخل القيمة الموجبة إذا كانت الحركة في نفس اتجاه القوة. على سبيل المثال، إذا تحرك الصندوق 10 أمتار، أدخل 10.
الخطوة الثالثة: إدخال الزاوية (θ) بين القوة والإزاحة بوحدة الدرجات. الزاوية تحدد مقدار القوة الفعالة في اتجاه الحركة. إذا كانت القوة موازية للإزاحة، الزاوية = 0°، وإذا كانت عمودية، الزاوية = 90° (شغل = صفر). على سبيل المثال، إذا كنت تدفع الصندوق بزاوية 30° فوق الأفقي، أدخل 30.
الخطوة الرابعة: تفسير النتيجة. الشغل (W) يحسب بالجول (J) حيث 1 جول = 1 نيوتن·متر. النتيجة تظهر مقدار الطاقة المنقولة إلى الجسم. الشغل موجب إذا كانت القوة تساعد الحركة، وسالب إذا كانت تعيقها (مثل الاحتكاك). على سبيل المثال، إذا أدخلت F=100 N, d=10 m, θ=0°، الناتج سيكون 1000 جول.
أمثلة محلولة
تطبيقات عملية على الشغل بخطوات الحل كاملة.
الحل
لحساب الشغل المبذول، نستخدم القانون W = F × d × cos(θ). أولاً، القوة اللازمة لرفع الصندوق تساوي وزنه: F = m × g = 50 × 9.8 = 490 نيوتن (لأعلى). الإزاحة d = 2 متر (لأعلى). الزاوية بين القوة والإزاحة = 0° لأن كلاهما لأعلى. إذن cos(0) = 1. الشغل = 490 × 2 × 1 = 980 جول. هذا يعني أنك بذلت 980 جول من الطاقة لرفع الصندوق. لاحظ أن الشغل موجب لأن القوة في اتجاه الحركة. إذا كان شخص آخر يمسك الصندوق دون تحريكه، فالشغل صفر لأن الإزاحة صفر. هذا المثال يوضح كيف يرتبط الشغل بنقل الطاقة في الحياة اليومية.
الحل
نحسب الشغل لكل سيارة: السيارة الأولى: W1 = 2000 × 500 × cos(20°) = 1,000,000 × 0.9397 ≈ 939,700 جول. السيارة الثانية: W2 = 2500 × 300 × cos(40°) = 750,000 × 0.7660 ≈ 574,500 جول. إذن السيارة الأولى تبذل شغلاً أكبر رغم أن قوتها أقل، لأن المسافة أكبر والزاوية أصغر (أكثر فعالية). هذا يبين أهمية كل من القوة والمسافة والزاوية. في التطبيقات الهندسية، نحاول تصغير الزاوية لزيادة الشغل المفيد. مثلاً، عند جر سيارة، يُفضل أن يكون الحبل موازياً للأرض لتقليل فقدان الطاقة.
أمثلة محسوبة
قيم مُدخَلة ونتيجة محسوبة فعليًا بواسطة الشغل.
قيم مُدخَلة قياسية
- القوة (ن)
- 50
- الإزاحة (م)
- 50
- الزاوية (°)
- 0
قيم مُدخَلة مرتفعة
- القوة (ن)
- 85
- الإزاحة (م)
- 85
- الزاوية (°)
- 153
قيم مُدخَلة منخفضة
- القوة (ن)
- 10
- الإزاحة (م)
- 10
- الزاوية (°)
- 18