PDA

توجه ! این یک نسخه آرشیو شده میباشد و در این حالت شما عکسی را مشاهده نمیکنید برای مشاهده کامل متن و عکسها بر روی لینک مقابل کلیک کنید : آموزش فصل کار و انرژی فیزیک دوم دبیرستان


ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۰۷:۳۷ بعد از ظهر
تا اتمام تایپیک پست اضافی نباشه .... ممنونم :-118-:

فيزيك چيست؟


فيزيك علم مطالعه پديده هاي مختلف طبيعت و كشف قانونهاي حاكم بر اين پديده ها است.


انرژي:

قابليت انجام كار را انرژي گويند. واحد انرژي در سيستم si ژول است.
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-0/IMAGE003.GIF



انرژي چگونه بدست مي آيد؟

گاهي انرژي مستقيماً قابل دسترس است مثل انرژي نور خورشيد. اما در بيشتر مواقع انرژي ذخيره شده در مواد مختلف به انرژي قابل مصرف تبديل مي شود. مثلاً از سوختن چوب يا نفت كه يك تبديل شيميايي است، انرژي حرارتي به دست مي آيد. يا ماهيچه ها انرژي حركتي خود را از تبديل انرژي شيميايي ذخيره شده در مواد غذايي به دست مي آورند، يا دينام دوچرخه انرژي جنبشي چرخ را به انرژي الكتريكي تبديل مي كند.


انواع انرژي :

انرژي الكتريكي ، انرژي شيميايي ، انرژي جنبشي ، انرژي دروني ، انرژي پتانسيل گرانشي ، انرژي پتانسيل الكتريكي ، انرژي پتانسيل كشساني ، انرژي نوراني ،.....


انرژي الكتريكي:

انرژي اي است كه از طريق برق توليد مي شود . مانند : انرژي حاصل از يك لامپ روشن

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-0/IMAGE004.JPG



انرژی شیمیایی :


انرژي اي است كه از طريق يك تغيير شيميايي در ماده توليد مي شود .مانند :انرژي شيميايي موجود در مواد غذايي مختلف



http://s1.picofile.com/file/7466474294/300.png





http://s1.picofile.com/file/7466474301/301.png




مثال : انرژي موجود در سيب 2.4 كيلو ژول بر گرم است . يعني چه ؟

جواب : يعني يك گرم سيب 2.4 كيلو ژول انرژي براي ما فراهم مي كند .

مسئله : با خوردن نيم كيلو گوشت پخته چه مقدار انرژي شيميايي در بدن توليد مي شود ؟

توجه : چون واحد داده شددر جدول 1-6 بر حسب Kj/gr است لذا بايد Kg را به gr تبديل كنيم .

گوشت پخته شده =9.4 کيلو ژول بر گرم
نيم کيلو = 500 گرم


در نتيجه داريم :
9.4*500=4700 kj

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۰۷:۴۴ بعد از ظهر
آهنگ مصرف انرژي



مقدار انرژي اي است كه در يك زمان معين مصرف مي شود. ( توان مصرفي )




http://www.forum.98ia.com/images/statusicon/wol_error.gifاین تصویر تغییر اندازه داده شده است. روی نوار جهت مشاهده سایز اصلی تصویر کلیک کنید. سایز اصلی تصویر 903x207 می باشد و حجم آن 12KB است.http://s1.picofile.com/file/7466475585/302.png


سوال :


آهنگ مصرفي انرژي در هنگام مسابقه دوچرخه سواري111.3 كيلو ژول بر دقيقه است يعني چه؟
يعني در هر يك دقيقه دوچرخه سواري 111.3 كيلو ژول انرژي مصرف مي شود
مسئله:


در يك ساعت بازي تنيس چه مقدار انرژي مصرف مي شود؟
تنيس = 26.5 كيلو ژول بر دقيقه
يك ساعت =60 دقيقه
60*26.5=1590 kj
مسئله:


نيم كيلو مرغ چه مقدار انرژي توليد مي كند و براي مصرف آن چند دقيقه بايد به آرامي راه برويم ؟
با استفاده از جدول 1- 6 داريم :
مرغ =6.7 کيلو ژول بر گرم
به آرامي را ه رفتن = 16 کيلو ژول بر گرم
با توجه به اينكه نيم كيلو مرغ=500گرم است ، لذا خواهيم داشت :
500*6.7=3350 kj 3350/16 =209.37 min


تمرين 1 :
الف )در ده دقيقه دوچرخه سواري با سرعت http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-0/image0060.gif 21 ، چه مقدار انرژي مصرف مي شود؟
ب)اگر بازده بدن شخصي 15 درصد باشد ، با خوردن چه مقدار شير اين مقدار انرژي براي او فراهم مي شود؟



الف) از جدول( 2-1) كتاب درسي معلوم مي شود آهنگ مصرف انرژي براي سرعت http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-0/image0060.gif 21 برابر 42Kjبراي يك دقيقه است. لذا براي ده دقيقه نتيجه مي شود:

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-0/image0020.gif

ب)
420*0.15=63
63/2.7=23.3 gr

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۰۷:۴۷ بعد از ظهر
انرژي جنبشي :

انرژي اي است كه در ا جسام متحرك بوجود مي آيد و واحد آن در سيستم SI ژول (J) است .


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-0/IMAGE007.GIF


هر گاه جسمي به جرم M با سرعت V حركت كند ، انرژي جنبشي آن از رابطه زير بدست مي آيد :

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-0/image002.gif



كه در آن : K= انرژي جنبشي بر حسب ژول

m= جرم برحسب kg و v سرعت بر حسب متر بر ثانيه است



نكته: انرژي جنبشي k با مجذور سرعت v رابطه مستقيم دارد ، يعني اگر سرعت جسمي 4 برابر شود ، انرژي جنبشي آن 16 برابر مي شود.

