شرح الطاقة و الشغل – الشغل والطاقة والآلات البسيطة

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

شرح الطاقة و الشغل – الشغل والطاقة والآلات البسيطة

نبدأ على بركة الله

الشغل والطاقة :

درسنا في الفصل السابق أن التغير في الزخم يكون ناتجا عن الدفع الذي (يساوي حاصل ضرب القوة المؤثرة في الجسم في زمن تأثير هذه القوة .)

أما الشغل فهو حاصل ضرب القوة الثابتة المؤثرة في جسم باتجاه حركته في الازاحة التي يعملها الجسم تحت تأثير هذه القوة . ويرمز له بالرمز W

الشغل :

W =Fd

حيث F  هي القوة  و d هي الإزاحة .

إذا عوضنا عن قيمة a بF/m في المعادلة 2 ad = vf ²-vi ²  و ضربنا طرفي المعادلة في m/2

وبالرجوع إلى قانون الشغل فإن

  

الطاقة الحركية :

الطاقة : هي قدرة الجسم على إحداث تغير في ذاته أو فيما يحيط به .

 الطاقة الحركية : هي الطاقة الناتجة عن الحركة ويرمز لها بـ KE

KE = 1/2 mv²

وبالتعويض عن قيمة kE في المعادلة

وهذا ما يسمى بنظرية الشغل –الطاقة والتي تنص على أنه إذا بذل شغل على جسم ما فإن طاقة حركته تتغير .

إن العلاقة بين الشغل المبذول والتغير في الطاقة الناتجة تم تحديدها في القرن التاسع عشر على يد العالم جيمس بريسكوت جول , وتكريما لهذه الجهود أطلق أسمه جول على وحدة الطاقة .

ملاحظة :

J =kg.m²/s²

تذكر أن : النظام هو الجسم موضع الدراسة، والمحيط الخارجي هو كل شيء ماعدا الجسم.

فمثلا  قد يكون أحد الأنظمة صندوقا في مستودع، ويمكن أن يتكون المحيط الخارجي منك أنت وكتلة الأرض وأي شيء آخر خارج الصندوق. ويمكن أن تنتقل الطاقة بين المحيط الخارجي والنظام خال عملية إنجاز الشغل.

ويمكن أن تنتقل الطاقة في كلا الاتجاهين. فإذا بذل المحيط الخارجي شغلا على النظام فإن الشغل W يكون موجبا، وتزداد طاقة النظام. أما إذا بذل النظام شغلا على المحيط الخارجي فإن الشغل W يكون سالبا وتتناقص طاقة النظام. أي أن الشغل هو انتقال الطاقة بطرائق ميكانيكية .

حساب الشغل :

إن القانون الأول الذي يتم استخدامه لحساب الشغل هو W=Fd , وتستخدم هذه المعادلة عندما تؤثر قوى ثابتة في اتجاه حركة الجسم فقط .

ولكن ماذا يحدث عندما تؤثر القوة في اتجاه متعامد مع اتجاه الحركة ؟

للإجابة على هذا السؤال سندرس لحركة كوكب ما حول الشمس (انظر الشكل 3-2) :

فإذا كان المدار دائريا فإن القوة تكون دائما متعامدة مع اتجاه الحركة . وقد درست سابقا أن القوة العمودية على اتجاه حركة جسم ما لا تغير مقدار سرعته , وإنما تغير اتجاه حركته , لذا فإن مقدار سرعة الكوكب لا يتغير , أي أن طاقته الحركية ثابتة أيضا .

وباستخدام المعادلة W = KE_f - KE_i  ستلاحظ أنه عندما تكون الطاقة الحركية ثابتة فإن KE = 0 لذا فإن W=0 وهذا يعني أنه إذا كانت القوة F والإزاحة d متعامدتين فإن W = 0 .

ولأن الشغل المبذول على جسم ما يساوي التغير في الطاقة فإن الشغل يقاس بوحدة الجول أيضا .

إن الشغل الذي تبذله عندما توثر بقوة في جسم في اتجاه يصنع زاوية مع حركته يساوي حاصل ضرب مركبة القوة باتجاه إزاحة الجسم في المسافة التي تحركها . ويمكن إيجاد مقدار مركبة القوة المؤثرة في اتجاه الإزاحة و ذلك بتطبيق القانون التالي :

الشغل في حالة وجود زاوية بين القوة والإزاحة :

هو حاصل ضرب القوة والإزاحة في جيب تمام الزاوية المحصورة بين القوة واتجاه الإزاحة .

القدرة :

من المهم أن تعلم أن الشغل الذي يبذله شخص ما لرفع صندوق من الكتب إلى رف لا يتغير , سواء رفع الصندوق كاملا إلى الرف خلال 2s , أم رفع كل كتاب من الصندوق على حدة , بحيث استغرق الأمر 20 min وعلى الرغم من تساوي الشغل في الحالتين إلا أن معدل بذل الشغل يكون مختلفا في كل حالة , ويطلق مصطلح القدرة المعدل الزمني لبذل الشغل , أي أن القدرة هي الشغل المبذول مقسوما على الزمن اللازم لبذل الشغل .

ويمكننا أيضا أن نقول أن القدرة هي المعدل الذي تغير فيه القوة الخارجية طاقة النظام , ولحسابها نستخدم القانون :

P = W/t

- تقاس القدرة بوحدة الواط W .

- ولان وحدة الواط صغيرة فإن القدرة تقاس غالبا بوحدة الكيلوواط (Kw) وهي تساوي 1000 W

قانون آخر لإيجاد القدرة :       P = W/t

P = Fd/t

P=Fv

حيث d/t = v

تم بحمد الله

نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

" نرد على جميع التعليقات "

بالتوفيق للجميع ...^_^