الشغل والطاقة والالات البسيطة
3-1 الطاقة والشغل
مسائل تدريبية
.1 اعتمد على المثال 1 لحل المسألة التالية:
.a إذا أثر لاعب الهوكي بضعفي القوة, أي 9.00 N, في القرص, فكيف يتأثر التغير في طاقة حركة القرص؟
تؤدي مضاعفة القوة إلي مضاعفة الشغل ومن ثم إلي مضاعفة التغير في الطاقة الحركية ليصبح 1.35 J
.b إذا أثر اللاعب بقوة مقدارها 9.00 N في القرص, ولكن بقيت العصا ملامسة للقرص لنصف المسافة فقط, أي 0.075 m, فما مقدار التغير في الطاقة الحركية؟
إن تقليل المسافة إلي النصف سيخفض الشغل إلي النصف ومن ثم يؤدي إلي تخفيض التغير في الطاقة الحركية بمقدار النصف فيصبح 0.68 J
.2 يؤثر طالبان معاً بقوة مقدارها 825 N لدفع سيارة مسافة .35 m
.a ما مقدار الشغل الذي يبذله الطالبان على السيارة؟ 2.9x104 J
.b إذا تضاعفت القوة المؤثرة, فما مقدار الشغل المبذول لدفع السيارة إلى المسافة نفسها؟ 5.8 x104 J
.3 يتسلق رجل جبلاً وهو يحمل حقيبة كتلتها 7.5 kg, وبعد 30.0 min وصل إلى ارتفاع 8.2 mفوق نقطة البداية.
.aما مقدار الشغل الذي بذله المتسلق على حقيبة الظهر؟ 6x102 J
.b إذا كان وزن المتسلق 645 N, فما مقدار الشغل الذي بذله لرفع نفسه هو وحقيبة الظهر؟ 5.9x103 J
.cما مقدار التغير في طاقة المتسلق؟ 5.9x103 J
مسائل تدريبية
.4 إذا كان البحار الذي في المثال 2 يسحب القارب بالقوة نفسها إلى المسافة نفسها ولكن بزاوي 50.0˚, فما مقدار الشغل الذي يبذله؟ 4.92x103 J
.5 يرفع شخصان صندوقاً ثقيلاً مسافةm 15 بواسطة حبلين يصنع كل منها زاوية 15˚مع الرأسي, ويؤثر كل من الشخصين بقوة مقدارها .255 N ما مقدار الشغل الذي يبذلانه؟ 6.5x103 J
.6 يحمل مسافر حقيبة سفر وزنها 215 N إلى أعلى سلم, بحيث يعمل إزاحة مقدارها 4.20 m في الاتجاه الرأسي و4.60 m في الاتجاه الأفقي.
.a ما مقدار الشغل الذي بذله المسافر؟ 903 J
.b إذا حمل المسافر نفسه حقيبة السفر نفسها إلى أسفل السلم نفسه, فما مقدار الشغل الذي يبذله؟ -903 J
.7 يُستخدم حبل في سحب صندوق معدني مسافة 15.0 m على سطح الأرض, فإذا كان الحبل مربوطاً بحيث يصنع زاوية مقدارها 46.0˚ فوق سطح الأرض وتؤثر قوة مقدارها 628 N في الحبل, فما مقدار الشغل الذي تبذله هذه القوة؟ 6.54x103 J
.8 دفع سائق دراجة هوائية كتلتها 13 kg إلى أعلى تل شديد الانحدار بلغ ميله 25˚ وطوله 275 m, كما في الشكل 3-4, وكان يدفع دراجته في اتجاه موازِِِ للطريق وبقوة مقدارها 25 N. فما مقدار الشغل الذي:
.aيبذله السائق على دراجته الهوائية؟ 6.9x103 J
.b تبذله قوة الجاذبية الأرضية على الدراجة الهوائية؟ -1.5x104
اذا بذل المحيط الخارجي شغلا على النظام فان الشغل موجب وتزيد طاقة النظام
اذا بذل النظام شغلا على المحيط الخارجي فان الشغل سالب وتنقص طاقة النظام
الشغل ((W:
هو حاصل ضرب القوة المؤثرة على جسم ما فيه الإزاحة .
القانون: W = Fd
الوحدة: (J ) جول = N.m
نوعه: كميه قياسية.
الطاقة الحركية : ((KE
هي حاصل ضرب نصف الكتلة في مربع السرعة بينها .
J=N.m = الوحدة.
نظرية الشغل – الطاقة
W=Δke
الشغل يساوي التغير في الطاقة الحركية.