نكته: هرچه سرعت جسم بيشتر با شد انرژي جنبشي آن بيشتر خواهد بود .



http://s3.picofile.com/file/7466476983/303.png



مثال : 90 كيلو متر بر ساعت چند متر بر ثانيه مي باشد ؟

90/3.6=25 m/s
g/1000=Kg
g گرمواحد هاي جرم
Kg كيلو گرم
مثال : 50 گرم چند كيلو گرم است ؟

50/1000=0.05 kg

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۰۷:۵۰ بعد از ظهر
مثال 1:

انرژي جنبشي اتومبيلي به جرم 1500kg كه با سرعت http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image08.gif 20 حركت مي كند چقدر است؟
جواب:
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image013.gif

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image011.gifk=(1/2)1500*202= 3*105

مثال 2:

جسمي با سرعت http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image08.gif 5 حركت مي كند و انرژي جنبشي آن 10kj است. جرم جسم را بر حسب كيلوگرم تعيين كنيد.
جواب
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image016.gif http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image14.gif http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image018.gif

مثال 3:

جسمي به جرم 500gr داراي 2500jانرژي جنبشي است سرعت جسم را بر حسب http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image08.gif تعيين كنيد:
جواب:
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image021.gif http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image019.gif http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image023.gif

مثال :

درشكل مقابل انرژي جنبشي در كدام نقطه بيشتر است ؟http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image015.gif( جسم از نقطه A رها ميشود )


جواب : در نقطه C .



مسئله :

اگر در اثر ضربه زدن به يك جسم 200 گرمي ، 50 ژول انرژي جنبشي به آن منتقل شود ، سرعت جسم چقدر مي شود ؟http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/IMAGE010.GIF



==>50=(1/2)(200/1000)(v2)
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image002.gif






در نتيجه خواهيم داشت :
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image008.gif

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۰۸:۰۱ بعد از ظهر
انرژي دروني:


انرژي ذرات تشكيل دهنده جسم را مي گويند .

اگر جسمي گرما بگيرد ، انرژي دروني آن افزايش مي يابد.


اصطكاك نوعي انر ژي دروني است


اثر مالش (يا اصطكاك) بر پايستگي انرژي يك جسم :


در اثر مالش سطح دو جسم بر روي يكديگر مقداري از انرژي جنبشي آنها به انرژي دروني دو جسم تبديل مي شود و دماي آنها را بالا مي برد. در اين مورد چون مقداري از انرژي به صورت گرما عملاً غيرقابل استفاده مجدد مي شود، اصطلاحاً مي گوييم انرژي تلف شده است. اما در واقع انرژي تلف نمي شود بلكه به انرژي دروني دو سطح تبديل شده است.


سوال :

1- توپي را كه در روي زمين در حال حركت است، در نظر بگيريد سرعت توپ رفته رفته كم شده و بالاخره متوقف مي شود.انرژي جنبشي توپ كجا رفته است؟

2- پنكه اي را كه روشن است، خاموش مي كنيم .چه اتفاقي مي افتد؟ مشاهده خود را بر اساس قانون پايستگي انرژي توضيح دهيد.




پاسخ 1- هنگامي كه توپ روي زمين حركت مي كند، در اثر اصطكاك بين سطح هاي زمين و توپ و انرژي جنبشي توپ به تدريج به زمين منتقل شده و تبديل به انرژي دروني آن مي شود در نتيجه از سرعت توپ كاسته مي شود تا زماني كه به طور كامل متوقف شود.( از مقاومت هوا در مقابل حركت توپ صرفه نظر مي شود).


پاسخ 2- با خاموش كردن پنكه پروانه آن به علت داشتن انرژي جنبشي بلافاصله متوقف نمي شود بلكه اين انرژي در اثر وجود اصطكاك در بين قطعات آن و نيز به علت مقاومت هوا در مقابل حركت پروانه به تدريج به گرما تبديل مي شود تا زماني كه به طور كامل بايستد.


تمرین : اتومبيلي به جرم 1000kg با سرعت(http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image6.gif 20m/s ( 72 در حال حركت است اگر اتومبيل ترمز كند و متوقف شود، چه مقدار انرژي به انرژي دروني جاده و لاستيكها تبديل شده است؟


جواب: انرژي جنبشي اتومبيل هنگام حركت برابر است با:

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/image027.gif

همين مقدار انرژي هنگام توقف اتومبيل به انرژي دروني جاده و لاستيكها تبديل مي شود.



نکته : در اثر مالش دو دست به يكديگر انرژي جنبشي به انرژي دروني تبديل مي شود.

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۰۹:۳۳ بعد از ظهر
قانون پايستگي انرژي

انرژي نه خود به خود به وجود مي ايد و نه خود به خود از بين مي رود بلكه ازصورتي به صورت ديگر تبديل مي شود.


مثال : در يك لامپ روشن انرژي الكتريكي به :
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-1/IMAGE004.JPG

1. انرژي نوراني

2. انرژي گرمايي

تبديل مي شود.


چند مثال براي قانون پايستگي انرژي :

مثال1: هنگامي كه به توپ ساكني ضربه مي زنيد، انرژي از پاي شما به توپ منتقل مي شود و آن را به حركت در مي آورد اما تا وقتي به توپ ضربه زده نشده است انرژي آن پايسته مي ماند و قادر به حركت نخواهد بود.


مثال 2: وقتي دو توپ مشابه كه با سرعتهاي مختلف در حال حركت هستند با هم برخورد كنند سرعتشان تغيير مي كند زيرا بنا به قانون بايستگي انرژي توپي كه سرعت بيشتري دارد انرژي جنبشي بيشتري نيز دارد و مقداري از اين انرژي را به توپ ديگر كه سرعت كمتر و در نتيجه انرژي جنبشي كمتري دارد مي دهد لذا با تغيير انرژي توپها بعد از برخورد سرعت آنها نيز تغيير مي كند.

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۰۹:۳۴ بعد از ظهر
انواع انرژي پتانسيل:


انرژي پتانسيل گرانشي
انرژي پتانسيل الكتريكي
انرژي پتانسيل كشساني


انرژي پتانسيل گرانشي(U) :

هرگاه جسمي به جرم M در ارتفاع h از يك سطح قرار بگيرد مي گوييم ، در جسم انرژي پتانسيل گرانشي ذخيره شده است .يعني اين
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/1.gif
PE همان انرژي پتانسيل گرانشي است .

