في الفيزياء يقال إن القوة تبدأ هن العمل، وهناك نزوح نقطة التطبيق في اتجاه القوة، W = F x d والتي تقاس بالجول، كما ينقل العمل الطاقة من مكان إلى آخر أو شكل واحد إلى آخر، وفي الفيزياء أيضا الطاقة هي معدل القيام بالعمل، وكمية الطاقة المنقولة لكل وحدة زمنية لا يوجد بها اتجاه بل هو كمية قياسية، وفي النظام الدولي للوحدات فإن وحدة الطاقة هي الجول في الثانية (J / s) ، والمعروفة باسم وات تكريما لجيمس وات، وهو مطور المحرك البخاري في القرن الثامن عشر .

نظرية الطاقة والعمل

ينص مبدأ العمل والطاقة الحركية (المعروف أيضا بمبدأ العمل والطاقة) على أن العمل الذي تقوم به جميع القوى العاملة على جسيم (عمل القوة الناتجة) يساوي التغير في الطاقة الحركية للجسيم العمل = ΔKE.

ما هي الآلات البسيطة

تجعل الآلات البسيطة العمل أسهل بضرب أو تقليل أو تغيير اتجاه القوة، والصيغة العلمية للعمل هي w = f x d ، أو العمل يساوي القوة مضروبا بالمسافة، ولا تستطيع الآلات البسيطة تغيير حجم العمل المنجز، ولكنها يمكن أن تقلل من قوة الجهد المطلوب للقيام بالعمل، وبالنسبة للمستوى المائل والرافعة يلزم بذل جهد أقل (قوة الجهد) للقيام بالعمل نفسه نظرا لزيادة المسافة، وباستخدام الآلات البسيطة كان المصريون قادرين على بناء الأهرامات، والطائرات المائلة تقلل من كمية القوة المطلوبة ولكن هناك حاجة إلى مزيد من المسافة، ومن خلال دفع جسم إلى سطح مائل يمكن للمرء تحريك الجسم إلى ارتفاع h بقوة أصغر من وزن الجسم .

قوة المقاومة Fr = mg ، وزن الجسم يستغرق العمل (Fxd = mgh) للتغلب على قوة المقاومة هذه ورفع الجسم إلى الارتفاع h من خلال العمل على ذلك نحن نعطيها الجاذبية الطاقة المحتملة MG من خلال استخدام القوة (الجهد) لدفع الجسم إلى الأعلى، فإننا نقوم بنفس العمل في حالة الاحتكاك المثالية، وحتى وضع العمل يساوي FeL = Frh ، نصل إلى الميزة الميكانيكية المثالية Fr / Fe = L / h أو Din / Dout، وطريقة أخرى للانحدار هي فقط لحساب مقدار القوة المطلوبة لدفع الجسم إلى أعلى منحدر بدون احتكاك، وإذا تم حل القوى كما هو الحال في مشكلة الانحدار القياسية، ستجد أن القوة المطلوبة هي Fe = mgsinθ = mgh / L = Fr (h / L) .

حساب المعادلة AMA

يتم حساب AMA بتقسيم قوة المقاومة من خلال قوة الجهد، وفي مصادر أخرى سترى هذه المسمى قوة الإخراج وقوة الإدخال على التوالي، وقوة المقاومة هي وزن الجسم المراد نقله، إنها قوة خرج الآلة البسيطة وقوة الإدخال هي نفس قوة الجهد المبذولة لتحريك الكائن باستخدام الجهاز، وهذه المعادلة لـ AMA هي نفسها بالنسبة للرافعة والمستوى المائل، وتعمل الرافعة على تسهيل العمل من خلال تقليل القوة اللازمة لتحريك الحمل عن طريق زيادة المسافة .

