القوة والشغل

هل تساءلت يوماً لمَ تتحرك الكرة عند ركلها؟ ولمَ يتوقف القطار عند ضغط الفرامل؟ ففي الحقيقة فإن الإجابة تكمن وراء ما يسمى بالقوة، ما معنى القوة بالمصطلح الفيزيائي؟

123- القوة والشغل
--------
هل تساءلت يوماً لمَ تتحرك الكرة عند ركلها؟ ولمَ يتوقف القطار عند ضغط الفرامل؟

في الحقيقة فإن الإجابة تكمن وراء ما يسمى بالقوة، فالقوة كمصطلح فيزيائي: هي العامل الذي نستطيع به وصف التأثير بين الجسم والبيئة التي حوله، وبه تتأثر حالة الجسم بين السكون والحركة، وبتعريف أكثر دقة: فالقوة هي مقدار التغير في السرعة الناتج عن مصدر له كتلة محددة، ولها دائماً ثلاثة مصادر: إما الدفع أو السحب أو المجالات.

وببذل بعض القوة يتحرك الجسم الساكن، أو يتوقف، أو حتى يتغير اتجاه حركته؛ والسبب وراء ذلك دائماً هو القوة.

أما عن الزيادة والنقصان فذلك معتمد على: (اتجاه الحركة واتجاه القوة)، فإذا أثرت قوة في نفس اتجاه الحركة أدت إلى تزايد سرعتها، وإن أثرت قوة في عكس اتجاه الحركة فستؤدي إلى تباطؤ سرعتها حتى الوصول للسكون التام.

ويسمى ذلك التزايد أو النقصان في السرعة بـ(العجلة)، فيقال مثلاً: عجلة الجاذبية الأرضية، أي مقدار التسارع أو التباطؤ الذي تسببه جاذبية الأرض.

أما عن وحدة قياس القوى فهي النيوتن؛ تخليداً لذكرى العالم (إسحق نيوتن) (1642-1727) الذي ساهمت أعماله في مجالات القوى إلى اكتشاف الجاذبية الأرضية وعلاقتها بمصطلح القوى إلى جانب العديد من الأعمال العظيمة الأخرى التي سيأتي تفصيل ذكرها لاحقاً إن شاء الله، فوحدة (1) نيوتن تعني أنّ مقدار التغير في سرعة جسم كتلته كيلوجرام هو (1) متر لكل ثانية، فلنفترض أنّ جسماً ما ساكناً له كتلة (1) كيلوجرام فإذا أثرنا عليه بقوة (1) نيوتن فستكون سرعته بعد ثانية (1) متر/ ثانية، وبعد ثانيتين ستكون (2) متر/ثانية، وبعد ثلاث ثوان ستكون (3) متر/ثانية، وهكذا...

والقوة نوعان: متصلة ومجالية فإذا تمّ ركل كرة بواسطة لاعب (دفعها) أو تم جر سيارة (سحبها)؛ فذلك مثال على القوى المتصلة التي يجب فيها على المؤثر (اللاعب) أن يكون متصلاً مباشرة بالمؤثر عليه (الكرة).

أما النوع الآخر فهو القوة المجالية والتي لا يشترط فيها أن يتصل المؤثر والمؤثر عليه اتصالاً مباشراً، ومثال ذلك: كوكب الأرض، فإذا تركنا كرة في الهواء (حالة سكون) ستتحول تلقائياً لحالة حركة في تسارع مستمر أو عجلة مستمرة بسبب قوة الجاذبية الأرضية (المجالية)؛ وهنا نلاحظ أن المؤثر عليه (الكرة) ليس متصلاً -أو ملامساً- اتصالاً مباشراً بالمؤثر (كوكب الأرض).

ومن خلال القانون الثاني لنيوتن نستطيع قياس القوة من خلال الآتي:
القوة = العجلة × الكتلة

وبمعرفة العجلة التي يتحرك بها جسم ما والكتلة التي يتحرك بها = تتم قياس القوة المؤثرة مباشرة.
وإن استمرت تلك القوة (أو التأثير) لمسافة معينة فذلك يعني وجود شغل؛ فإذا استخدمنا مصطلح شغل وقلنا: إنّ المحرك يبذل شغلاً وقدره (10) جول (الجول: وحدة قياس الشغل) فذلك يعني أن المحرك يبذل (10) نيوتن في مسافة قدرها (1) متر، أو (5) نيوتن في مترين، أو (2.5) نيوتن في (4) متر؛ فالمهم هنا ثبوت ناتج الضرب بينهما بسبب العلاقة الطردية بين الشغل والقوة والتي تكون فيها المسافة هي ثابت التناسب بينهما حيث: الشغل = القوة × المسافة

إعداد: أحمد محمد حليم.
تدقيق: طارق القضماني.
#فيزيائي
#الفيزياء_للجميع

المرجع:
- Holt Physics (by Raymond A. Serway & Jerry S. Faughn) , Chapter 4( Forces and the Laws of Motion )