U=mgh

كه در آن :

M = جرم جسم و واحد آن در سيستم Si كيلو گرم مي باشد .

g= شتاب جاذبه زمين كه مقدار آن برابر است با :9.8m/s2 ≈ 10 m/s2

h= ارتفاع از سطح پتانسيل كه واحد آن در سيستم Si متر مي باشد .


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image005.jpg


چگونگي تبديل انرژي پتانسيل گرانشي به جنبشي و بالعكس

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image006.gif

مسئله :

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image08.gif

انرژي پتانسيل جسمي به جرم 0.2 كيلو گرم را در نقاط A ،B،C،D بيابيد .(g=10m/s2)

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image007.gif





نكته: http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image009.gifهرگاه جسمي از يك ارتفاعي بسمت پايين حركت كند ، انرژي پتانسيل گرانشي آن رفته رفته كاهش مي يابد .پس از رسيدن به زمين ، انرژي گرانشي آن صفر مي شود.



مسئله :

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image010.gif

اگر جرم جسم را 1 كيلو گرم و شتاب ثقل را 10 m/s2 در نظر بگيريم ، آنگاه مطلوبست انرژي پتانسيل در A.B.C.D.E



جواب :



A=30 j B=30 j C=20 j
D=10 j E=0 j


مسئله : انرژي پتانسيل گرانشي جسمي به جرم 30 گرم كه در ارتفاع 12 متري از سطح زمين قرار دارد چند ژول مي باشد .(g=10)

U=mgh
m=30g = (30/1000)kg --> U=(30/1000)(10)(12)=3.6 j

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۰۹:۴۶ بعد از ظهر
انرژي پتانسيل كشساني: http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image014.gif


انرژي اي است كه در فنر فشرده شده يا فنر كشيده شده ذخيره شده است .



http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image015.gif



توجه : هرگاه يك فنر فشرده شده يا يك فنر كشيده شده ، رها شود ، تمام انرژي پتانسيل كشساني ان به به انرژي جنبشي تبديل مي شود .



نكته: http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image009.gifاگر نيرو هاي اصطكاك و مقاومت هوا و نيروها ي مقاوم ديگر ، صرف نظر شود ، آنگاه انرژي مكانيكي جسم در يك نقطه با انرژي مكانيكي جسم در نقطه ديگر برابر است .




http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image016.gif

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۰۹:۵۰ بعد از ظهر
انرژي مكانيكي :

مجموع انرژي پتانسيل گرانشي و انرژي جنبشي يك جسم را گويند ْْ‎: يا توانايي انجام كار



E=K+U

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image018.gif , U=mgh

از شكل روبرو چه بر داشتي مي نماييد ؟

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image019.gif



اگر از اثر نيروهاي ديگر بر حركت اسكيت سوار صرف نظر نماييم » مي بينيم كه همواره انرژي مكانيكي او ثابت است .
يعني در همه نقاط kE + PE =50000 j مي باشد.


مسئله :http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image020.gif

اگر جرم جسم را 1 كيلو گرم و شتاب ثقل را 10 m/s2 در نظر بگيريم » آنگاه مطلوبست پارامتر هاي خواسته شده در شكل .
PE=انرژي پتانسيل گرانشي
KE = انرژي جنبشي

نقطه (1) a=g.sin45=10.(Ö2/2)=5Ö2
PE=mgh®hA=45000 m
KE=0 ® vB=0


نقطه (2) KE+PE =ثابت=450000
KE+200000=450000 Þ KEC=250000j
PE=mgh ® hD=20000 m
KE=(1/2)mv2 ®vE=707.106 m/s


نقظه (3) h=0 ÞPEG=0 ÞKEF=450000 j
VH=948.68 m

مسئله :

توپي به جرم 25 گرم رابا سرعت اوليه 20 متر بر ثانيه به سمت بالا پرتاب مي كنيم . اگر از مقاومت هوا چشم پوشي شود » مطلوبست : http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image022.gif


الف) انرژي جنبشي و پتانسيل توپ در لحظه پرتاب چقدر است ؟

ب) توپ تا چه ارتفاعي مي تواند بالا برود ؟(g=10)




m =25gr÷ 1000=0.025 kg

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image023.gif


انر ژي جنبشي و پتانسيل در لحظه پرتاب


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image024.gif
K1 = انر ژي جنبشي در نقطه 1
U1= انرژي پتانسيل در نقطه 1
K2 = انر ژي جنبشي در نقطه 2
U2= انرژي پتانسيل در نقطه 2

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image025.gif

K2 برابر صفر است زيرا توپ تا
ارتفاعي مي تواند بالا رود كه سرعت دارد . وقتي كه سرعت صفر شود توپ ديگر نمي تواند بالا رود.

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۰۹:۵۴ بعد از ظهر
مسئله : گلوله اي به جرم 4 كيلوگرم را با سرعت اوليه 10 متر بر ثانيه از يك ارتفا ع 40 متري به سمت پايين پرتاب مي شود . انر ژي جنبشي گلوله هنگام برخورد به زمين چقدر است ؟از مقاومت هوا صرف نظر شود .( g=10)


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image027.gif

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image026.gif
مسئله :

جسمي به جرم 2 كيلوگرم را از ارتفاع 100 متري زمين بدون سرعت اوليه رها ميكنيم . اگر 5/1 انرژي جسم صرف غلبه بر اصطكاك شود » مطلوبست :

الف )سرعت برخورد گلوله با زمين


ب) انرژي جنبشي جسم در هنگام برخورد به زمين


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image028.gif


اگر 5/1 انرژي جسم صرف غلبه براصطحكاك شود 5/4 انرژي ديگر پتانسيل استhttp://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image029.gif


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image030.gif


حل قسمت دوم :




http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image031.gif




مسئله:

يك جسم به جرم 0.1 كيلوگرم با سرعت اوليه 40 متر بر ثانيه در راستاي قائم بطرف بالا پرتاب مي شود . انرژي پتا نسيل گلوله در نقطه اوج چقدر است ؟( از مقاومت هوا صرف نظر شود ).

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image033.gif

نكته: http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image009.gifنقطه اوج جايي است كه ارتفاع جسم به حد اكثر رسيده و سرعت جسم (V2 ) به صفر مي رسد .


