تعتبر القوة والشغل والطاقة من المصطلحات الرئيسية في علم الفيزياء والعلوم الأخرى.
فلا تستطيع فهم العديد من الظواهر الطبيعية والاختراعات والتطبيقات المختلفة إلا بمعرفتها.
كما لا يمكن دراسة أي منها على حدة ؛ فهي تؤثر على بعضها البعض بشكل مباشر.
إذن سندرس طريقة تفاعل هذه الكميات مع بعضها البعض وتأثيرها على الأجسام.
وقبل البدء بدراسة العلاقات فيما بينها لا بد من معرفة ماذا تعني هذه المصطلحات.
يعرف العمل فيزيائياً بـ" الشغل"؛ وهو مقدار الطاقة اللازم توفرّها لتحريك جسم ما ضمن قوة معينة لمسافة محددة، ويقاس بالجول. لذلك يرتبط الشغل بكمية الطاقة المنقولة من وإلى الجسم أو النظام بواسطة القوة. كما يعد كمية فيزيائية ذات قيمة قياسية ترتبط بالقوة.
فالقوة هي المؤثر الذي يؤدي إلى تغيير حالة الجسم الحركية في حال عدم وجود قوة معاكسة لها في الاتجاه، وتعتبر من الكميّات المتجهة يتمّ تحديدها بمقدارٍ واتجاه، ويقاس مقدارها بوحدة نيوتن.
والحالة الحركية هي تغيير حالة الجسم من السكون إلى الحركة أو العكس أو تسارع أو تباطؤ الجسم أو تغيير اتجاه حركته.
أما الطاقة فتتمثّل بالقدرة على إنشاء الشغل، وتقاس بوحدة الجول (نيوتن/م). والطاقة محفوظة بمعنى أنها لا تفنى ولا تُستحدث وإنما تتغير من شكل إلى آخر. ولها العديد من الأشكال المختلفة:
كالطاقة الحركيّة، طاقة الوضع، الطاقة الكهربائية، الحرارية، والنووية.
ويمكن تحويل جميع أنواع الطاقة من شكل إلى شكل آخر كتحويل الطاقة الكيميائية إلى كهربائية، وتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية، والطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية باستخدام المحركات..
ومن المعلوم أنه عندما تؤثر القوة على جسم ما فهي :
· إما أن تؤدي إلى تحريكه في اتجاه ما ؛ فهي بذلك تتسبب في إحداث شغل على الجسم.
· أو تؤدي إلى عدم تحريكه ؛ فلا تُحدث شغلا، فيتم تخزين الطاقة في الجسم بنفس مقدار الشغل المبذول عليه، وهذه الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من عدم، ويمكن أن تتحول إلى العديد من الأشكال. وتتغير طاقة الجسم بمقدار الشغل المبذول عليه وفق المعادلة الفيزيائية التالية :
W = ΔE
حيث :
(الشغل) W: Work
(التغير في الطاقة ) ΔE: Energy change
ومما أعتقد أنك تودّ معرفته أن تحوّلات الطاقة قد تكون أحادية أو متعددة.
ومن الأمثلة على تحوّلات الطاقة الأحادية ما يلي:
· تحويل الطاقة الكيميائيّة إلى طاقة كهربائيّة داخل البطاريّات.
· تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية داخل المُبرّدات الحراريّة.
· تحويل الطاقة الكهربائيّة إلى طاقة كهرومغناطيسيّة في الهاتف من أجل إتمام المكالمات.
· تحويل الطاقة الكهربائيّة إلى طاقة حراريّة في المحمصة الكهربائيّة من أجل تحميص الخبز.
أما عن تحولات الطاقة المتعددة ؛ فتتمثّل بما يلي:
· دورة الديزل: ويتمّ فيها تحويل الطاقة الكيميائيّة إلى طاقة ميكانيكيّة بعد مرورها بسلسلة من التفاعلات كالآتي:
طاقة كيميائيّة ← طاقة حراريّة ← طاقة ميكانيكيّة ← طاقة ميكانيكيّة.
· دورة برايتون داخل التوربينات الغازيّة أو المحرّكات النفاثّة:
يتمّ فيها تحويل أشكال متعددة للطاقة إلى طاقة كهربائية بعد مرورها بسلسلة من التفاعلات كالآتي:
طاقة كيميائيّة ← طاقة حراريّة ← طاقة ميكانيكيّة ← طاقة كهربائيّة. طاقة نوويّة ← طاقة حراريّة ← طاقة ميكانيكيّة ← طاقة كهربائيّة. طاقة شمسيّة ← طاقة حراريّة ← طاقة ميكانيكيّة ← طاقة كهربائيّة.
· تحويل الطاقة الميكانيكيّة التي تمتلكها الرياح، والأمواج، والمد والجزر إلى طاقة كهربائيّة: وذلك بعد مرورها بسلسلة من التفاعلات كالآتي:
طاقة حركية ← طاقة ميكانيكية ← طاقة ميكانيكية ← طاقة ميكانيكية ← طاقة كهربائية.
ولعلّ ملخص مقالنا أن الطّاقة أحد أشكال الوجود في الكون، وهي المكوّن الأساسي له،
ويمكنها التحوّل من شكل إلى شكل آخر بحيث تتغير طاقة الأجسام بمقدار الشغل المبذول عليها.
62 مشاهدة
