مفهوم الشغل
تم إدخال مفهوم الشغل إلى مختلف المجالات بما في ذلك الفلسفة، وتعريف الشغل (بالإنجليزية: Work) في مجال الفيزياء هو كمية الطاقة الضرورية لتحريك جسم ذو كتلة محددة على مسافة معينة. ومع ذلك، فإن مفهوم الشغل لا يقتصر على تحريك الأجسام فقط، بل هو مفهوم واسع يعبر عن انتقال الطاقة إلى جسم معين. على سبيل المثال، يعتبر ضغط الغازات داخل الاسطوانة بمثابة شغل أيضاً.
يمكن صياغة الشغل رياضيًا بحيث يعبر عنه كحاصل ضرب القوة المطبقة على الجسم في الإزاحة التي قطعها. هذا يعني أنه من الممكن أن يكون الشغل سلبياً، مما يدل على مقدار الطاقة المأخوذة من الجسم. وحدة قياس الشغل هي الجول (نيوتن.متر)، والمعادلة الرياضية المتعلقة بالشغل هي كما يلي:
الشغل = القوة المؤثرة × الإزاحة
وبالرموز:
ش = ق × ف
حيث:
- ش: الشغل المؤثر على الجسم، بوحدة الجول.
- ق: القوة المؤثرة على الجسم، بوحدة النيوتن.
- ف: الإزاحة التي يقطعها الجسم، بوحدة المتر.
مفهوم الطاقة
ترتبط الطاقة في الفيزياء ارتباطًا وثيقًا بمفهوم الشغل، حيث يعبر كل من الشغل والطاقة عن العلاقة مع القوة. الطاقة (بالإنجليزية: Energy) تشير إلى القدرة على إنجاز الشغل، وتُقاس أيضاً بوحدة الجول. ومن المهم الإشارة إلى أن الطاقة تخضع لمبدأ حفظ الطاقة، والذي ينص على أن “الطاقة لا تُفنى ولا تُستحدث، بل تتحول من شكل إلى آخر”، مما يعني أنه لا يمكن خلق الطاقة من العدم أو تلاشيها، ولكن يمكن تحويلها من نوع إلى آخر.
يمكن تقسيم الطاقة إلى نوعين رئيسيين هما الطاقة الحركية وطاقة الوضع، كما تتواجد في عدة أشكال، منها:
- الجاذبية الأرضية.
- الطاقة الإشعاعية.
- الطاقة النووية.
- الطاقة الكيميائية.
- الطاقة الميكانيكية.
- الطاقة الكهربائية.
- الطاقة الحرارية.
وحدات قياس الشغل والطاقة
كما تم الإشارة إليه سابقاً، يظهر الترابط بين الشغل والطاقة من خلال تشابه وحدات القياس، حيث تعتبر وحدة الجول هي الوحدة المعتمدة لقياس الطاقة في نظام الوحدات الدولي. وقد تم تسمية هذه الوحدات نسبةً إلى العلماء الذين اكتشفوها، مما يبرز الارتباط الوثيق بين الشغل والطاقة مع أعمال كل من إسحق نيوتن وجيمس جول.
إسحق نيوتن
إسحق نيوتن (Isaac Newton) هو عالم فيزيائي بريطاني وُلِدَ في عام 1642. التحق بجامعة ترينيتي في كامبريدج عام 1661، لكنه لم يتمكن من إكمال دراسته بسبب وباء الطاعون الذي كان منتشرًا في أوروبا آنذاك. قرر نيوتن التركيز على الرياضيات والفيزياء بمفرده، وكان من الأوائل الذين فهموا العديد من الظواهر الطبيعية مثل الجاذبية وألوان الطيف وغيرها.
جيمس بريسكوت جول
وُلِدَ جيمس بريسكوت جول (James Prescott Joule) عام 1818 في إنجلترا، والتحق بجامعة مانشستر عام 1835. ساهم جول في وضع العديد من القوانين الفيزيائية، وكان له إنجازات تعدّ في غاية الأهمية، أبرزها قانون حفظ الطاقة.
يمكننا إيضاح أن الشغل يعبر عن كمية الطاقة اللازمة لتحريك جسم ذو كتلة معينة على مسافة محددة، ويُمكن التعبير عنه رياضيًا بالمعادلة: الشغل = القوة × الإزاحة، ويتم قياسه بوحدة الجول، وتبقى العلاقة قائمة بين الشغل والطاقة، حيث تُقاس الأخيرة أيضًا بوحدة الجول. يتواجد أنواع متعددة من الطاقة؛ مثل الطاقة الإشعاعية، والطاقة النووية، والطاقة الكيميائية، والطاقة الميكانيكية، والطاقة الكهربائية، والطاقة الحرارية.