ما هي آلة A Lever

هي عبارة عن آلة بسيطة تتكون من قضيب جامد يدور حول نقطة ثابتة تسمى نقطة ارتكاز، وتعمل الرافعة على جعل العمل أسهل من خلال تقليل القوة اللازمة لتحريك الجسم، ومن أجل تقليل القوة اللازمة يجب زيادة المسافة التي يتم فيها تطبيق القوة، ولزيادة هذه المسافة يجب أن يكون الحمل المراد نقله قريبا من نقطة ارتكاز ويجب تطبيق القوة بعيدا عن نقطة ارتكاز، ومثال شائع على الرافعة هو الأرجوحة، فالذراع البشري هو أيضا رافعة حيث الكوع هو نقطة ارتكاز والعضلات تطبق القوة، ويمكن حساب IMA للرافعة عن طريق أخذ طول ذراع الرافعة من نقطة ارتكاز إلى القوة (جهد) مقسوما على طول ذراع الرافعة من نقطة ارتكاز إلى الحمل، وطريقة أخرى سترى هذا هو فرق الجهد / المسافة جهد، وما زالت هناك طريقة أخرى وهي طول ذراع / طول ذراع الإدخال = IMA كما هو الحال مع الطائرات المائلة، إن الجسم المراد نقله هو قوة المقاومة أو الحمولة والجهد هو القوة التي تضعها لتحريك الحمل في الطرف الآخر من نقطة ارتكاز لذلك القوة = جهد = في ومقاومة = الحمل = الناتج .

تأثير القيام بالعمل

1- إعطاء كائن القدرة على إحداث تغيير في نفسه أو في محيطه .

2- يعطي طاقة للكائن .

3- نقل الطاقة بالوسائل الميكانيكية .

4- القوة .

5- السلطة هي معدل القيام بالعمل، وهو معدل نقل الطاقة .

يقاس العمل بالوات أو جول/ ق، P = W / t = Fd / t = Fvavg ، وقوة حصان هي الوحدة القديمة للقوة 1hp = 746 واط، ونظرية العمل – الطاقة صافي العمل = تغير في الطاقة الحركية، و صافي العمل =  ½ mv2f – ½mv2، ووهذا يسمح لنا بالتفكير في الطاقة الحركية كالعمل الذي يمكن أن يقوم به الكائن عندما يتعلق الأمر بالراحة، أو كمية الطاقة المخزنة في الجسم، على سبيل المثال هناك مطرقة متحركة على وشك وضع مسمار لديه KE وبالتالي يمكن أن تعمل على مسمار، وجزء من هذه الطاقة يدفع الظفر بينما يذهب جزء إلى تدفئة الظفر والمطرقة على الصدم .

الآلات

تعمل الآلة على تخفيف الحمل عن طريق تغيير حجم أو اتجاه القوة، ولكنها لا تغير مقدار العمل المنجز، ويكون ناتج العمل دائما أقل من مدخلات العمل بسبب الخسائر الناتجة عن التسخين الاحتكاكي، والقوة التي تمارسها على الآلة هي قوة المجهود  “Fe”، والقوة التي تمارسها الآلة هي قوة المقاومة (Fr)، وتسمى نسبة قوة المقاومة إلى قوة المجهود الميزة الميكانيكية الفعلية  “Ma”، وإذا كان الجهاز يحتوي على MA أكثر من 1 ، فإنه يزيد من القوة المطبقة، وتسمى نسبة مسافة الجهد (de) إلى مسافة المقاومة (dr) بالميزة الميكانيكية المثالية (IMA)، ويتم تعريف الكفاءة على أنها نسبة عمل الإخراج إلى أعمال الإدخال ونسبة عمل الإخراج إلى أعمال الإدخال عادة ما يتم العثور عليه كنسبة مئوية .

الماكينات البسيطة

عندما يتم ربط اثنين أو أكثر من الآلات البسيطة معا بحيث تصبح قوة المقاومة لجهاز واحد قوة جهد الثانية، تعرف بأنها آلة مركبة، والميزة الميكانيكية للآلة المركبة هي نتاج المزايا الميكانيكية للأجهزة البسيطة التي صنعت منها .