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image032.gif
مسئله :


گلوله اي از ارتفاع 31.25 متري سطح زمين رها مي شود . سرعت برخورد جسم با زمين چقدر است ؟ از مقاومت هوا صرف نظر شود .(g=10 m/s2)

تذكر : هنگامي كه جسم رها مي شود » سرعت اوليه آن صفر است.v1=0
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image035.gif

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-2/image034.gif

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۰۹:۵۹ بعد از ظهر
منابع انرژی

منابع عمده انرژي مورد استفاده بشر عبارتند از: انرژي سوخت هاي فسيلي( گاز، نفت، گازوئيل و زغال سنگ) و انرژي الكتريكي كه توسط نيروگاههاي آبي، حرارتي، هسته اي و بادي توليد مي شود.




دلايل صرفه جويي و استفاده بهينه از منابع انرژي

1- منابع انرژي و به خصوص منابع انرژي هاي فسيلي چون نفت و گاز محدود هستند و استفاده بي رويه از آنها اين منابع را به سرعت به اتمام مي رساند و احياي اين منابع هرگز ممكن نيست.


2- مصرف بي رويه منابع انرژي به خصوص سوختهاي فسيلي با توليد ضايعات و گازهاي نامطلوب محيط را به سرعت آلوده مي كنند و اين آلودگي حيات گياهان و جانوران و انسان را به خطر مي اندازد و در انسان باعث تشديد بيماري هاي قلبي و عروقي مي شود.



3- مصرف تمامي اشكال انرژي در نهايت موجب گرمتر شدن محيط مي شود. اين گرما قابل بازيافت و استفاده مجدد نيست. در نتيجه منابع انرژي قابل استفاده به تدريج به صورت انرژي غير قابل دسترس تبديل مي شوند. براي صرفه جويي در مصرف انرژي و استفاده بهينه از آن مي توان براي رفت و آمد از خودروهاي عمومي مثل اتوبوس و مترو و قطار استفاده كرد، يا براي صرفه جويي در انرژي مورد نياز براي گرمايش خانه ها در زمستان، مي توان آنها را به صورت بهتري عايقبندي كرد. يا در بكار گيري و استفاده از وسايل و ابزارهاي الكتريكي چون لامپ هاي روشنايي، سماور برقي، اتو و غيره از مصرف بيهوده خودداري كنيم.



Eتذكر: در كليه تبديلات انرژي كه در نهايت يك يا چند انرژي به نوعي از انرژي پتانسيل تبديل مي شود، بخش زيادي از انرژي اوليه قابل بازيافت و استفاده مجدد مي باشد. چند نمونه از اينگونه تبديلات عبارتند از:



1- هنگامي كه جسمي به ارتفاعي از سطح زمين برده مي شود، انرژي مصرف شده براي اين انتقال در جسم به صورت انرژي پتانسيل گرانشي ذخيره مي شود. هنگام سقوط اين انرژي دوباره به صورت انرژي جنبشي بازيافت مي شود.


2- مشابه نمونه قبل، انرژي مصرف شده براي انباشت آب در پشت يك سد در آب فوق به صورت انرژي پتانسيل گرانشي ذخيره مي شود. هنگام خروج آب از دريچه هاي زير سد، اين انرژي به انرژي جنبشي تبديل مي شود. و توربين هاي توليد برق به چرخش در مي آيند.


3- مقدار زيادي از انرژي الكتريكي كه براي شارژ يك باتري مصرف مي شود در آن به صورت انرژي پتانسيل شيميايي ذخيره شده و قابل بازيافت و استفاده مجدد مي باشد.


4- انرژي نوراني خورشيد كه به گياهان مي تابد در مواد غذايي و اندام آنها به صورت انرژي پتانسيل شيميايي ذخيره شده و هنگام مصرف دوباره بازيافت مي شود.


5- هنگامي كه فنري را مي كشيد يا فشرده مي كنيد، مقدار زيادي از انرژي مصرفي براي اينكار در آب به صورت انرژي پتانسيل كشساني ذخيره مي شود. زمان برگشتن فنر به حالت عادي اين انرژي قابل بازيافت مجدد است.

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۰:۰۲ بعد از ظهر
كار: W

هنگامي كه نيرويي بر جسمي اثر كند و آن را جابجا كند كار انجام شده است.

كار يك كميت نرده ‎اي مي‎باشد كه به دو عامل نيرو و جابجايي بستگي دارد.

توجه:

اگر شما ساعتها جسم سنگيني را بر دوش خود نگهداريد يا به يك جسمي خيره شويد خسته خواهيد شد ولي از نظر فيزيك كاري انجام نداده‎



فرمول كار:






http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/au.gif



در شكل بالا ملاحظه مي نماييد كه براي رسيدن گاري تا نقطه بالاي بلوك (در هر سه حالت ) به يك اندازه كار لازم است ، زيرا كار انجام شده توسط نيروي وارد بر گاري از رابطه زير بدست مي آيد :


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image002.gif


W=Fd Cosq
W: كار بوده و واحد آن در سيستم SI ژول يا نيوتن بر متر استhttp://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/u3l3b3.gif
F: نيرو واحد آن N (نيوتن)
d: جابجايي واحد آن متر (m)
q : زاويه بين راستاي نيرو و جابجايي مي‎باشد


تعريف يك ژول يكاي كار در SI:



هرگاه نيروي يك نيوتن جسمي را به اندازه يك متر جابجا كند كار انجام شده برابر يك ژول خواهد بود:


1j=1N.1m


نكته 1http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image003.gif: وزن را نيز با W نشان مي‎دهند با كار اشتباه نكنيد.

W = نيروي وزن W=mg

W = كار انجام شده W=FdCosq
نكته 2http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image003.gif: در فرمول كار نيرو مي‎تواند انواع مختلفي داشته باشد. مانند نيروي وزن، نيروي اصطكاك، نيروي عمود بر سطح، نيروي خارجي بنابراين كار اين نيروها را اينگونه نشان مي‎دهيم كه بجاي F ، نيروهاي مورد نظر را جايگذاري مي‎كنيم.



q Cos Fd = F W ® كار نيروي F = WF


q Cosmgd = mg W ® كار نيروي وزن = Wmg


q CosfKd = fk W ® كار نيروي اصطكاك جنبشي = Wfk


q CosNd = N W ® كار نيروي عمود بر سطح = WN



سؤال: كار نيروي وزن را در شكلهاي زير حساب كنيد.

