المحتوى

• خطوات
• نصائح

في الفيزياء ، "العمل" له تعريف مختلف عن ذلك المستخدم في حياتنا اليومية. على وجه التحديد ، يستخدم هذا المصطلح عندما تتسبب قوة جسدية في تحريك جسم ما. بشكل عام ، إذا تسببت قوة كبيرة في تحرك الجسم بعيدًا جدًا ، فهناك الكثير من العمل قيد الاستخدام - وإذا كانت القوة صغيرة أو لم يكن الجسم بعيدًا جدًا ، فهناك القليل من العمل قيد الاستخدام. يمكن حساب القوة بالصيغة العمل = F × D × Cos (θ)، حيث F = القوة (في نيوتن) ، D = الإزاحة (بالأمتار) و = الزاوية بين متجه القوة واتجاه الحركة.

خطوات

طريقة 1 من 3: البحث عن عمل في بُعد

1. 

   أوجد اتجاه القوة ومتجه الحركة. للبدء ، من المهم أن تكون قادرًا على تحديد الاتجاه الذي يتحرك فيه الكائن والاتجاه الذي تم تطبيق القوة منه - على سبيل المثال ، إذا قمت بسحب عربة صغيرة بالمقبض ، فأنت تستخدم قوة قطرية (بافتراض أنك أطول منه) لتحريكه للأمام. ومع ذلك ، في هذا القسم ، سوف نتعامل مع المواقف التي تكون فيها قوة الجسم وإزاحته لديها نفس الاتجاه. للحصول على معلومات حول كيفية حساب العمل عند كليهما لا لها نفس الاتجاه ، اقرأ المزيد أدناه.
   • لتسهيل التعلم الخاص بك ، سوف نتبع مع مثال مشكلة. لنفترض أن سيارة لعبة يتم سحبها مباشرة بواسطة القطار الذي أمامك. في هذه الحالة ، يشير متجه القوة واتجاه حركة القطار إلى نفس الاتجاه -إلى الأمام. في الخطوات التالية ، سنستخدم هذه المعلومات لحساب العمل المطبق على الكائن.

2. 

   
   
   أوجد إزاحة الجسم. المتغير الأول الذي نحتاجه لصيغة العمل ، D ، أو الإزاحة ، هو الأسهل لإيجاده. يمثل الإزاحة بشكل أساسي المسافة التي يقطعها الجسم الخاضع لتطبيق القوة ، من نقطة البداية. في المشكلات الأكاديمية ، عادةً ما يتم تقديم هذه المعلومات أو يمكن خصمها بسهولة من البيانات الأخرى في البيان. في العالم الحقيقي ، لإيجاد الإزاحة ، ما عليك سوى قياس المسافة التي يقطعها الجسم.
   • لاحظ أنه يتم التعبير عن قياسات المسافة بالأمتار.
   • في مثالنا على قطار الألعاب ، لنفترض أننا اكتشفنا العمل الذي قام به أثناء تجوله في القضبان. إذا بدأت في نقطة معينة وتوقفت تقريبًا 2 متر بعد ذلك ، يمكننا استخدام هذه القيمة للقيمة "D" في الصيغة.

3. 

   
   
   أوجد القوة المطبقة على الجسم. بعد ذلك ، اكتشف مقدار القوة المستخدمة لتحريك الجسم. هذا مقياس لـ "شدة" القوة - فكلما زاد الحجم ، زادت قوة دفع الجسم وزيادة تسارعه. إذا لم يتم وصف حجم القوة ، فيمكن الحصول عليها من كتلة الجسم المتحرك وتسارعه (بافتراض عدم وجود قوى متعارضة عليه) بالصيغة F = M × A.
   • لاحظ أن قياسات القوة يجب أن تكون في نيوتن لصيغة العمل.
   • في مثالنا ، لنفترض أن مقدار القوة غير معروف. ومع ذلك، نعلم أن كتلة لعبة القطار 0.5 كجم وأن القوة تسببت في تسارعه إلى 0.7 م / ث. في هذه الحالة ، يمكننا معرفة المقدار بالضرب M × A = 0.5 × 0.7 = 0.35 نيوتن.

4. 

