فصل سوم : کار، انرژی و توان

آنچه در این فصل می‌آموزید :
۱. انرژی جنبشی

۲. کار

۳. قضه کار و انرژی جنبشی

۴. پایستگی انرژی مکانیکی

۵. انرژی درونی

۶. توان

۱. انرژی جنبشی

انرژی
انرژی این امکان را فراهم می کند تا تمامی فعالیت های روزمره ی خود را انجام دهیم.
به زبان ساده تر توانایی انجام کار را انریی می گویند و واحد آن ژول (J) است.

انرژی جنبشی
به انرژی اجسام در حال حرکت گویند. انرژی جنشی کمیتی نرده ای و همواره مثبت است. واحد آن ژول (J) است.
انرژی جنبشی را می توان از طریق رابطه ی زیر محاسبه کرد:

سوال۱: اگر جسمی به جرم ۵kg با سرعت ۲۰m/sحرکت کند، انرژی جنبشی آن چند میکروژول است؟

سوال۲: انرژی جنبشی دو جسم با جرمهای m_۱و m_۲ که به ترتیب با سرعتهای v_۱ و v_۲ را با یکدیگر مقایسه کنید.

۲. کار

تعریف کار
اگر به جسمی نیروی F وارد شود و این جسم به اندازه ی d در جهت نیروی اعمال شده جابجا گردد کار انجام شده روی جسم به صورت زیر تعریف خواهد شد:

W = F. d

یکای این کمیت همان ( N.m ) یا همان ژول است.

وقتی نیرو جابه جایی با یک دیگر زاویۀ تتا می سازند رابطه کار بصورت فوق می شود.
اگر نیروی بر جابه جایی عمود باشد مقدار کار صفر می شود.
اگر نیروی و جابه جایی با هم زاویۀ ۱۸۰بسازد علامت کار منفی است. W = – F. d

کار کمیت نرده ای یا اسکالر است. پس کار برآیند یا مجموع نیروهای وارد بر جسم برابر جمع جبری کارهای انجام شده.

سوال۳:

سوال۴: اگر جسمی را مطابق شکل با نیروی F بکشیم، مولفه ی افقی نیرو( تصویر F روی محور xها) و مولفه ی قائم (تصویر F روی محور yها) به صورت زیر نوشته میشود:

۳. قضه کار و انرژی جنبشی

کار کل

اگر به جسمی چند نیروی بطور همزمان وارد شود، کار کل برابر است با مجموع کار انجام شده ی توسط هر یک از نیروها

سوال ۵:

اگر نیرو خارجی وارده شده به جسم با جابجایی هم جهت باشد، این نیرو باعث افزایش انرژی جنبشی جسم می شود. اما اگر نیرو خارجی وارده شده به جسم در خلاف جهت جابجایی جسم باشد، این نیرو باعث کاهش انرژی جنبشی جسم می شود.

بین کار کل انجام شده روی یک جسم (W ) و تغییرات انرژی جنبشی ( K ) رابطه ای وجود دارد که به آن قضیه ی کار و انرژی جنبشی می گویند.

سوال ۶:

انرژی پتانسیل
انرژی پتانسیل، به انرژی ذخیره شده در یک جسم که قابلیت آزاد شدن داشته باشد، گفته می شود.
انرژی پتانسیل همان انرژی پیکربندی( انرژی ای که صرف ساخت یک سیستم فیزیکی می شود) است.

همواره تغییرات انرژی پتانسیل برابر منفی کاری است که انجام داده می شود تا یک سیستم به وجود آید. انرژی پتانسیل را با U نشان داده می شود و بر حسب ژول محاسبه می شود.

۴. پایستگی انرژی مکانیکی

درصورتی که نیروهای مقاوم مثال اصطکاک یا مقاومت ها به جسم یا دستگاهی وارد نشود انرژی مکانیکی که مجموع انرژی
پتانسیل و جنبشی ثابت می ماند.
E= U + k انرژی مکانیکی

سوال ۷:

۵. انرژی درونی

خودرویی را در نظر بگیرید که با تندی v روی سطح جاده ای افقی در حرکت است. ناگهان راننده مانعی را میبیند و ترمز میکند طوری که چرخ های خودرو قفل می شوند و روی آسفالت جاده کشیده و ساییده می شوند. در این فرآیند

انرژی درونی یک جسم، به تعداد ذرات یک جسم و انرژی هر ذره بستگی دارد.
در اثر کار نیروی اصطکاک ، انرژى جنبشى خودرو به انرژى درونى لاستیک های آن و سطح جاده تبدیل شده است و اصطلاحاً میگویند انرژی جسم تلف شده است.
مطابق شکل زیر اگر در طول مسیر نیروهای اصطکاک و مقاومت هوا، به جسم وارد شوند و روی جسم کار منفی انجام دهند، بخشی از انرژی مکانیکی جسم را به انرژی درونی جسم، سطح مسیر و هوا تبدیل می کنند.

قانون پایستگی انرژی

سوال ۸:

۶. توان

مدت زمانی که طول می کشد تا کار معینی انجام شود را آهنگ انجام کار گویند.
آهنگ انجام کار با کمیتی به نام توان توصیف می شود.

بازده
بازده نسبت کار مفید انجام شده (توان مفید) به کل کار (توان کل) یک سیستم است.

بیشتر بدانیم

روش های ذخیره سازی انرژی الکتریکی (برق)

این روزها که با قطعی برق و کمبود انرژی برق مواجه هستیم باید به دنبال راه های ذخیره سازی برق باشیم که هم بتوانیم در ذخیره سازی برق موفق شویم و هم بتواتیم تجهیزات و لوازم برقی که از آن ها استفاده می کنیم را به گونه ای مجهز و ایمن سازیم که در برابر …

برای مطالعه بیشتر روی ادامه کلیک کنید.

تست های فصل سوم :

تست۱)

تست۲)

تست۳)

تست۴)

تست۵)

تست۶)

تست۷)

تست۸)

تست۹)

تست۱۰)