የፊዚክስ ንግድ

መጽሐፍን በጠረጴዛ ላይ እስኪንቀሳቀስ ድረስ ብትገፋው በመጽሐፉ ላይ ሥራ እየሠራህ ነው። አንድ ነገር በስበት ኃይል ስለሚጎተት ወደ ምድር ገጽ ሲወድቅ የስበት ኃይል በነገሩ ላይ ይሠራል። በተቃራኒው፣ አንድን ነገር በላብ እስኪረሰርስ ድረስ በሙሉ ኃይልህ ብትገፋው ነገር ግን ዕቃው ካልተንቀሳቀሰ፣ በነገሩ ላይ ሥራ አልሠራህም። በዕለት ተዕለት ሕይወት፣ አንድን ነገር በመግፋት ሥራ ወይም ጠንክሮ መሥራት እንደሠራህ ይነገራል፣ ነገር ግን እንደ ፊዚክስ ከሆነ፣ ዕቃው መፈናቀል ስለማይገጥም (ነገሩ ቦታውን ስለማይቀይር) በነገሩ ላይ ሥራ አልሠራህም።

ስራው በቋሚ ኃይል (የኃይሉ መጠንና አቅጣጫ ሁልጊዜም ተመሳሳይ ነው) ወይም በተለዋዋጭ ኃይል (የኃይሉ ለውጥ መጠንና አቅጣጫ) ሊከናወን ይችላል። የማያቋርጥ መጠንና አቅጣጫ ያለው ኃይል ምሳሌ በምድር ገጽ አቅራቢያ ባለ ነገር ላይ የሚሠራው የስበት ኃይል ነው። ተለዋዋጭ መጠንና አቅጣጫ ያለው ኃይል ምሳሌ የጸደይ ኃይል ነው። አንድን ምንጭ ከዘረጋህ፣ በዘረጋኸው ቁጥር፣ የበለጠ እየጎተተው ነው፣ ስለዚህ የጸደይ ኃይል ሲዘረጋ የኃይሉ መጠን ቋሚ አይደለም። ሌላው ምሳሌ ደግሞ አንድ ሮኬት ወደ ጠፈር ሲንቀሳቀስ፣ ከምድር ገጽ ርቆ በሄደ ቁጥር የምድር የስበት ኃይል በሮኬቱ ላይ የሚሠራው ኃይል ይቀንሳል።

1.1 በቋሚ ኃይል የሚከናወን ሥራ
በሂሳብ አኳያ፣ በአንድ ነገር ላይ ባለ ቋሚ ኃይል የሚሰራው ስራ የውጤት ውጤት ነው መፈናቀል ከነገሩ መፈናቀል ጋር በተመሳሳይ አቅጣጫ የሚገኝ ኃይል ወይም የኃይል አካል ያለው ነገር።

በግፊት ኃይል (ረ) የተሰራ ስራ፡
ወ = (F)(s)(cos θ) = Fs (cos 0) = Fs (1) = Fs
በአግድም አቅጣጫ (F cos θ) በኃይል F አካል የተሰራው ስራ፡
ወ = (F cos θ)(ዎች)(cos 0) = (F cos θ)(ዎች)(1) = F s cos θ
በኪነቲክ የግጭት ኃይል (fk) የተሰራ ስራ፡
ወ = (ረ)_k cos θ)(s)(cos 180) = (f)_k )(ዎች)(-1) = – ረ_k s
በመደበኛ ኃይል (N) የሚከናወን ሥራ፡
ወ = (N)(s)(cos 90)^o) = (N)(s)(0) = 0
በስበት ኃይል (w) የተሰራ ስራ፡
ወ = (ወ)(ዎች)(ኮስ 90)^o) = (ወ)(ዎች)(0) = 0
መግለጫ፡ W = ጥረት ወይም ሥራ (ጁልስ)፣ s = መፈናቀል (ሜትሮች)፣ θ = በኃይል የተፈጠረ አንግል ከመፈናቀል ጋር

በቀደመው ምሳሌ፣ የተከናወነው ሥራ በ የስበት ኃይል (w) የስበት ኃይል አቅጣጫ ቀጥ ያለ ስለሆነ (90° አንግል ይፈጥራል) የዜሮ እሴት አለው።^o) የነገሩን የመፈናቀል አቅጣጫ (የእንቅስቃሴ አቅጣጫ) በመጠቀም። የስበት ኃይል አቅጣጫ ከመፈናቀሉ አቅጣጫ ጋር ተመሳሳይ ወይም ተቃራኒ ከሆነ በክብደቱ የተሰራው ስራ ዜሮ እንዳልሆነ ልብ ሊባል ይገባል።

በስእል a ላይ እንደሚታየው በስበት ኃይል (w) የሚሠራው ሥራ በነፃነት በሚወድቅ ነገር ላይ የሚከተለው ነው፡
ወ = ኤፍ ኤስ (ኮስ θ) = ዊ (ኮስ 0) = ዊ (1) = ዊ = ሚግኤች
በስእል ለ ላይ በአቀባዊ ወደ ላይ በሚንቀሳቀሰው ነገር ላይ የስበት ኃይል (w) የተሰራው ስራ፡
ወ = ኤፍ s (ኮስ θ) = wh (ኮስ 180) = wh (-1) = -wh = -mgh

መግለጫ፡ w = ክብደት (ኒውተን)፣ h = ቁመት (ሜትር)፣ m = ክብደት (ኪ.ግ)፣ g = በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠረው ፍጥነት (ሜትር በሰከንድ ካሬ)