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image004.gif
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image005.gifhttp://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image006.gifWmg=mg d Cos90 ==>W=0Wmg=mg d Cos 180 ==>W= -mgdW=mgdCosq

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۰:۱۵ بعد از ظهر
مسئله: اتومبيلي در حال حركت است :
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/1.gif

الف) كار نيروي وزن

ب) كار نيروي اصطكاك جنبشي

ج) كار نيروي عمود بر سطح

د) كار نيروي موتور را حساب كنيد.




Wmg=0Þ 90 Wmg=mgdCos(الف
Wfk= -fkdÞ Wfk=fkdCos180 (ب
WN=0 Þ90 WN=NdCos (ج

WF=FdCos0 ÞWF=Fd (د



توجه داريم كه:
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/u5l1a21.gif Cos0 =1http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/u5l1a22.gif Cos180 =-1http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/u5l1a2.gif Cos90 =0


سؤال:
بر جسم زير سه نيروي وزن، اصطكاك، محرك f اثر مي‎كند. كار هر يك را در جابجايي افقي 5 متر حساب كنيد. جرم جسم 2.5 Kg مي‎باشد.
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image009.gif


Wmg=0Þ 90 Wmg=mgdCos
Wfk=12*5*(-1)=-60 NÞ 180 Wfk=fkdCos
Wf=fd Cos30
Wfk =30*5*√3/2=75√3 N


كار منفي = يعني كار نيرويي كه در مقابل حركت جسم مخالف مي‎كند مانند نيروي اصطكاك كه مقدار كار آن (- 60)N بدست آمد.

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۰:۱۷ بعد از ظهر
كار از نظر فيزيك :

هرگاه نيرويي بتوانند جسمي را در راستاي خود جابجا كند، گوئيم كار انجام شده است.
كار را با نماد W نشان مي دهيم.
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image075.gif

مقدار كار نيروي F وقتي كه جسمي را در راستاي افقي به اندازه d جابجا مي كند برابر است با:

W=F.d

اگر نيرو در راستاي جابجايي جسم نباشد، در اين صورت مقدار كار نيروي F برابر است با بزرگي جابه جايي ضربدر مؤلفه نيرو در راستاي جابه جايي:


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image0170.gif




Eتذكر 1:كار كميتي نرده اي است و يكاي آن در SI نيوتن. متر (N.m) است كه آنرا ژول (J) مي نامند.


Eتذكر2:با توجه به نرده اي بودن كار، اگر جابجايي يك جسم در چند مرحله انجام شود، كاركل را مي توان از جمع جبري كار انجام شده در تك تك جابجايي ها به دست آورد.


Eتذكر3: هرگاه به جسمي بيش از يك نيرو اثر نمايد چون كار كميتي نرده اي است، جمع جبري كار نيروهاي وارد بر جسم در يك جابه جايي معين، با كار برآيند نيروهاي وارد بر آن در همان جا به جايي برابر است.


Eتذكر4:در تمام اين بخش در كليه موارد كار نيروهاي ثابت مورد نظر است. يعني فرض مي شود كه جهت و بزرگي نيروهاي مورد بحث ثابت هستند.


Eتذكر5:با توجه به رابطه كار نتايج زير را مي توان در نظر گرفت:
به ازاء http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image0040.gif (وقتي كه نيرو و جابجايي هم جهت باشند) كار برابر مي شود با:

W=dF


به ازاء http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image0060.gif (يعني http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image0080.gif) كار مثبت است و اگر http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image010.gif باشد كار منفي و در حالت http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image012.gif كار صفر است. به اين نكته مهم توجه نمائيد كه كار يك نيروي ثابت در دو حالت صفر مي شود. يكي هنگامي كه جابجايي صفر باشد، ديگر آنكه راستاي نيرو بر راستاي جابه جايي عمود باشد.


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image073.gif

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۰:۲۰ بعد از ظهر
مقدار كار در جابجايي قائم :

مشابه حالت افقي اگر جابجايي در راستاي قائم به اندازه h باشد، كار انجام شده برابر نيروي وارد بر جسم ضربدر h خواهد بود و چون حداقل نيروي لازم براي بالا بردن جسم برابر نيروي وزن آنست نتيجه مي شود:http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image067.gif

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image014.gif

به اين ترتيب كار نيروي وزن برابر مي شود با:
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image0160.gif


مثال1: نيروي 100N كه با سطح افق زاويه 60 درجه مي سازد، جسمي را به اندازه 20m در سطح افقي جابجا مي كند. كار انجام شده چقدر است؟


جواب:
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image0180.gif



مثال2: كارگري يك قطعه فلزي به جرم 30kg را تا ارتفاع 4m در كارگاه بالا مي برد. براي انجام اين كار چقدر انرژي مصرف مي كند.


جواب:
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image020.gif


مثال3: جعبه اي به جرم 20kg كه روي سطح افقي زمين قرار دارد با نيروي 300 نيوتن كه با افق زاويه 37 درجه مي سازد، كشيده شده و به اندازه 10 متر جابه جا مي شود. كار هر يك از نيروهاي وارد بر جعبه و نيز كار برآيند نيروهاي وارد بر آن را در اين جابجايي حساب كنيد. فرض كنيد http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image022.gif است.http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image063.gif

جواب: علاوه از نيروي F نيروهاي وزن و نيروي عمودي سطح (N) و نيروي اصطكاك بر جعبه وارد مي شوند. كار اين نيروها برابرند با:


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image024.gif



WR جمع جبري كارها يا كار نيروي برآيند است. توجه نمائيد هرگاه ابتدا نيروي برآيند را تعيين كرده و سپس كار آن را در جابجايي فوق حساب كنيم همين نتيجه حاصل مي شود.


