کار در زبانِ علم
مادرتان می‌گوید: «امروز خیلی کار داشتم.» برادرتان که دو ساعت پشتِ میز درس خوانده هم خسته است و می‌گوید کار کرده است. در زبانِ روزمره به خیلی چیزها «کار» می‌گوییم. اما در علوم، واژه‌ها باید چیزی را بگویند که بشود اندازه گرفت. پس دانشمند به چه چیزی «کار» می‌گوید؟
نیرو و جابه‌جایی
پارسال دیدیم که نیرو یعنی هل دادن یا کشیدن، و نیرو می‌تواند جسمی را به حرکت درآورد. در علوم می‌گوییم کار انجام شده است، اگر به جسمی نیرو وارد شود و جسم در جهتِ همان نیرو جابه‌جا شود.
دو چیز لازم است: نیرو و جابه‌جایی. اگر یکی نباشد، کاری انجام نشده است. هر چه نیرو بیشتر باشد و هر چه جسم بیشتر جابه‌جا شود، کارِ بیشتری انجام شده است. برای همین کار را این‌طور حساب می‌کنیم:
کار = نیرو × جابه‌جایی
نیرو را با نیوتون و جابه‌جایی را با متر اندازه می‌گیریم. یکای کار ژول است. یک ژول کاری است که نیرویی یک‌نیوتونی وقتی جسمی را یک متر جابه‌جا می‌کند، انجام می‌دهد. این نام را به یادِ جیمز ژول گذاشته‌اند، دانشمندی انگلیسی که دو قرن پیش آزمایش‌های زیادی درباره‌ی کار و گرما انجام داد.
مثال: فروشنده‌ای با نیروی ۲۰۰ نیوتون کیسه‌ای را ۳ متر روی زمین می‌کشد. کارِ او ۲۰۰ ضرب در ۳، یعنی ۶۰۰ ژول است.
وقتی کاری انجام نمی‌شود
حالا سه نفر را در نظر بگیرید:
- وزنه‌برداری که وزنه را بالای سرش نگه داشته و تکان نمی‌خورد؛
- کسی که با تمامِ زور دیوارِ خانه را هل می‌دهد؛
- پسری که کیفش را در دست گرفته و آرام در راهرو راه می‌رود.
هر سه خسته می‌شوند، اما در زبانِ علم هیچ‌کدام روی آن جسم کاری انجام نمی‌دهند. وزنه و دیوار اصلاً جابه‌جا نمی‌شوند. کیف جابه‌جا می‌شود، اما رو به جلو؛ در حالی که نیروی دست، کیف را رو به بالا نگه می‌دارد. نیرو و جابه‌جایی هم‌جهت نیستند، پس این نیرو کاری نمی‌کند.
در خانه امتحان کنید
- یک کتاب را روی میز بگذارید و با یک انگشت آرام هلش دهید تا ۳۰ سانتی‌متر جلو برود.
- حالا دو کتاب را روی هم بگذارید و همین کار را تکرار کنید.
- در کدام حالت نیروی بیشتری لازم بود؟ در کدام حالت کارِ بیشتری انجام دادید؟
- یک بار هم کتاب را در دست نگه دارید و یک دقیقه صبر کنید. آیا روی کتاب کاری انجام دادید؟
واژه‌های این درس
- کار - حاصل‌ضربِ نیرو در جابه‌جاییِ جسم در جهتِ آن نیرو.
- جابه‌جایی - این‌که جسم چقدر از جای اولش دور شده است.
- ژول - یکای کار و انرژی.
ایده‌ی اصلی
در علوم، کار وقتی انجام می‌شود که نیرو جسم را در جهتِ خودش جابه‌جا کند. کار برابر است با نیرو ضرب در جابه‌جایی، و یکایش ژول است. بدونِ جابه‌جایی، هر قدر هم خسته شویم، کاری انجام نشده است.