حساب الشغل:
1.القوة والازاحة في نفس الاتجاه : w=fd
2.القوة عمودية على الازاحة : w=0
3.قوة ثابتة تميل بزاوية على الإزاحة: w=fdcosθ
مثال1
الشغل والطاقة
ينزلق قرص هوكي كتلتة 105g على سطح جليدي فأذا اثر لاعب بقوة ثابته مقدارها 4.50N في القرص فحركه لمسافة 0.150m في اتجاه القوة نفسها ,فما مقدار الشغل الذي بذله اللاعب على القرص ؟ وما مقدر التغير في الطاقة القرص؟
تحليل المسألة ورسمها
ارسم مخططا توضيحيا للحالة يوضح الظروف الابتدايئة
كون نظاما احداثياعلى ان تكون x+ في اتجاه اليمين
ارسم مخطط المتجهات
لمعلوم المجهول
m=150g w=?
F=4.50N
d=0.150m
ايجاد الكمية المجهولة
استخدم معادلة الشغل عندما تؤثر قوة ثابتة في اتجاه الازاحة الجسم نفسة
عوض مستخدما d=0.150m,F=4.50N
1J=1N.M
استخدم نظرية لشغل _الطاقة لحساب التغير في الطاقة النظام.
عوض مستخدما W=0.675J
الحل :
W=Fd
=(4.50N)(0.150m)
=0.675N.m
=0.675 J
القدرة: تساوي الشغل المبذول مقسوما على الزمن اللازم لانجاز الشغل.
P= w\t
وتقاس بحدة الواط w وتقاس غالبا بوحدة الكيلو واط kw وهي تساوي 1000 w
2-3 الآلات
تعريف الآلة :- محركات تدار بقوى بشرية.
الفائدة منها :- 1/ تسهيل المهام. 2/ تخفيف الحمل.
عملها :- تغيير تجاه القوة ومقدارها.
وتنقسم الآلات إلى :-
1/ آلة بسيطة. أمثلة ” فتاحة الزجاجات ، مفك البراغي “
2/ آلة مركبة. أمثلة ” الرافعة ، البكرة ، العجلة والمحور ، المستوى المائل ، الوتد ، البرغي ”
يسمى الشغل الذي بذلته أنت :-الشغل المبذول (Wi)
أما الشغل الذي تبذله الأداة فيسمى :- الشغل الناتج (Wo)
وتسمى القوة المؤثرة في الآلة بواسطة شخص :-القوة المسلطة (Fe)
أما القوة التي أثرت بها الآلة :- القوة المقاومة (Fr)
الفائدة الميكانيكية :- (MA)
تعريفها :- هي عبارة عن ناتج قسمة المقاومة على القوة.
MA = Fr ÷ Fe
الفائدة الميكانيكية المثالية :- (IMA)
تعريفها :- هي حاصل قسمة إزاحة القوة على إزاحة المقاومة.
IMA = de ÷ dr
البكرة: تغير من اتجاه ومقدار القوة.
الكفاءة :-
بدلالة الشغل :-
الشغل الناتج مقسوماً على الشغل المبذول مضروباً في 100
e = Wo ÷ Wi X 100
بدلالة الفائدة الميكانيكية :-
الفائدة الميكانيكية مقسومة على الفائدة الميكانيكية المثالية مضروبة في 100
e = MA ÷ IMA X 100
الآلة المركبة :-
هي عبارة عن آلة تتكون من آلتين بسيطتين فأكثر.
آلة المشي البشرية :-
1/ قضيب صلب (العظام)
2/ مصدر قوة (انقباض العضلات)
3/ نقطة ارتكاز (المفاصل المتحركة بين العظام)
4/ مقاومة (وزن جزء الجسم أو الشيء الذي يتم رفعه أو تحريكه)
ص89:س29 الالات البسيطه صنف الادوات ادناه إلى رافعه او عجله ومحور او مستوى مائل أو اسفين أو بكره.
1.مفك برغي: عجلة ومحور.
2.كماشة: رافعة.
3.إزميل: اسفين.
4.نزاعة الدبابيس: رافعة.
أسئلة الكتاب الفصل 3:
تستخدم قوة مقدارها 300n لدفع جسم كتلته 145g أفقيا مسافة 30m خلال 3s.
احسب مقدار الشغل المبذول على الجسم.
احسب مقدار القدرة المتولدة.
W=f.d
W=300.30
W=9000j
–
P= w\t
9000\3 =
P= 3000 kw
س82:تؤثر قوة مقدارها 1.4n مسافة 40m في حبل متصل برافعة لرفع جسم كتلته .50 kg مسافة 10cm.
احسب كلا مما يلي:
1.الفائدة الميكانيكية.
2.الفائدة الميكانيكية المثالية.
3.الكفاءة.
