أنواع الشغل
يمكن تصنيف الشغل إلى ثلاثة أنواع رئيسية بناءً على قياس الزاوية بين القوة المؤثرة على الجسم والإزاحة الناتجة عن العمل المنجز، وهي كما يلي:
الشغل الإيجابي
عندما تكون الزاوية بين القوة المؤثرة وإزاحة الجسم تساوي أو أكبر من صفر وأقل من 90 درجة، أي (90>(θ)≥0)، فإن الشغل المبذول على الجسم يعتبر موجبًا. على سبيل المثال، عندما يحمل شخص حقيبةً من الأرض إلى الأعلى، يكون الشغل المبذول إيجابيًا؛ لأن القوة والإزاحة تتجهان بنفس الاتجاه، والزاوية بينهما تساوي صفر.
الشغل السلبي
إذا كانت الزاوية بين القوة المؤثرة وإزاحة الجسم أكبر من 90 درجة، أي ((θ)>90)، فإن الشغل المبذول على الجسم يكون سالبًا. كمثال على ذلك، عندما يقوم شخص بسحب جسم على سطح خشن، فإن الشغل المبذول يعتبر سالبًا؛ لأن اتجاه قوة الاحتكاك والإزاحة متعارضان، مما يجعل الزاوية بينهما تساوي 180 درجة.
الشغل الصفري
في حال كانت القوة المؤثرة عمودية على اتجاه الإزاحة، والزاوية بينهما تساوي 90 درجة، أي ((θ)=90)، فإن الشغل المبذول على الجسم يكون صفريًا. على سبيل المثال، إذا حمل شخص حقيبته على رأسه ومشى بها أفقيًا، فإن الشغل المبذول يعد صفرًا؛ لأن اتجاه القوة المؤثرة عمودي على اتجاه الإزاحة، والزاوية بينهما تساوي 90 درجة.
وحدة قياس الشغل
يتم قياس الشغل في النظام الدولي للوحدات باستخدام وحدة الجول (J)، حيث تساوي وحدة القوة (نيوتن) في وحدة الإزاحة (المتر) وبالتالي الجول يساوي نيوتن.م. عندما نقول إن الشغل يساوي واحد جول، فهذا يعني أن واحد نيوتن من القوة يُنتج مترًا واحدًا من الإزاحة.
كما يُقاس الشغل في نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية (CGS) بوحدة إرج (erg) التي تعادل واحد داين في سم (dyne.cm). يمكن تحويل وحدة (الجول) إلى وحدة (الداين.سم) باستخدام العلاقة التالية:
1 جول = 710 داين.سم = 710 إرج.
يمكن تمثيل معادلة الأبعاد لوحدة الشغل كما يلي:
ك ل² ز-2 (ML²T-2)
حيث تشير الرموز إلى:
ك (M): الكتلة.
- ل (L): الطول.
- ز (T): الزمن.
يوضح الجدول التالي ملخصًا للوحدات الأساسية المستخدمة في قياس الشغل:
| 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
يمكن تعريف الشغل بأنه مقدار القوة الخارجية اللازمة لإحداث إزاحة للجسم، ويعبر عنه على أنه حاصل ضرب كميتين متجهتين هما: القوة المؤثرة والإزاحة. يُعتبر الشغل كمية قياسية تعتمد فقط على المقدار دون الاتجاه. العلاقة الرياضية التي تمثل هذه الكميات المتجهة هي كما يلي:
الشغل = القوة المؤثرة × جتا(الزاوية بين القوة والإزاحة) × الإزاحة
وبالرموز:
ش = ق × جتاθ × ف
وبالرموز الإنجليزية:
W = f cosθ d
حيث:
- ش (W): الشغل المبذول على الجسم، ويُقاس بوحدة الجول (نيوتن.متر).
- ق (f): القوة المؤثرة على الجسم، وتُقاس بوحدة النيوتن.
- θ: الزاوية بين اتجاه إزاحة الجسم واتجاه القوة المؤثرة.
- ف (d): الإزاحة التي يقطعها الجسم، وتُقاس بوحدة المتر (م).