ملخص الفصل ٤: الشغل والطاقة والآلات البسيطة

4-1 الطاقة والشغل

• الشغل هو حاصل ضرب القوة في الإزاحة في اتجاه القوة W = F d cosθ، ووحدته الجول J، ولا تبذل القوة العمودية على الإزاحة أي شغل.
• نظرية الشغل والطاقة: الشغل المبذول على جسم يساوي التغير في طاقته الحركية W = ΔKE، حيث الطاقة الحركية KE = ½ m v².
• القدرة هي معدل بذل الشغل P = W / t، ووحدتها الواط W، ويمكن تمثيل الشغل بالمساحة تحت منحنى القوة والإزاحة.

راجع صفحة ٩٧ في الكتاب

4-2 الآلات

• الآلة تسهّل العمل بتغيير مقدار القوة أو اتجاهها، لكنها لا تقلل الشغل المطلوب؛ والفائدة الميكانيكية هي النسبة بين المقاومة والقوة المسلطة MA = Fr / Fe.
• الفائدة الميكانيكية المثالية تساوي إزاحة القوة مقسومة على إزاحة المقاومة IMA = de / dr، والكفاءة هي نسبة الشغل الناتج إلى الشغل المبذول e = (MA / IMA) × 100%، وهي أقل من 100% في الآلات الحقيقية بسبب الاحتكاك.
• الآلات البسيطة ست: الرافعة والبكرة والعجلة والمحور والمستوى المائل والوتد والبرغي، والآلة المركبة تتكون من آلتين بسيطتين أو أكثر، وفائدتها الميكانيكية حاصل ضرب فوائد مكوناتها، مثل الدراجة الهوائية.

راجع صفحة ١٠٩ في الكتاب

مثال محلول

يسحب طالب صندوقًا بحبل بقوة 50 N تصنع زاوية 60° مع الأفقي، فيتحرك الصندوق أفقيًا مسافة 6 m خلال 5 s. احسب الشغل والقدرة.

1. نكتب علاقة الشغل: W = F d cosθ.
2. نعوّض: W = 50 × 6 × cos60° = 50 × 6 × 0.5 = 150 J.
3. نحسب القدرة: P = W / t = 150 / 5 = 30 W.
4. تحقق: P × t = 30 × 5 = 150 J، وهو الشغل نفسه، والشغل أقل من 300 J لأن جزءًا من القوة رأسي لا يبذل شغلًا.

الإجابة: الشغل 150 J والقدرة 30 W.