بحث عن الشغل والطاقة وقانون الطاقة الحركية في الفيزياء

يمكن تصوير بحث عن الشغل والطاقة بشكل شامل يتجاوز الحدود الفيزيائية ليشمل مختلف المجالات، بما في ذلك المجال الفلسفي، يعرف الشغل في الفيزياء بأنه الطاقة المطلوبة لنقل جسم ذو كتلة معينة عبر مسافة محددة، ولكنه لا يقتصر فقط على حركة الأجسام، بل يمثل عموما نقل الطاقة إلى الجسم، فعلى سبيل المثال، ضغط الغاز داخل أسطوانة هو شكل من أشكال الشغل.

بحث عن الشغل والطاقة

يمكن التعبير عن الشغل رياضيا عن طريق ضرب القوة المؤثرة على الجسم في المسافة التي يتحركها الجسم، ويمكن أن يكون الشغل إيجابيا عندما يزيد طاقة الجسم. وسلبيا عندما تنخفض طاقته، تقاس الشغل بوحدة الجول، وتمثل عادة بالمعادلة التالية: 

الشغل = القوة × المسافة

• الشغل: الطاقة المنقولة إلى الجسم، بوحدة الجول.
• القوة: القوة المؤثرة على الجسم، بوحدة النيوتن.
• المسافة: المسافة التي يتحركها الجسم، بوحدة المتر.

اقرأ أيضًا: برامج تعلم اللغة الانجليزية من الصفر مجانا

تعريف الطاقة

مفهوم الطاقة في الفيزياء يرتبط بشكل وثيق بمفهوم الشغل، وكلاهما مرتبط بمفهوم القوة. تعبرط الطاقة عن قدرة النظام على إنتاج الشغل. وتقاس بوحدة الجول، تعتبر الطاقة مسلمة أساسية في الفيزياء وتخضع لقانون الحفاظ على الطاقة. الذي يقول أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث، ولكنها تتحول من شكل إلى آخر. هذا يعني أنها لا تخلق من العدم ولا تختفي، بل يمكن أن تتحول من نوع إلى آخر.

تنقسم الطاقة إلى أنواع مختلفة، منها:

• الطاقة الحركية.
• طاقة الوضع.
• الطاقة الجاذبية.
• الطاقة الإشعاعية.
• الطاقة النووية.
• الطاقة الكيميائية.
• الطاقة الميكانيكية.
• الطاقة الكهربائية.
• الطاقة الحرارية.

كل هذه الأشكال من الطاقة تتعامل مع الظواهر الفيزيائية بطرق مختلفة وتلعب أدوارا مهمة في تفسير وفهم سلوك النظم الطبيعية.

وحدة قياس الشغل والطاقة

العالمان اللذان ارتبطت أسماؤهم بوحدتي الشغل والطاقة هما:

• جيمس بريسكوت جول (James Prescott Joule): كان فيزيائيا انجليزيا وقد قام بعمل هام في دراسة الحرارة والطاقة، وحدة الجول لقياس الشغل والطاقة أطلقت على اسمه تكريما لمساهمته الكبيرة في هذا المجال. قام جول بتحديد العلاقة بين الحرارة والشغل، وأسس بذلك لمفهوم الطاقة الميكانيكية.
• هيرمان هلمهولتز (Hermann von Helmholtz): عالم فيزياء وفيزيولوجيا ألماني، وقد ساهم بشكل كبير في فهم الطاقة وعلاقتها بالشغل، وقد قام بتطوير فكرة حفظ الطاقة. التي تعتبر واحدة من أهم القوانين في الفيزياء، والتي تعرف أيضاً باسم قانون الحفاظ على الطاقة. والذي ينص على أن الطاقة لا تخلق ولا تدمر، ولكن يمكن تحويلها من شكل إلى آخر.

تأثير هؤلاء العلماء ومساهماتهم الهامة ساهمت في تطوير فهمنا للطاقة والشغل، وتأكيد على العلاقة القوية بينهما في الفيزياء.

قانون الطاقة الحركية في الفيزياء

عندما تؤثر قوة على جسم ساكن، فإنها تحركه. وعندما يكون الجسم متحركا، تؤدي القوة إلى زيادة سرعته أو تسارع. يستخدم مصطلح شغل لوصف المجهود المبذول لتحقيق هذه الحركة، وهذا الشغل يؤدي إلى نقل الطاقة إلى الجسم. حيث يكتسب الجسم طاقة حركية، كمية الطاقة المنقولة تعتمد على كتلة الجسم والسرعة التي يكتسبها.

لحساب كمية الطاقة الحركية، يجب معرفة الشغل المبذول بواسطة القوة. يمكن اشتقاق قانون الطاقة الحركية باستخدام قانون الشغل والطاقة على سبيل المثال، إذا أثرت قوة بعنف F على جسم ساكن كتلته m وتمت ازاحته مسافة d. فإن الشغل المبذول يحسب بالصيغة التالية:

الشغل (W) = القوة (F) × المسافة (d)

بما أن مقدار القوة يحسب بواسطة الصيغة التالية: القوة (F) = الكتلة (m) × التسارع (a)، يمكن تبديل التسارع باستخدام قانون نيوتن في الحركة لذا، تصبح المعادلة:

الشغل (W) = الكتلة (m) × (السرعة النهائية^2 – السرعة الأولية^2) / 2 × المسافة (d)

ونظرا لأن الشغل يحسب بواسطة الطاقة المنقولة، فإن الطاقة الحركية (KE) = 1/2 × الكتلة (m) × السرعة^2.

تستخدم وحدة الجول لقياس الطاقة، وهي تسمى تكريما للفيزيائي الإنجليزي جيمس بريسكوت جول. حيث يعادل جول واحد نيوتن لكل متر واحد.

اقرأ أيضًا: تويتر بحث متقدم بدون حساب

الشغل فيزيائياً يمكن تعريفه على أنه الكمية من الطاقة المطلوبة لتحريك جسم ذو كتلة معينة عبر مسافة محددة، يعبر عنه من خلال القانون الفيزيائي. الشغل = القوة × الإزاحة، ويقاس بوحدة الجول. يرتبط الشغل بشكل مباشر بالطاقة، التي تقاس أيضاً بوحدة الجول، وترتبط هذه الوحدة بأسماء العالمين إسحاق نيوتن وجيمس جول.