أنواع الشغل
يمكن تصنيف الشغل إلى ثلاثة أنواع رئيسية حسب قياس الزاوية بين القوة المؤثرة على الجسم والإزاحة الناتجة عن هذا الشغل. الأنواع هي كما يلي:
الشغل الإيجابي
يكون الشغل إيجابيًا عندما تكون الزاوية بين القوة والإزاحة تساوي أو أكبر من صفر وأقل من 90 درجة، أي عندما تحقق الشرط (90>(θ)≥0). على سبيل المثال، عندما يحمل شخص حقيبة من الأرض نحو الأعلى، فإن الشغل المبذول من قبله يكون موجبًا، حيث أن القوة والإزاحة تتجهان في نفس الاتجاه والزوايا بينهما تساوي صفر.
الشغل السلبي
يعتبر الشغل سلبيًا في حال كانت الزاوية بين القوة وإزاحة الجسم أكبر من 90 درجة، أي عندما تحقق الشرط ((θ)>90). كمثال، إذا قام شخص بسحب جسم على سطح خشن، فإن الشغل المبذول يكون سلبيًا، لأن اتجاه القوة الناتجة عن الاحتكاك والإزاحة يكونان متعاكسين، مما يجعل الزاوية بينهما تساوي 180 درجة.
الشغل الصفري
يكون الشغل صفريًا إذا كان اتجاه القوة المؤثرة عاموديًا على اتجاه الإزاحة، وتكون الزاوية بينهما 90 درجة، أي عندما تحقق الشرط ((θ)>90). مثال على ذلك هو عندما يحمل شخص حقيبته على رأسه ويتحرك أفقيًا، هنا يكون الشغل الذي أبذله صفريًا، بسبب الزاوية 90 درجة بين القوة والإزاحة.
وحدة قياس الشغل
في النظام الدولي للوحدات، يقاس الشغل بوحدة الجول (J)، حيث أن الوحدة يتم تعريفها من خلال القوة (نيوتن) مضروبة في الإزاحة (المتر). بمعنى آخر، يُعبر عن 1 جول كونه الناتج من تطبيق 1 نيوتن على مسافة 1 متر.
في نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية (CGS)، يُقاس الشغل بوحدة الإرج (erg)، والتي تعادل واحد داين في سم (dyne.cm). يمكن تحويل الجول إلى وحدة الداين.سم من خلال العلاقة التالية:
1 جول = 710 داين.سم = 710 إرج.
تظهر معادلة الأبعاد الخاصة بوحدة الشغل كما يلي:
ك ل² ز^-2 (ML²T^-2)
حيث أن:
ك (M): يمثل الكتلة.
- ل (L): يمثل الطول.
- ز (T): يمثل الزمن.
يوضح الجدول التالي ملخصًا للوحدات الأساسية المتعلقة بالشغل:
| النظام الدولي للوحدات | نيوتن.م(N.m) | جول(Joul) |
| نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية | داين.سم(dyne.cm) | إرج(Erg) |
| معادلة الأبعاد | ك ل² ز^-2 (ML²T^-2) | – |
قانون حساب الشغل
يُعرَّف الشغل بأنه مقدار القوة الخارجية الضرورية لإزاحة الجسم، وهو ناتج ضرب كميتين متجهتين: القوة الخارجية المؤثرة والإزاحة. يُعتبر الشغل كمية قياسية لأنه يعتمد فقط على المقدار دون اعتبار الاتجاه. العلاقة بين الكميتين المتجهتين تُعبر رياضيًا بالصورة التالية:
الشغل = القوة المؤثرة × جتا(الزاوية بين القوة والإزاحة) × الإزاحة
وبالرموز:
ش = ق × جتاθ × ف
وبالرموز الإنجليزية:
W = f cosθ d
حيث أن:
- ش (W): يمثل الشغل المبذول، يقاس بوحدة الجول (نيوتن.متر).
- ق (f): القوة المؤثرة على الجسم، تقاس بوحدة النيوتن.
- θ: الزاوية بين اتجاه إزاحة الجسم وبين اتجاه القوة المؤثرة.
- ف (d): هي الإزاحة التي يقطعها الجسم، وتقاس بالمتر (م).
