أنواع العمل
يمكن تصنيف العمل إلى ثلاثة أنواع رئيسية بناءً على قياس الزاوية بين القوة المؤثرة على الجسم والإزاحة الناتجة عن العمل المنجز، وهذه الأنواع هي كما يلي:
العمل الإيجابي
عندما تكون الزاوية بين القوة المؤثرة والإزاحة تتراوح بين صفر و90 درجة، أي أن (90>(θ)≥0)، فإن العمل المبذول على الجسم يُعتبر إيجابياً. على سبيل المثال، عندما يقوم شخص بحمل حقيبة من الأرض إلى الأعلى، يكون العمل الذي يبذله الشخص إيجابياً، حيث تكون القوة والإزاحة في نفس الاتجاه والزاوية بينهما تساوي صفر.
العمل السلبي
عندما تكون الزاوية بين القوة المؤثرة والإزاحة أكبر من 90 درجة، أي ((θ)>90)، فإن العمل المنجز يكون سلبياً. على سبيل المثال، سحب جسم على سطح خشن يعتبر عملاً سلبياً، لأن اتجاه قوة الاحتكاك والإزاحة يتعارضان، حيث تكون الزاوية بينهما 180 درجة.
العمل الصفري
إذا كان اتجاه القوة المؤثرة عمودياً على اتجاه الإزاحة وتساوي الزاوية بينهما 90 درجة، أي ((θ)=90)، فإن العمل المنجز يُعتبر صفرياً. أدق مثال هو عندما يحمل شخص حقيبته فوق رأسه ويواصل السير في خط أفقي، هنا لا يكون هناك عمل مبذول؛ لأن اتجاه القوة المؤثرة عمودياً على اتجاه الإزاحة.
وحدة قياس العمل
يتم قياس العمل في النظام الدولي للوحدات بالوحدة المعروفة بالجول (J)، حيث تُعادل وحدة القوة (نيوتن) في وحدة الإزاحة (المتر)، وبالتالي فإن 1 جول يساوي نيوتن.م، مما يعني أن الشغل المكافئ لجول واحد يعني أن 1 نيوتن من القوة يسبب إزاحة مقدارها متر واحد.
في نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية (CGS)، يتم قياس العمل بوحدة الإرج (erg)، التي تعادل واحد داين في سم (dyne.cm). يمكن التحويل من وحدة الجول إلى وحدة الداين.سم من خلال العلاقة التالية:
1 جول = 710 داين.سم = 710 إرج.
معادلة الأبعاد لوحدة العمل هي كما يلي:
ك ل² ز-2 (ML²T-2)
حيث:
ك (M): الكتلة.
- ل (L): الطول.
- ز (T): الزمن.
يُلخص الجدول التالي الوحدات الأساسية للعمل:
| النظام الدولي للوحدات | نيوتن.م(N.m) | جول(Joule) |
| نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية | داين.سم(dyne.cm) | إرج(Erg) |
| معادلة الأبعاد | ك ل² ز2- (ML²T-2) | – |
قانون حساب العمل
يمكن تعريف العمل بأنه مقدار القوة الخارجية اللازمة لإزاحة الجسم، وهو ناتج ضرب كميتين متجهتين: القوة الخارجية المؤثرة والإزاحة. يُعتبر العمل كمية قياسية تحتاج فقط إلى مقدار دون اتجاه، وتُعبر العلاقة بين هاتين الكميتين بالصيغة الرياضية التالية:
العمل = القوة المؤثرة × جيب التمام (الزاوية بين القوة والإزاحة) × الإزاحة
وباستخدام الرموز:
ش = ق × جتا(θ) × ف
وبالرموز الإنجليزية:
W = f cosθ d
حيث:
- ش (W): العمل المبذول على الجسم، ويُقاس بوحدة الجول ويمثل (نيوتن.متر).
- ق (f): القوة المؤثرة على الجسم، وتقاس بوحدة النيوتن.
- θ: الزاوية بين اتجاه إزاحة الجسم واتجاه القوة المؤثرة.
- ف (d): الإزاحة التي يقطعها الجسم، وتُقاس بوحدة المتر (م).