   
   
   اضرب القوة × المسافة. بعد معرفة مقدار القوة المؤثرة على الجسم ومسافة حركته ، يصبح الباقي سهلاً. ببساطة اضرب هاتين القيمتين لإيجاد مقدار العمل المنجز.
   • حان الوقت لحل مشكلة المثال. بقوة 0.35 نيوتن والإزاحة 2 م ، فإن إجابتنا تحتاج فقط إلى الضرب: 0.35 × 2 = 0.7 جول.
   • ربما لاحظت أنه في الصيغة الواردة في المقدمة ، يوجد جزء إضافي: Cos (θ). كما ذكرنا أعلاه ، في هذا المثال ، تواجه قوة واتجاه الحركة نفس الاتجاه. هذا يعني أن الزاوية بين الاثنين تساوي 0 درجة. نظرًا لأن Cos (0) = 1 ، لا نحتاج إلى تضمين هذه القيمة في المعادلة - سنضرب النتيجة في 1.

5. 

   عبر عن إجابتك في الجول. في الفيزياء ، يتم التعبير عن القيم المستخدمة في العمل (والعديد من الكميات الأخرى) دائمًا تقريبًا في وحدة قياس تسمى جول. يُعرّف الجول بأنه نيوتن من القوة مطبقة على متر أو ، بعبارة أخرى ، 1 نيوتن × م. هذا أمر منطقي - نظرًا لأنك تضرب المسافة بالقوة ، فمن المنطقي أن الاستجابة التي تم الحصول عليها لها وحدة قياس مساوية لضرب وحدات القياس لهذين المتغيرين.
   • لاحظ أن للجول أيضًا تعريفًا بديلًا - يشع واحد واط من القدرة خلال ثانية.اقرأ أدناه للحصول على شرح أكثر تفصيلاً للسلطة وعلاقتها بالعمل.

طريقة 2 من 3: اكتشاف الشغل بقوة زاوية

1. 

   ابحث عن القوة والإزاحة كالمعتاد. أعلاه ، نتعامل مع مشاكل العمل التي يتحرك فيها الجسم في نفس اتجاه القوة المطبقة. في الواقع ، هذا ليس هو الحال دائمًا. في الحالات التي يكون فيها لقوة الجسم وحركته اتجاهات مختلفة ، يجب أيضًا مراعاة الاختلاف بين كليهما في المعادلة للحصول على نتائج دقيقة. للبدء ، اكتشف مقدار القوة ومقدار إزاحة الجسم كالمعتاد.
   • لنلق نظرة على مثال آخر لمشكلة. في هذه الحالة ، نسحب قطار لعبة للأمام ، كما في المثال السابق ، ولكن هذه المرة أيضًا لأعلى بزاوية قطرية. في الخطوة التالية ، سنأخذ ذلك في الاعتبار ، لكن في الوقت الحالي ، سوف نتمسك بالأساسيات: إزاحة القطار وحجم القوة المؤثرة عليه. لأغراض هذه المسألة ، لنفترض أن مقدار القوة يساوي 10 شمال وانها هي ايضا حركته 2 متركما كان من قبل.

2. 

   أوجد الزاوية بين متجه القوة والإزاحة. على عكس الأمثلة أعلاه ، في القوة اتجاه مختلف عن اتجاه حركة الكائن ، سيكون من الضروري اكتشاف الاختلاف بين كلا الاتجاهين في زاوية بينهما. إذا لم يتم تقديم هذه المعلومات إليك ، فستحتاج إلى قياسها بنفسك أو اقتطاعها من المعلومات الأخرى الواردة في البيان.
   • في مسألة مثالنا ، لنفترض أن القوة مطبقة بمقدار 60 درجة فوق المركز الأفقي. إذا كان القطار لا يزال يتحرك للأمام (أي أفقيًا) ، فإن الزاوية بين متجه القوة وحركة القطار ستكون مساوية لـ 60°.

3. 

   اضرب القوة × المسافة × كوس (θ). بعد معرفة إزاحة الجسم ، ومقدار القوة المؤثرة عليه ، والزاوية بين متجه القوة وحركتها ، سيكون حل المشكلة سهلاً ، كما لو لم يكن من الضروري أخذ الزاوية في الاعتبار. ما عليك سوى أخذ جيب التمام للزاوية (التي قد تتطلب آلة حاسبة علمية) واضربها في القوة والإزاحة ، لتجد الإجابة بوحدة الجول.
   • لنحل مشكلة المثال. باستخدام الآلة الحاسبة ، وجدنا أن جيب التمام 60 درجة يساوي 1/2. بإدخال هذه القيمة في الصيغة ، يمكننا حلها على النحو التالي: 10 N × 2 m × 1/2 = 10 ج.

طريقة 3 من 3: استخدام قيمة العمل

1. 

