تعريف القوة والشغل والطاقة والعلاقة بينهما

تعد الكلمات القوة والشغل والطاقة من المصطلحات الرئيسية في علم الفيزياء والعلوم الأخرى، حيث تؤثر كل منها على الآخر بشكل مباشر، ولا يمكن دراسة أي منها بشكل مستقل. ولتفهم الظواهر الطبيعية والاختراعات المختلفة والتطبيقات الموجودة من حولنا، يجب فهم معاني هذه الكلمات وعلاقتها ببعضها البعض، وكيفية تأثيرها على الأجسام المختلفة. في هذا المقال، سنوضح معاني القوة والشغل والطاقة وعلاقتها ببعضها البعض.

تعريف كل من القوة والشغل والطاقة 

القوة

القوة هي إحدى الكميات الأساسية الهامة في الفيزياء والعلوم الأخرى، حيث تصف القوة الكمية للتفاعل الذي يؤدي إلى تغيير في الحركة. فالقوة قد تغير اتجاه الحركة، أو تسرعها أو تبطئها، وبشكل آخر، فإن القوة تشير إلى أي عمل يحافظ على حركة الجسم أو يشوهها أو يغيرها. وتعتبر القوة من الكميات المتجهة التي يمكن تحديدها بالمقدار والاتجاه، وتقاس بوحدة النيوتن.

تختلف أشكال القوة التي توجد في الطبيعة، فمنها القوة الكهربائية وقوة الاحتكاك، كما أن هناك معادلة يمكن تطبيقها على مختلف أنواع القوة وهي التسارع في الكتلة المضروبة.

الشغل

يرتبط الشغل بكمية الطاقة التي تنتقل من وإلى الجسم بواسطة القوة، حيث تقوم القوة ببذل شغل على الجسم عند حركته بمقدار الإزاحة، ويُعرَّف الشغل بأنه منتج للقوة في حالة عدم عمل القوة بالتوازي مع اتجاه الجسم عند حركته، ويوجد للشغل العديد من الأنواع كالشغل الكهربائي الذي يتم بذله على الجزيئات المشحونة، وشغل الديناميكا الحرارية، والشغل الميكانيكي.

يعرف الشغل بأنه كمية الطاقة التي تحتاجها لتحريك جسم بكتلة محددة على مسافة محددة، ويمكن التعبير عنه كضرب فرق المسافة أو الحجم بالقوة المؤثرة عليه، ويقاس الشغل بوحدة الجول، أي نيوتن لكل متر.

الطاقة

الطاقة لا تزول ولا تُخلق من العدم، بل يمكن تحويلها من شكل إلى آخر، فهي واحدة من خصائص المادة التي توجد في الطبيعة منذ بدايتها. يحتوي الكون على عنصرين رئيسيين هما الطاقة والمادة، والمادة هي الأشياء التي يعرفها الجميع مثل الصخور والتراب والذرات وجسم الإنسان، بينما الطاقة هي المحرك الذي يتحرك بهذه المادة. تمتلك الطاقة العديد من المزايا، فهي تشكل ضوء وحرارة الشمس، وتمكِّن الإنسان من الحركة. كما يمكن تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية باستخدام المحركات، وتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.

الطاقة تنقسم إلى نوعين رئيسيين هما الطاقة الوضعية والطاقة الحركية، بالإضافة إلى العديد من الأنواع الأخرى من الطاقة مثل الطاقة الإشعاعية والطاقة الكيميائية والطاقة النووية وجاذبية الأرض والطاقة الميكانيكية والطاقة الكهربائية والطاقة الحرارية، وتقاس الطاقة بوحدة الجول التي تعني نيوتن لكل متر.

العلاقة بين القوة والشغل والطاقة

كما ذكرنا سابقًا، فإن القوة والشغل والطاقة تتأثر بعضها ببعض، فالقوة هي المحرك الرئيسي للعمليات والأجسام في الكون، ولها تأثير كبير على الأجسام، حيث تؤدي إلى حركتها في اتجاه معين عندما تؤثر عليها، ولا يمكن تحقيق الشغل إلا بتحريك الجسم، وتتغير طاقة الجسم بمقدار الشغل المبذول عليه سواء كان إيجابيًا أو سلبيًا.