الفصل الثالث : الشغل والطاقة والالات البسيطة

– التغير في الزخم يكون ناتجا عن الدفع (حاصل ضرب القوة في الزمن)

– الشغل : حاصل ضرب القوة الثابتة المؤثرة في الجسم باتجاه حركته في الازاحة التي يعملها الجسم تحت تأثير هذه القوة .

– يرمز للشغل بـ W

– قانون الشغل :    W=Fd

– قانون آخر للشغل : W = 1/2 mvf2-1/2 mvi2

– الطاقة : هي قدرة الجسم على إحداث تغير في ذاته أو فيما يحيط به .

– الطاقة الحركية : هي الطاقة الناتجة عن الحركة ويرمز لها بـ KE

KE = 1/2 mv2

– قانون آخر للشغل : W =KE f – KE i  (نظرية الشغل – الطاقة)

– نظرية الشغل – الطاقة : تنص على أنه بذل شغل على جسم ما فإن طاقة حركته تتغير .

– الشغل يساوي التغير في الطاقة الحركية (نظرية الشغل – الطاقة )

– وحدة قياس الطاقة هي جول (J)

– J = kg.m2/s2

– إذا بذل المحيط الخارجي شغلا على النظام فإن الشغل يكون موجبا و تزداد طاقة النظام .

– إذا بدل النظام شغلا على المحيط الخارجي فإن الشغل يكون سالبا  و تتناقص طاقة النظام .

– بما أن الشغل المبذول على جسم ما يساوي التغير في الطاقة فإن الشغل يقاس بوحدة الجول أيضا .

– الشغل في حالة وجود زاوية بين القوة والإزاحة :

هو حاصل ضرب القوة والإزاحة في جيب تمام الزاوية المحصورة بين القوة واتجاه الإزاحة .

– القدرة هي الشغل المبذول مقسوما على الزمن اللازم لبذل الشغل .

– قانون القدرة : P =W/t

– ويمكننا أيضا أن نقول أن القدرة هي المعدل الذي تغير فيه القوة الخارجية طاقة النظام .

– تقاس القدرة بوحدة الواط W .

– ولان وحدة الواط صغيرة فإن القدرة تقاس غالبا بوحدة الكيلوواط (Kw) وهي تساوي 1000 W

– قانون آخر لإيجاد القدرة :             P = W/t

P = Fd/t

  P=Fv

حيث d/t = v

من أمثلة الآلات البسيطة : فتاحة الزجاجات , مفك البرغي .

– الشغل هو عملية انتقال الطاقة بالطرق الميكانيكية . فأنت خزنت شغلا في الأداة كفتاحة الزجاجات مثلا , لذا تكون قد نقلت طاقة إلى الأداة . وفي المقابل بذلت فتاحة الزجاجات شغلا على الغطاء , ولذا فقد نقلت الطاقة إليه .لا تعد فتاحة الزجاجات مصدر طاقة , ولذلك لا يكتسب الغطاء طاقة تزيد على كمية الطاقة التي خزنتها في فتاحة الزجاجات . وهذا يعني أن الشغل الناتج لا يمكن ان يكون اكبر من الشغل المبذول .

– الفائدة الميكانيكية : MA = Fr/Fe

الفائدة الميكانيكية للآلة تساوي ناتج قسمة المقاومة على القوة .

– عندما تكون الفائدة الميكانيكية أكبر من 1 فإن الآلة تعمل على زيادة القوة التي أثر بها شخص ما .

– الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) تساوي إزاحة القوة مقسومة على إزاحة المقاومة .

–  يكون الشغل المبذول في الآلات الحقيقية أكبر من الشغل الناتج . وإن إزالة الطاقة من النظام تعني أن هناك نقصانا في الشغل مما يجعل الآلة أقل كفاءة وفاعلية عند إنجاز المهمة .

– هناك قانونين يمكننا استعمالها عند إيجاد الكفاءة :

1- الكفاءة :

إن كفاءة الآلة (كنسبة مئوية %) تساوي الشغل الناتج مقسوما على الشغل المبذول مضروبا في العدد 100 .

2- الكفاءة بدلالة الفائدة الميكانيكية والفائدة الميكانيكية المثالية

– جميع الآلات الحقيقية كفاءتها اقل من 100% .

– الآلة المركبة : هي الآلة التي تتكون من آلتين بسيطتين أو اكثر ترتبطان معا , بحيث تصبح المقاومة لإحدى هذه الآلات قوة (مسلطة) للآلة الأخرى .

– الفائدة الميكانيكية للآلة المركبة (MA) تساوي حاصل ضرب الفوائد الميكانيكية للآلات البسيطة التي تتكون منها .

– إن جسم الإنسان مزود أيضا بآلات بسيطة على هيئة رافعات تمنحه القدرة على السير والركض , إلا ان أنظمة الرافعات في جسم الإنسان اكثر تعقيدا ولكل نظام الأجزاء الرئيسية التالية :

        – قضيب صلب (العظام)

       – مصدر قوة (انقباض العضلات)

       – نقطة ارتكاز (المفاصل المتحركة بين العظام )

       – مقاومة (وزن جزء الجسم أو الشيء الذي يتم رفعه أو تحريكه )

– إن الأشخاص طوال القامة لديهم أنظمة رافعة فائدتها الميكانيكية اقل من الأشخاص القصار القامة . بينما يستطيع طوال القامة المشي اسرع ولكن ذلك يتطلب منه التأثير بقوة أكبر لتحريك الرافعة الطويلة المكونة من عظام الساق .