Fe=1.4n
De=40cm
M=50 kg
Dr= 10cm
Ma=fe\fr = .50 . 9.8 \ 1.4
=3.5
Ima= de\dr= 40\10 = 4
E= ma\ima . 100 , 3.5\4 . 100 = 87.5 %
3-1 الطاقة والشغل
مسائل تدريبية
.1 اعتمد على المثال 1 لحل المسألة التالية:
.a إذا أثر لاعب الهوكي بضعفي القوة, أي 9.00 N, في القرص, فكيف يتأثر التغير في طاقة حركة القرص؟
تؤدي مضاعفة القوة إلي مضاعفة الشغل ومن ثم إلي مضاعفة التغير في الطاقة الحركية ليصبح 1.35 J
.b إذا أثر اللاعب بقوة مقدارها 9.00 N في القرص, ولكن بقيت العصا ملامسة للقرص لنصف المسافة فقط, أي 0.075 m, فما مقدار التغير في الطاقة الحركية؟
إن تقليل المسافة إلي النصف سيخفض الشغل إلي النصف ومن ثم يؤدي إلي تخفيض التغير في الطاقة الحركية بمقدار النصف فيصبح 0.68 J
.2 يؤثر طالبان معاً بقوة مقدارها 825 N لدفع سيارة مسافة .35 m
.a ما مقدار الشغل الذي يبذله الطالبان على السيارة؟ 2.9x104 J
.b إذا تضاعفت القوة المؤثرة, فما مقدار الشغل المبذول لدفع السيارة إلى المسافة نفسها؟ 5.8 x104 J
.3 يتسلق رجل جبلاً وهو يحمل حقيبة كتلتها 7.5 kg, وبعد 30.0 min وصل إلى ارتفاع 8.2 mفوق نقطة البداية.
.aما مقدار الشغل الذي بذله المتسلق على حقيبة الظهر؟ 6x102 J
.b إذا كان وزن المتسلق 645 N, فما مقدار الشغل الذي بذله لرفع نفسه هو وحقيبة الظهر؟ 5.9x103 J
.cما مقدار التغير في طاقة المتسلق؟ 5.9x103 J
مسائل تدريبية
.4 إذا كان البحار الذي في المثال 2 يسحب القارب بالقوة نفسها إلى المسافة نفسها ولكن بزاوي 50.0˚, فما مقدار الشغل الذي يبذله؟ 4.92x103 J
.5 يرفع شخصان صندوقاً ثقيلاً مسافةm 15 بواسطة حبلين يصنع كل منها زاوية 15˚مع الرأسي, ويؤثر كل من الشخصين بقوة مقدارها .255 N ما مقدار الشغل الذي يبذلانه؟ 6.5x103 J
.6 يحمل مسافر حقيبة سفر وزنها 215 N إلى أعلى سلم, بحيث يعمل إزاحة مقدارها 4.20 m في الاتجاه الرأسي و4.60 m في الاتجاه الأفقي.
.a ما مقدار الشغل الذي بذله المسافر؟ 903 J
.b إذا حمل المسافر نفسه حقيبة السفر نفسها إلى أسفل السلم نفسه, فما مقدار الشغل الذي يبذله؟ -903 J
.7 يُستخدم حبل في سحب صندوق معدني مسافة 15.0 m على سطح الأرض, فإذا كان الحبل مربوطاً بحيث يصنع زاوية مقدارها 46.0˚ فوق سطح الأرض وتؤثر قوة مقدارها 628 N في الحبل, فما مقدار الشغل الذي تبذله هذه القوة؟ 6.54x103 J
.8 دفع سائق دراجة هوائية كتلتها 13 kg إلى أعلى تل شديد الانحدار بلغ ميله 25˚ وطوله 275 m, كما في الشكل 3-4, وكان يدفع دراجته في اتجاه موازِِِ للطريق وبقوة مقدارها 25 N. فما مقدار الشغل الذي:
.aيبذله السائق على دراجته الهوائية؟ 6.9x103 J
.b تبذله قوة الجاذبية الأرضية على الدراجة الهوائية؟ -1.5x104
اذا بذل المحيط الخارجي شغلا على النظام فان الشغل موجب وتزيد طاقة النظام
اذا بذل النظام شغلا على المحيط الخارجي فان الشغل سالب وتنقص طاقة النظام
الشغل ((W:
هو حاصل ضرب القوة المؤثرة على جسم ما فيه الإزاحة .
القانون: W = Fd
الوحدة: (J ) جول = N.m
نوعه: كميه قياسية.
الطاقة الحركية : ((KE
هي حاصل ضرب نصف الكتلة في مربع السرعة بينها .
J=N.m = الوحدة.
نظرية الشغل – الطاقة
W=Δke
الشغل يساوي التغير في الطاقة الحركية.