በቀደመው ማብራሪያ መሰረት፣ የሚከተሉት ነጥቦች ሊደመሩ ይችላሉ፡
አንደኛነገሩ መፈናቀል ካላጋጠመው፣ በመፈናቀሉ ላይ የሚሠራው ኃይል አይሰራም። s = 0 ከሆነ W = 0።
ሁለተኛኃይሉ ለነገሩ መፈናቀል የተወሰነ አንግል ከፈጠረ፣ በእቃው መፈናቀል አቅጣጫ ያለው የኃይል ክፍል ብቻ በእቃው ላይ ይሰራል።
ሶስተኛ, የአንድ ነገር መፈናቀል ቀጥ ያለ ኃይል በእቃው ላይ ምንም አይነት ስራ አይሰራም። ኃይሉ ከመፈናቀሉ ጋር ቀጥ ያለ ከሆነ፣ የተፈጠረው አንግል 90° ነው።^oኮስ 90^o = 0.
አራተኛጥረት አዎንታዊ ወይም አሉታዊ ሊሆን ይችላል። ኃይሉ ከነገሩ መፈናቀል ጋር በተመሳሳይ አቅጣጫ ከሆነ፣ የተፈጠረው አንግል 0 ነው።^o ከዚያም ኃይሉ አዎንታዊ ስራ ይሰራል፣ በተቃራኒው ኃይሉ ከመፈናቀሉ በተቃራኒ አቅጣጫ ከሆነ እና የተፈጠረው አንግል 180 ከሆነ^o ከዚያም ኃይሉ በነገሩ ላይ አሉታዊ ስራ ይሰራል።
አንድ ነገር መፈናቀል ሲያጋጥመው በአንድ ነገር ላይ በቋሚ ኃይል የሚሠራው ሥራ በኃይል (F) እና መፈናቀል (ዎች) ግራፍ ውስጥ ካለው ጥላ ካለው ቦታ ጋር እኩል ነው።
የሥራ ምልክት W (አቢይ ፊደል) ሲሆን የክብደት ምልክት w (ዝቅተኛ ፊደል) ነው። ለሥራ ዓለም አቀፍ የስርዓት አሃድ የኒውተን ሜትር (N m) ነው። የኒውተን ሜትር ሌላኛው ስም ጆውሌ ሲሆን በ19ኛው ክፍለ ዘመን የብሪታንያ የፊዚክስ ሊቅ ጄምስ ፕሬስኮት ጁል ክብር የተሰየመ ነው።

1.2. በማይለዋወጥ ኃይል የተሰራ ስራ
ከተለዋዋጭ ኃይል አንዱ ምሳሌ የጸደይ ኃይል ነው። የጸደይ ኃይል መጠን ሁልጊዜም እየተለወጠ ነው፣ ስለዚህ የጸደይ ኃይል በአንድ ነገር ላይ የሚያደርገው ሥራ በቋሚ ኃይል ለሚሠራው ሥራ ቀመር በመጠቀም ሊሰላ አይችልም።

ጸደይ ከተዘረጋ፣ ጸደይ ረዘም ላለ ጊዜ የሚያስፈልገው ኃይል ይጨምራል። በተመሳሳይ፣ በተቃራኒው፣ በጨመረ ቁጥር ጫናው ሲጫን፣ ጸደይ ሲገፋ ኃይሉ አጭር ሲሆን የሚፈለገው ኃይል ይጨምራል። ጸደይ እስከተጫነ ወይም እስከተዘረጋ ድረስ፣ የጸደይ ኃይል ከ0 (x = 0) ወደ ከፍተኛ (F = kx) ስለሚቀየር የጸደይ ኃይል በአማካይ ይሰላል። አማካይ የጸደይ ኃይል፡
ረ = ½ (0 + kx) = ½ kx
የጸደይ ኃይል በአንድ ነገር ላይ የሚሠራው ሥራ፡
ወ = ረ x = ½ ኪ.ሜ²
መግለጫ፡ W = ስራ (ዩኒቶች ጁልስ)፣ x = የጸደይ ርዝመት መጨመር (ዩኒቶች ሜትሮች)፣ F = የጸደይ ኃይል (ዩኒቶች ኒውተን)።

2. የውጤት ሥራ ወይም አጠቃላይ ሥራ (በጠቅላላ ኃይል የተከናወነ ሥራ)
በአንድ ነገር በሚፈናቀልበት ጊዜ አንድ ኃይል ብቻ የሚሠራ ከሆነ፣ በጠቅላላው ኃይል የሚሠራው ሥራ በዚያ ኃይል ከሚሠራው ሥራ ጋር እኩል ይሆናል። ለምሳሌ፣ አንድ ነገር በነፃ ውድቀት ውስጥ ሲሆን እና የአየር መቋቋም ችላ ሲባል፣ በነገሩ ላይ የሚሠራው ኃይል የስበት ኃይል ብቻ ነው።
ወ= ወ_{የስበት ኃይል}
አንድ ነገር በሚንቀሳቀስበት ጊዜ በአንድ ነገር ላይ የሚንቀሳቀሱ በርካታ ኃይሎች ካሉ፣ በጠቅላላው ኃይል የሚሠራው ሥራ በነገሩ ላይ የሚሠሩ ኃይሎች በሙሉ ከሚሠሩት ሥራ ድምር ጋር እኩል ይሆናል።
ወ = ወ₁ + ወ₂ + ወ₃ + … + ወ_n
በአንድ ነገር ላይ የሚሰሩ በርካታ ኃይሎች የሚያከናውኑት ሥራ በመጀመሪያ የጠቅላላውን ኃይል መጠን በማግኘት እና ከዚያም በመፈናቀሉ መጠን በማባዛት ሊሰላ ይችላል።
ወ = (ውጤት ያለው ኃይል)(መፈናቀል) = (ውጤት ያለው F)(ዎች)

ማጣቀሻ