تمرين : در شكل زير نيروي ثابت F در امتداد افق به جسمي به جرم m وارد مي شود و آن را روي سطحي با ضريب اصطكاك جنبشي http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image026.gif جابجا مي كند. مطلوبست

الف- كار نيروي F

ب- كار نيروي اصطكاك جنبشي

پ- كار نيروي عمودي تكيه گاه

ت- كار نيروي وزن

ث- كار برآيند نيروها

ج- نشان دهيد كه كار برآيند نيروها برابر است با جمع جبري كار حاصل از تك تك نيروها

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image057.gif


جواب:

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image028.gif (الف
ب) http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image030.gif
پ) http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image032.gif
ت) http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image034.gif
ث) http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image036.gif
ج) http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image038.gif

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۰:۲۴ بعد از ظهر
نيروي پايستار :

تعريف:نيروي پايستار نيرويي است كه كار آن در يك جا به جايي معين به مسير بستگي ندارد و در جسم به صورت انرژي ذخيره مي شود. مثل نيروي وزن (نيروي بين دو جرم) و نيروي كولني (نيروي بين دو بار) و نيروي كشساني.


Eتذكر:كار نيروهاي پايستار در يك مسير بسته همواره برابر صفر است.




نيروهاي ناپايستار :

تعريف: نيروي ناپايستار نيرويي است كه كار آن به مسير بستگي دارد و در جسم ذخيره نمي شود. مثل نيروي اصطكاك.
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image053.gif




مثال4:براي قرار دادن جسمي به جرم 80kg در ارتفاع 3 متري از سطح زمين از دو مسير مطابق شكل مقابل استفاده مي كنيم. بطوريكه ابتدا آنرا از A تا B برده و از آنجا تا نقطه C بالا مي كشيم و بار ديگر از سطح شيبدار AC استفاده مي كنيم. كار نيروي وزن را در دو مسير فوق حساب كرده و با هم مقايسه نمائيد.




جواب:كار نيروي وزن در مسير ABC برابر است با:

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image040.gif



و نيز كار نيروي وزن در مسير AC:

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image042.gif



مقايسه نتايج فوق نشان مي دهد:

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image044.gif

يعني كار نيروي وزن به مسير بستگي ندارد.
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image041.gif



مثال 5: مي خواهيم جسمي به جرم 20kg را كه در يك سطح افقي قرار دارد، از دو مسير مطابق شكل زير از A تا B منتقل كنيم. ضريب اصطكاك در مسيرهاي AB و ACB ثابت و برابر 4/0 است. كار نيروي اصطكاك را در دو مسير فوق حساب كرده و با هم مقايسه كنيد.




جواب: نيروي اصطكاك در مسير AB برابر است با:

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image046.gif


و نيز در مسير ACB:

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image048.gif



مقايسه نتايج فوق نشان مي دهد كه كار نيروي اصطكاك در دو مسير فوق يكسان نيست يعني كار نيروي اصطكاك به مسير بستگي دارد.

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۰:۳۰ بعد از ظهر
قضية كار و انرژي:

كار نيروي برآيند بر يك جسم برابر است با تغييرات انرژي جنبشي جسم يعني:

تغييرات انرژي جنبشي W = D K كار برآيند نيروها




http://s1.picofile.com/file/7466620321/305.png


http://s3.picofile.com/file/7466620749/306.png



مسئله:

اتومبيلي به جرم يك تن با سرعت Km/h 36 در حال حركت است پس از طي يك مسافتي ترمز مي‎كند اگر ضريب اصطكاك جنبشي 5/0 باشد اتومبيل پس از طي چه مسافتي مي‎ايستد؟


حل:
ابتدا نيروها را رسم مي‎كنيم.



K D = W كار برآيند نيروها


W=WFk+Wmg+WN+WF كار برآيند نيروها


W=WFk+0+0+0 كار برآيند نيروها


N=mg , fk=mk N با توجه اينكه : 180 WFk=fkdCos


Wfk=mkmgdCos 180 Þ Wfk=0.5*1000*10*d*(-1) =-5000 d



k2 _ K1=K D از طرفي


DK= 0 - (1/2)mV1 2
V2=0
m/s 10= Km/h 36=V1

-5000 j = K D
Wfk= D K Þ -5000d = -5000 ==> d=10 m

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۰:۴۴ بعد از ظهر
قضيه كار و انرژي چگونه است :

در انجام بسياري از كارها، انرژي جنبشي جسم تغيير مي كند. از طرفي اگر نيروهاي وارد بر جسم زياد باشند، محاسبه كار اين نيروها يا برآيند آنها ممكن است مشكل باشد. اما مي توان ثابت كرد:

كار برآيند نيروهاي وارد بر جسم در يك جا به جايي معين، با تغيير انرژي جنبشي جسم در آن جا به جايي برابر است. يعني

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image052.gif

اين قضيه اهميت زيادي در فيزيك دارد و بسادگي مي توان آنرا بصورت زير اثبات نمود:http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image035.gif







مطابق شكل جسمي به جرم m را در مي گيريم كه در امتداد يك خط راست تحت تأثير نيروي ثابت F به اندازه d جابه جا مي شود و از نقطه (1) به نقطه(2) مي رود. سرعت جسم را در نقطه (1) برابر V1 و در نقطه (2) برابر V2 فرض مي كنيم. به دليل ثابت بودن نيرو شتاب جسم نيز ثابت خواهد بود. خواهيم داشت:

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image054.gif

كار نيروي F (با توجه به هم راستا بودن نيرو و جابه جايي) برابر است با:

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image056.gif

و در حالت كلي اگر چند نيرو بر جسم اثر نمايند خواهيم داشت:

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image052.gif


Eتذكر 1: در اين رابطه همواره بايد مقدار انرژي جنبشي در ابتداي حركت را از مقدار آن در انتهاي جابه جايي كم كنيم.


Eتذكر 2: رابطه http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image052.gif را براي حالتي كه جسم روي خط راست و با شتاب ثابت حركت مي كرد بدست آورديم. اما رابطه فوق كلي است و در هر نوع حركتي چه روي خط راست باشد و چه نباشد، چه شتاب آن ثابت باشد و چه نباشد صادق است.