حساب الشغل:
1.القوة والازاحة في نفس الاتجاه : w=fd
2.القوة عمودية على الازاحة : w=0
3.قوة ثابتة تميل بزاوية على الإزاحة: w=fdcosθ
مثال1
الشغل والطاقة
ينزلق قرص هوكي كتلتة 105g على سطح جليدي فأذا اثر لاعب بقوة ثابته مقدارها 4.50N في القرص فحركه لمسافة 0.150m في اتجاه القوة نفسها ,فما مقدار الشغل الذي بذله اللاعب على القرص ؟ وما مقدر التغير في الطاقة القرص؟
تحليل المسألة ورسمها
ارسم مخططا توضيحيا للحالة يوضح الظروف الابتدايئة
كون نظاما احداثياعلى ان تكون x+ في اتجاه اليمين
ارسم مخطط المتجهات
لمعلوم المجهول
m=150g w=?
F=4.50N
d=0.150m
ايجاد الكمية المجهولة
استخدم معادلة الشغل عندما تؤثر قوة ثابتة في اتجاه الازاحة الجسم نفسة
عوض مستخدما d=0.150m,F=4.50N
1J=1N.M
استخدم نظرية لشغل _الطاقة لحساب التغير في الطاقة النظام.
عوض مستخدما W=0.675J
الحل :
W=Fd
=(4.50N)(0.150m)
=0.675N.m
=0.675 J
القدرة: تساوي الشغل المبذول مقسوما على الزمن اللازم لانجاز الشغل.
P= w\t
وتقاس بحدة الواط w وتقاس غالبا بوحدة الكيلو واط kw وهي تساوي 1000 w
2-3 الآلات
تعريف الآلة :- محركات تدار بقوى بشرية.
الفائدة منها :- 1/ تسهيل المهام. 2/ تخفيف الحمل.
عملها :- تغيير تجاه القوة ومقدارها.
وتنقسم الآلات إلى :-
1/ آلة بسيطة. أمثلة ” فتاحة الزجاجات ، مفك البراغي “
2/ آلة مركبة. أمثلة ” الرافعة ، البكرة ، العجلة والمحور ، المستوى المائل ، الوتد ، البرغي ”
يسمى الشغل الذي بذلته أنت :-الشغل المبذول (Wi)
أما الشغل الذي تبذله الأداة فيسمى :- الشغل الناتج (Wo)
وتسمى القوة المؤثرة في الآلة بواسطة شخص :-القوة المسلطة (Fe)
أما القوة التي أثرت بها الآلة :- القوة المقاومة (Fr)
الفائدة الميكانيكية :- (MA)
تعريفها :- هي عبارة عن ناتج قسمة المقاومة على القوة.
MA = Fr ÷ Fe
الفائدة الميكانيكية المثالية :- (IMA)
تعريفها :- هي حاصل قسمة إزاحة القوة على إزاحة المقاومة.
IMA = de ÷ dr
البكرة: تغير من اتجاه ومقدار القوة.
الكفاءة :-
بدلالة الشغل :-
الشغل الناتج مقسوماً على الشغل المبذول مضروباً في 100
e = Wo ÷ Wi X 100
بدلالة الفائدة الميكانيكية :-
الفائدة الميكانيكية مقسومة على الفائدة الميكانيكية المثالية مضروبة في 100
e = MA ÷ IMA X 100
الآلة المركبة :-
هي عبارة عن آلة تتكون من آلتين بسيطتين فأكثر.
آلة المشي البشرية :-
1/ قضيب صلب (العظام)
2/ مصدر قوة (انقباض العضلات)
3/ نقطة ارتكاز (المفاصل المتحركة بين العظام)
4/ مقاومة (وزن جزء الجسم أو الشيء الذي يتم رفعه أو تحريكه)
ص89:س29 الالات البسيطه صنف الادوات ادناه إلى رافعه او عجله ومحور او مستوى مائل أو اسفين أو بكره.
1.مفك برغي: عجلة ومحور.
2.كماشة: رافعة.
3.إزميل: اسفين.
4.نزاعة الدبابيس: رافعة.
أسئلة الكتاب الفصل 3:
تستخدم قوة مقدارها 300n لدفع جسم كتلته 145g أفقيا مسافة 30m خلال 3s.
احسب مقدار الشغل المبذول على الجسم.
احسب مقدار القدرة المتولدة.
W=f.d
W=300.30
W=9000j
–
P= w\t
9000\3 =
P= 3000 kw
س82:تؤثر قوة مقدارها 1.4n مسافة 40m في حبل متصل برافعة لرفع جسم كتلته .50 kg مسافة 10cm.
احسب كلا مما يلي:
1.الفائدة الميكانيكية.
2.الفائدة الميكانيكية المثالية.
3.الكفاءة.
Fe=1.4n
De=40cm
M=50 kg
Dr= 10cm
Ma=fe\fr = .50 . 9.8 \ 1.4
=3.5
Ima= de\dr= 40\10 = 4
E= ma\ima . 100 , 3.5\4 . 100 = 87.5 %