وحدة قياس الشغل والطاقة

تقاس كل من الطاقة والشغل بوحدة الجول (بالإنجليزية: Joule) نسبة إلى العالم جيمس بريسكوت جول الذي قام بدراسة هاتين الخاصيتين، حيث أن وحدة الجول هي نفسها تساوي وحدة نيوتن في المتر، يعود ذلك لكون الجول الواحد يساوي القوة التي تعادل واحد نيوتن، والتي تتسبب بتحريك جسم ما مسافة متر واحد فقط، ويتم التعبير عن ذلك بالرموز كما يلي: J = Nm، حيث إن (J) تمثل الجول و (N) تمثل نيوتن و (m) تمثل المتر.[١]


ومن الجدير بالذكر، أن وحدة الجول أو نيوتن في المتر تستخدم للقوى والأجسام الكبيرة، وللمسافات التي يمكن قياسها بالمتر أو ما يقاربه، إلا أنه للأجسام الأصغر تستخدم وحدة أخرى، فعند دراسة الطاقة والشغل على المستوى الذري أو الجزيئي، سواء للذرات أو للجسيمات دون الذرية مثل الإلكترونات، تستخدم وحدة فولت الإلكترون (eV) لقياس الشغل، بالإضافة إلى ذلك، يمكن التحويل بين هذه الوحدة ووحدة الجول من خلال العلاقة الآتية:[١]

  • 1eV = 1.602 * 10-19 J
  • أي أن الفولت إلكترون الواحد يساوي 1.602 * 10-19 جول فهي أصغر بكثير من الجول؛ ولهذا هي مناسبة للقياسات الجزيئية.


حساب الشغل والطاقة

تعبر الطاقة عن قدرة الجسم على بذل الشغل، حيث أن انتقال الطاقة من جسم إلى آخر يعتبر شغلاً، وبالتالي فإن الشغل هو نفسه انتقال وحركة الطاقة، وعلى الرغم من ارتباط هاتين الخاصيتين ببعضها البعض، إلا أن الطاقة لا تعتبر كمية متجهة على عكس الشغل الذي يعتبر متجهاً، يعود ذلك لكون الشغل يعتمد في حسابه على القوة، وبما أنه القوة متجهة، إذاً فالشغل متجه أيضاً،[٢] وفيما يلي كيفية حساب كل من الطاقة والشغل:


كيفية حساب الطاقة الكامنة

يعتمد حساب الطاقة على طبيعتها، حيث يختلف حساب الطاقة الكامنة عن الطاقة الحركية، يعود ذلك لكون الطاقة الكامنة تعبر عن الطاقة التي تتواجد داخل الأجسام الساكنة، ويتم حسابها كما يلي:[٣]

الطاقة الكامنة = الكتلة * الارتفاع * قوة الجاذبية


ومن المعادلة يمكن حساب انتقال الطاقة الكامنة لكرة تملك كتلة 0.16 كيلوجرام ألقيت بارتفاع أربعة أمتار، علماً بأن قوة الجاذبية على الأرض تبلغ 10 نيوتن لكل كيلوجرام، كما يلي:

الطاقة الكامنة = 0.16 * 4 * 10 = 6.4 جول.


كيفية حساب الطاقة الحركية

يتم حساب الطاقة الحركية للأجسام في حالة الحركة من خلال المعادلة التالية:[٣]

الطاقة الحركية = 0.5 * الكتلة * السرعة2


ومن المعادلة يمكن حساب الطاقة الحركية لسيارة تملك كتلة تساوي 500 كيلوجرام، وتتحرك بسرعة 60 متراً في الثانية كما يلي:

الطاقة الحركية = 0.5 * 500 * 602 = 900000 جول.


كيفية حساب الشغل

يتم حساب الشغل بالجول من خلال العلاقة الرياضية التي تربط الشغل بالقوة ومسافة الحركة وهي كالآتي:[٤]

الشغل = القوة * المسافة


وبالتالي يمكن حساب الشغل المبذول لتحريك جسم ما بقوة 40 نيوتن مسافة مترين من خلال المعادلة كما يلي:

الشغل = 40 * 2 = 80 جول.

المراجع

  1. ^ أ ب "units_work_energy", ebrary, Retrieved 23/10/2022. Edited.
  2. ↑ "work-and-energy", toppr, Retrieved 23/10/2022. Edited.
  3. ^ أ ب "energy ", bbc, Retrieved 23/10/2022. Edited.
  4. ↑ "work-and-energy", vedantu, Retrieved 23/10/2022. Edited.