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۰:۴۶ بعد از ظهر
مثال 1: اتومبيلي به جرم 1200kg با سرعت 100km/h در حركت است. اگر راننده ترمز كند، اتومبيل بعد از طي مسافت 20m مي ايستد. كار نيروي اصطكاك را بدست آوريد.



http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image062.gif



و نيز غير از نيروي اصطكاك نيروهاي عمودي تكيه گاه و نيروي وزن نيز بر جسم اثر مي كنند. لذا كار برآيند اين نيروها برابر خواهد بود:



http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image064.gif


ولي كار نيروي عمودي و نيروي وزن برابر صفر است. در نتيجه:



http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image066.gif




مثال 2: سنگي را از ارتفاع 80 متري سطح زمين رها مي كنيم. با استفاده از قضيه كار و انرژي:



الف) سرعت آنرا در ارتفاع
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image068.gif
ب) سرعت آنرا هنگام برخورد با زمين حساب كنيد( از مقاومت هوا صرفنظر مي شود.).



جواب:الف) هنگام سقوط، تنها نيروي وارد بر جسم نيروي وزن آن است و در حالت اول سنگ به اندازه http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image070.gif سقوط كرده است. نتيجه مي شود:




http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image072.gif

ب)




http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image074.gif




مثال3: مكعبي به جرم 3 كيلوگرم را با سرعت 4 متر بر ثانيه روي يك سطح افقي با ضريب اصطكاك لغزشي 2/0 به راه مي اندازيم. سرعت جسم را پس از طي مسافت 2 متر با استفاده از قضيه كار- انرژي به دست آوريد.




جواب: تنها نيروي مؤثر در راستاي حركت جسم نيروي اصطكاك مي باشد . كار آن برابر است با:



http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-3/image076.gif

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۱:۰۵ بعد از ظهر
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/pe.gif



بايستگي انرژي مكانيكي:

http://s1.picofile.com/file/7466662575/307.png

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۱:۲۳ بعد از ظهر
مثال1:


اگر اصطكاك ناچيز باشد و گلوله از نقطه 1 رها شود سرعت آن در پايين سطح شيب‎دار چقدر مي‎شود.
E2 = E1 زيرا از اصطكاك صرفنظر شده است:

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image11.gif



E1 = E2


k1+U1=k2+U2



0+mgh=1/2mv22+0


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image004.gif



توضيح: 0 = K1 زيرا گلوله در نقطه 1 رها شده است يعني 0 = V1
0 = U2 زيرا گلوله در نقطه 2 ارتفاعي ندارد يعني 0= h


توجه: اگر سرعت داشته باشيم حتماً انرژي جنبشي داريم http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image003.gif اگر ارتفاع از سطح داشته باشيم حتماً انرژي پتانسيل گرانشي داريم. U=mgh

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۱:۲۷ بعد از ظهر
مثال 2:

گلوله ‎اي به جرم mروي مسير بدون اصطكاك با سرعت VA از نقطه A حركت مي کند .سرعت آن در لحظه رسيدن به نقطه B چقدر است؟
EA=EB

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image09.gif


KA+UA=KB+UB


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/mage011.gif
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image06.gif
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image006.gif

مثال 3:

گلوله‎اي به جرم 5Kg از ارتفاع 10 متري زمين رها ميشود.
الف) سرعت آن را در 5 متري زمين
ب) سرعت آن را در لحظه برخورد با زمين حساب كنيد (از مقاومت هوا صرفنظر شود)
توجه: چون گلوله رها مي‎شود سرعت اوليه آن صفر فرض مي‎شود.
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image7.gif



E1 = E2

k1+U1=k2+U2

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image014.gif
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image008.gif
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image009.gif
سرعت در 5 متري زمين V2=10 m/s


حل قسمت ب :


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image6.gif

E1 = E2


k1+U1=k2+U2

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image010.gif
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image011.gif
V2=14.142 m/s سرعت در لحظه برخورد به زمين

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۱:۳۸ بعد از ظهر
مثال4:





جسمي را درون يك سطح صيقلي در نقطه A رها مي‎كنيم، سرعت جسم در رسيدن به نقطه B حساب كنيد.
(از اصطكاك صرفنظر شود)


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image03.gif



EA=EB


KA+UA=KB+UB


0+mghA=1/2mvB2+mghB


10*8R = 1/2VB+10R


VB=√(140R) m/s


مثال5 :

گلوله اي از نقطه A رها مي شود ، اگر از اصطحكاك صرف نظر شود ، سرعت گلوله را در لحظه رسيدن به نقطه B بدست آوريد.




http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image01.gif

EA=EB

KA+UA=KB+UB

0+mghA=1/2mvB2+mghB

ghA =1/2VB2


توجه : hA=L -L cos a
hB=0 ارتفاع گلوله از زمين در نقطه B


g(L-L cos a)=1/2VB2+gL
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image016.gif

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۱:۴۲ بعد از ظهر
انواع انرژي پتانسيل




انرژي پتانسيل گرانشي
انرژي پتانسيل كشساني فنر
انرژي پتانسيل الكتريكي

انرژي پتانسيل گرانشي U=mgh





فرمول انرژي پتانسيل كشساني فنر U=1/2 KX 2



اگر ثابت يك فنري k باشد براي آنكه فنر را به اندازة X بكشيم يا بفشاريم نيروي برابر F=+Kx بايد به فنر وارد كنيم. براي اثبات انرژي پتانسيل ذخيره شده در فنر ابتدا بايد كار انجام شده توسط اين نيرو ي F=KX را حساب ‎كنيم.


توجه: متوسط نيروي F را حساب مي‎كنيم.



WF=Fd Cosa Þ WF=FxCos 180 Þ WF= - َF.X http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/sprenrgy.gif



http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image002.gif
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image005.gif
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image005(1).gif
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image007.gif

كه درhttp://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image007.gif :


U:انرژي پتانسيل كشساني فنر

K :ثابت فنر

X :ميزان كشيدن فنر

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۱:۴۶ بعد از ظهر
انرژي پتانسيل الكتريكي:

اگر بخواهيم دو بار الكتريكي همنام ( +و+ ) يا (-و-) را به هم نزديك كنيم و يا دو بار الكتريكي نا همنام را ( +و-) از هم دور نماييم ، بايد انرژي مصرف كنيم . اين انرژي بصورت انرژي پتانسيل در بارها ذخيره مي شود .


