الشغل والطاقة

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

أهلا وسهلا بكم أعزائنا القراء في موضوع جديد من موضوعات 

العلم نور في موضوعنا اليوم سنتحدث عن 


الشغل والطاقة 

 سنتطرق إلى الموضوعات التالية : 

         - الشغل 

         - القدرة 

         - الطاقة 

         - أنواع الطاقة 

         - مصادر الطاقة  

 الشغل :

عندما تجلس إلى مكتبك للدراسة فإنك لا تعمل شغلا . ولكن هذه العبارة لا تعني أنك كسول أو أن الدراسة عملية لا تحتاج إلى مجهود , فهي تقرر فقط حقيقة تنشأ من تعريف الشغل كما يستخدمه العلماء . ونظرا لان هناك طرقا كثيرة جدا لاستخدام كلمة الشغل في الحياة اليومية فان الاتفاق على معنى دقيق لهذه الكلمة يكتسب أهمية خاصة .

هل يعمل لاعب البيسبول شغلا عندما يلعب ؟ قد يقول كثير من الناس أنه لا يعمل لأنه يلعب لعبة مسلية . فماذا لو كان يتقاضى هذا الاعب أجرا ليلعب البيسبول ؟ هل تعمل الأرض المبني عليها منزل شغلا ؟ وهي تحمل المنزل . وهل تختلف هذه الأرض في وظيفتها عن العمود الذي يحمل سقف المدخل الخارجي للمنزل ؟ وعلى ذلك فإن البعض قد يصرون على ان العمود يعمل شغلا . من الواضح إذن أنه إذا أردنا استخدام كلمة الشغل كمصطلح علمي في الفيزياء فلابد من تعريفه بطريقة دقيقة .

يعرف علماء الفيزياء وغيرهم من العلماء الشغل الذي تبذله قوة ما بالطريقة الآتية لنفرض أن  Fتؤثر على جسم ما وأن هذا الجسم قد اكتسب إزاحة S لنفرض زيادة على ذلك أن Fs هي مركبة F في اتجاه S  . يعرف الشغل المبذول بواسطة القوة F خلال الازاحة S بأنه :

work done by F = Fs S

وعند قبول هذا التعريف ينتج أن القوة الحاملة التي يؤثر بها عمود يحمل ثقلا لا تبذل شغلا , فإن هذا الثقل لا يتحرك تحت تأثير القوة وعليه فإن S تساوي صفرا . بالمثل , عندما تحمل سطلا من الماء وتظل ساكنا في مكانك لمدة ساعة فإن القوة الحاملة لديك لا تبذل أي شغل على السطل لان السطل لم يتحرك . وعليه فإن S تساوي صفرا وكذلك الشغل المبذول بواسطة القوة .

لنفرض أنك تحمل السطل على أرض مستوية و تعبر به نقطتين المسافة بينهما 1/2 mi  . عندئذ يكون الشغل المبذول بواسطة القوة F على السطل صفرا حسب التعريف . وذلك لجذبك للسطل إلى أعلى وعليه فإن Fs تساوي صفرا و كذلك الشغل المبذول بواسطة القوة الحاملة أثناء هذه الإزاحة يساوي صفرا .

القدرة :

يسمى معدل بذل الشغل بالقدرة , وهي تعرف بأنها الشغل المبذول على وحدة الزمن .

ويمكننا كتابة هذا التعريف على صورة الصيغة الرياضية الآتية :

وحدات القدرة عبارة عن أي وحدة للشغل مقسومة على أي وحدة للزمن . ولكن الوحدات الأكثر شيوعا هي :

p—> J/s = watts(W)

 ft . Ib / s

في بعض الأحيان تستخدم وحدات أخرى للقدرة . فمثلا الكيلو واط  وهي وحدة أكبر بمقدار 1000 مرة من الواط . وتستخدم وحدة قدرة الحصان (hp) كثيرا في النظام البريطاني , وتعرف هذه الكمية بأنها 550 ft.Ib /s   وحيث أن 1 ft .Ib /s  تكافئ 1.36 w فإن 1hp تساوي 746 w من القدرة . وحيث أن تعريف القدرة هو :

القدرة = الشغل / الزمن

p = work / time

الشغل = الزمن X القدرة

work = (power)(time)

و تعتبر هذه المعادلة للشغل أساس وحدة الشغل أو الطاقة و هي الكيلو واط  ساعة (KWh) . وهذا يعني أنه إذا كان خرج القدرة لمكنة (الة) مقاسا بالكيلو واط و كان زمن التشغيل مقاسا بالساعة فان حاصل ضرب القدرة في الزمن يعطي الشغل بالكيلو واط ساعة .

مثال توضيحي 4-5 . لنفرض أن الموتور في الشكل التالي يرفع جسما وزنه 480 Ib بسرعة ثابتة قدرها 2 in/s  . ما هي القدرة بالحصان التي ينتجها الموتور ؟ وما هي القدرة بالواط ؟

طريقة الحل :

يبذل الموتور الكمية التالية من الشغل في زمن قدره 1s :

الشغل المبذول في زمن قدره 1s = ( المسافة المرفوعة في 1s ) (القوة) .

work in 1 s = (force )(distance lifted in 1 s )

= (480 )(2/12 ft ) = 80 ft.Ib

ولكن من تعريف القدرة :

power = work /t = 80 /1 = 80 ft.Ib/s

= 80 X 1/550 = 0.145 hp

وحيث أن 1 hp = 746 w   , فإن

power = (0.145) (746 /1) = 108 W

الطاقة : 

هي القدرة  على عمل أو أنجاز مهمة أو شغل . مثالا حمل صخرة , زيادة سرعة سيارة .

من المهم أن ندرك أن الشغل والطاقة لهما وحدة القياس نفسها , وهناك العديد من الأشخاص يجدون صعوبة في التمييز بين الطاقة والقدرة والقوة . فالقدرة هي متوسط الشغل المبذول على وحدة الزمن , أما القوة فهي الدفع او الجذب الذي يقوم به جسم الإنسان .

أنواع الطاقة :

     -        طاقة كيميائية .

     -        طاقة ميكانيكية .

     -        طاقة حرارية . 

     -        طاقة شمسية .

     -        طاقة نووية .

     -        طاقة كهربائية .

     -        طاقة ضوئية .

مصادر الطاقة :

     -        الطاقة الشمسية .

     -        الوقود الأحفوري .

     -        المصادر الميكانيكية .

     -        الطاقة المتجددة .

     -        الطاقة الكيميائية .

     -        الطاقة النووية .

   

تم بحمد الله

نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

" نرد على جميع التعليقات "

وختاما نتمنى أن يكون الموضوع نال إعجابكم ونهلتم منه الفائدة المرجوة...

 بالتوفيق للجميع ...^_^