   اقلب المعادلة لإيجاد المسافة أو القوة أو الزاوية. صيغة العمل الموضحة سابقًا ليست مفيدة فقط للعثور على هذا المتغير - من المفيد أيضًا العثور على أي متغيرات موجودة في المعادلة ، عندما تعرف بالفعل قيمة العمل. في مثل هذه الحالات ، ما عليك سوى عزل المتغير الذي تبحث عنه وحل المشكلة وفقًا للقواعد الأساسية للجبر.
   • على سبيل المثال ، لنفترض أن القطار يتم جره بقوة 20 نيوتن بزاوية قطرية بمقدار 5 أمتار من السكة لأداء 86.6 جول من الشغل. ومع ذلك ، فنحن لا نعرف زاوية متجه القوة. لإيجاد الزاوية ، سنعزل هذا المتغير ونحل المسألة كما يلي:

     86.6 = 20 × 5 × كوس (θ)

     86.6 / 100 = كوس (θ)

     ArcCos (0.866) = = 30°

2. 

   اقسم النتيجة على الوقت الذي تقضيه في الحركة لاكتشاف القوة. في الفيزياء ، يرتبط العمل مباشرة بنوع آخر من المقاييس يسمى "القوة". ببساطة ، إنه يمثل وسيلة لقياس المعدل الذي يتم به إنفاق العمل على نظام معين بمرور الوقت. لذلك ، للعثور على القوة ، تحتاج فقط إلى تقسيم العمل المستخدم لتحريك كائن بالوقت الذي يستغرقه لإكمال هذا التحول. يتم التعبير عن قياسات الطاقة بوحدة واط (تساوي جول في الثانية).
   • على سبيل المثال ، في مسألة الخطوة أعلاه ، لنفترض أن القطار استغرق 12 ثانية ليحرك مسافة 5 أمتار. في هذه الحالة ، كل ما علينا فعله هو قسمة الشغل المنجز لهذا الإزاحة (86.6 J) على 12 ثانية وسنجد قيمة القوة: 86.6 / 12 = 7.22 واط.

3. 

   استخدم الصيغة In_أنا + دبليو_nc = في_F للعثور على الطاقة الميكانيكية للنظام. يمكن أيضًا استخدام الشغل لإيجاد الطاقة فيه. في الصيغة أعلاه ، في_أنا يمثل إجمالي الطاقة الميكانيكية مبدئي من النظام ، في_F يمثل إجمالي الطاقة الميكانيكية نهائي للنظام و W_nc يمثل العمل المنجز في النظام بسبب قوى غير محافظة. في هذه المعادلة ، إذا دفعت القوة في اتجاه الحركة ، تكون موجبة ، وإذا دفعت في الاتجاه المعاكس ، فإنها تكون سالبة. لاحظ أنه يمكن العثور على كلا المتغيرين النشطين في الصيغة (½) mv ، حيث m = الكتلة و v = الحجم.
   • على سبيل المثال ، في مسألة الخطوتين السابقتين ، لنفترض أن الطاقة الميكانيكية الكلية للقطار في البداية تساوي 100 J. بما أن القوة في المسألة تسحب القطار في اتجاه حركته الأولية ، فهي إيجابية. في هذه الحالة ، يتم تمثيل الطاقة النهائية للقطار بواسطة Em_أنا + دبليو_nc = 100 + 86,6 = 186.6 جول.
   • لاحظ أن القوى غير المحافظة هي تلك التي تعتمد قوتها على المسار الذي يسلكه الجسم الذي يتم تسريعه. الاحتكاك هو مثال جيد - سيشعر أحد الأشياء التي يتم دفعها على طول مسار قصير ومباشر بتأثيرات الاحتكاك لفترة قصيرة ، بينما يشعر كائن آخر ، إذا تم دفعه على طول مسار طويل ومعقد إلى نفس الموقع ، بمزيد من الاحتكاك بشكل عام .

نصائح

• إذا تمكنت من حل المشكلة ، ابتسم وهنئ نفسك على هذا الإنجاز!
• قم بحل أكبر عدد ممكن من التمارين ، وهذا سيجلب لك فهمًا أعمق.
• استمر في التدريب وحاول مرة أخرى ، إذا لم تنجح في البداية.
• تعرف على ما يلي عن العمل:
  • يمكن أن يكون العمل الذي تقوم به القوة إيجابيًا أو سلبيًا (بهذا المعنى ، يتم استخدام المصطلحات الإيجابية أو السلبية رياضياً ، وليس كما هو الحال في الحياة اليومية).
  • يكون الشغل المنجز سالبًا عندما تعمل القوة عكس اتجاه الإزاحة.
  • يكون الشغل المنجز موجبًا عندما تعمل القوة في نفس اتجاه الإزاحة.