نكته : هر چقدر فاصله دو بار نا همنام از هم بيشتر باشد ، انرژي پتانسيل الكتريكي بيشتري خواهند داشت . زيرا يكديگر را جذب مي كنند.

نكته : هرچقدر فاصله دو بار همنام از هم كمتر باشد ، انرژي پتانسيل الكتريكي بيشتري خواهند داشت . زيرا يكديگر را دفع مي كنند.



انرژي پتانسيل چگونه است؟

انرژي را كه يك جسم به دليل موقعيت خاص در خود ذخيره دارد، انرژي پتانسيل مي نامند. مثل انرژي پتانسيل گرمايي،الكتريكي، كشساني و گرانشي و آنرا با نماد U نشان مي دهند.


انرژي پتانسيل گرانشي چگونه است؟
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image131.gif
انرژي را كه يك جسم به دليل داشتن ارتفاع از سطح زمين در خود ذخيره دارد، انرژي پتانسيل گرانشي آن مي نامند. و بنا به تعريف انرژي پتانسيل گرانشي يك جسم در يك نقطه نسبت به زمين برابر است با كاري كه انجام مي دهيم تا جسم را با سرعت ثابت از سطح زمين تا ارتفاع h منتقل كنيم.


Eتذكر 1: در صورتيكه جسم از ارتفاع h1 به ارتفاع h2 منتقل شود، خواهيم داشت:


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image0005.gif



به ازاءhttp://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image049.gif، انرژي پتانسيل گرانشي جسم افزايش مي يابد و به ازاء http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image0009.gif كاهش پيدا مي كند در حالت اول http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image125.gif و در حالت دوم http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image0002.gif خواهد بود.
كار نيروي وزن در جابه جايي فوق برابر است با:


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image0039.gif


و در حالت كلي:

يا
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image0011.gif


يعني كار نيروي وزن در يك جابه جايي قائم، برابر منفي اختلاف انرژي پتانسيل گرانشي دو نقطه است. اين بدان معني است كه نيروي وزن به نوع و شكل مسير بستگي ندارد و فقط به جابه جايي جسم در راستاي قائم بستگي دارد.
Eتذكر 2: دقت نماييد اگر مبدأ سنجش ارتفاع( كه معمولاً سطح زمين است) را عوض كنيم، مقدار انرژي پتانسيل هر نقطه تغيير مي كند اما اختلاف انرژي هاي پتانسيل بين نقاط مختلف همواره ثابت مي ماند.




http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image134.gif

تمرين : انرژي پتانسيل جسم در شكل مقابل را در ارتفاع http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image068.gif ، http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image082.gif و http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image070.gif و صفر به دست آوريد و جدول تمرين (4-3) را تكميل كنيد و نمودار تغييرات انرژي جنبشي و انرژي پتانسيل گرانشي و مجموع آنها را بر حسب ارتفاع رسم كنيد.

جواب:



http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image135.gif

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image043.gif



انرژي پتانسيل كشساني چگونه است؟

تعريف: انرژي پتانسيل فنر تغيير طول يافته را انرژي پتانسيل كشساني مي نامند در واقع اين انرژي ذخيره شده برابر كاري است كه به هنگام كشيدن يا فشردن فنر انجام شده است و فنر مي تواند موقع رها شدن اين انرژي را دوباره به كار تبديل نمايد.



Eتذكر1: انرژي پتانسيل كشساني ذخيره شده در يك فنر از رابطه زير به دست مي آيد:

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image015.gif

x تغيير طول فنر نسبت به طول طبيعي و K ضريب سختي آن است.

Eتذكر 2: علي رغم انرژي جنبشي، براي انرژي پتانسيل يك رابطه رياضي كلي وجود ندارد زيرا رابطه رياضي انرژي پتانسيل به نيرويي كه با آن سرو كار داريم بستگي دارد و اين نيرو نيز با وضعيت جسم مورد نظر نسبت به محيط آن سنجيده مي شود.

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۱:۵۰ بعد از ظهر
توانhttp://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/u5l1e9.gif


مقدار كار انجام شده در واحد زمان را گويند و با p نشان مي دهند .
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image053.gif

واحد توان در سيستم SI عبارتست از : وات (w) يا ژول بر ثانيه (J/s)




فرمولهاي ديگر توان :

اگر بخواهيم كار نيروي وزن را در يك جابجايي قائم حساب كنيم ، از فرمول w=mgh استفاده كرده ، كه در اين حالت توان مصرفي عبارت است از :
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image056.gif





اگر بخواهيم در فرمول توان ، رابطه بين نيرو و سرعت را بنويسيم ، داريم كه :
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image034.gif

ms_f90
۲۱ مرداد ۱۳۹۱, ۱۱:۵۲ بعد از ظهر
بازده ( راندمان):Ra

نسبت كار مفيد به كل كار ورودي را بازده گويند . كه بصورت درصد (%) نشان داده مي شود.



فرمولهاي بازده :
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image035.gif

توجه :

هيچگاه كار مفيد ( كار خروجي) يك ماشين با كار ورودي آن برابر نيست . زيرا مقداري انرژي بعلت اصطكاك تلف يا صرف حركت دادن ماشين مي شود .


http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image039.gifhttp://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image036.gif
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image048.gif
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image035.gif
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image037.gif
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image045.gif


مثال 6:

يك موتور الكتريكي به توان 2500 وات مي تواند باري به جرم 4000 كيلو گرم را در راستاي قائم در مدت يك دقيقه به اندازه 3 متر بالا ببرد. بازده موتور را حساب كنيد .

جواب :
http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/image071.gif





مثال 7 :

اتومبيلي با سرعت ثابت 72 كيلومتر بر ساعت در يك جاده افقي در حال حركت است . اگر نيروي موتور ثابت و برابر 104 نيوتن باشد ، توان آنرا حساب كنيد.

http://www.knowclub.com/physics-book/5/5-4/cara.gif
جواب :


72 km/h ÷ 3.6=20 m/s
P=FV=104*20=2*105 وات