الفصل الخامس منقول من الاستاذ عادل سعد والأستاذ على كامل [الأرشيف]

حسام سويفى

10-12-2008, 03:04 AM

قانون بقاء الطاقة

الفصل الخامس

الشغل

الشغل الفيزيائى (الميكانيكى) يختلف عن أى شغل فى أنه يتطلب عامين متلازمين:
(1) قوة مؤثرة. (2) إزاحة فى اتجاه القوة.
الشغل:-

كمية فيزيائية تساوى حاصل ضرب القوة × الإزاحة

معنى الشغل:-

عندما تؤثر قوة على جسم ما وتحركه مسافة فى اتجاه خط عمل القوة يقال أن القوة تبذل شغلاً.
مقدار الشغل:-

إذا رمزنا للشغل بالرمز (W) وللقوة بالرمز (F) والمسافة التى يتحركها الجسم فى اتجاه القوة (d)
الشغل = القوة × الإزاحة

W = Fd

وحدة قياس الشغل:- الجول
1 J = 1N 1 m
الجول:-

هو الشغل الذى تبذله قوة مقدارها 1N لتحريك جسم مسافة 1m فى اتجاه القوة.
· ماذا نقصد بقولنا أن قوة تبذل شغلاً 50 J على جسم.
· اتجاه القوة

معنى ذلك أن قوة مقدارها 50 N تلزم لتحريك جسم مسافة مقدارها 1m فى اتجاه عملها.

اتجاه حركة الجسم

حساب الشغل المبذول لتحريك جسم مسافة أفقية:-
عندما يتحرك جسم على سطح أفقى أملس تحت تأثير قوة (F) تميل على السطح بزاوية

Fg

لإيجاد قيمة الشغل:-
نحلل القوة إلى مركبين:-
(1) قوة أفقية
هذه القوة الأفقية موازية لاتجاه الحركة

{هى التى تبذل شغلاً}

(2) قوة رأسية عمودية
هذه القوة العمودية على اتجاه الحركة {لا تبذل شغلاً} لأنها تتزن مع وزن الجسم (Fg)
العوامل التى يتوقف عليها الشغل:-
(1) القوة المؤثرة (F)
(2) الإزاحة (d)
(3) الزاوية بين القوة والإزاحة
ملحوظة:-
cos 900 = 0 cos 600 = ½ cos 0 = 1
أمثلة لبذل شغل:-
(1) عند إزاحة سيارة بواسطة مجموعة من الأشخاص.
(2) اللاعب الذى يرفع الأثقال إلى أعلى.
(3) عند إسقاط قطعة حديدية على مبنى لهدمه.
ويحدث الشغل لوجود قوة مؤثرة وحدوث إزاحة.
أمثلة لحالات لا تبذل شغل:-
(1) عندما يدفع شخص سيارة بقوة ولا تتحرك فإن الشخص لا يبذل شغلاً.
· لوجود قوة مؤثرة وعدم حدوث إزاحة.
(2) عندما يحمل شخص حقيبة ويتحرك بها فإن الشخص لا يبذل شغلاً.
· لأن اتجاه الحركة عمودى على اتجاه القوة وهى قوة جذب الأرض للحقيبة
.
(3) القوة الجاذبة المركزية لا تبذل شغلاً.
· لأنها تكون عمودية على اتجاه حركة الجسم (المماس لمحيط الدائرة)
(4) عندما يتحرك الجسم فى اتجاه القوة يكون الشغل المبذول أكبر ما يمكن
· لأن وهو أكبر جيب تمام ممكن
الشغل الذى تبذله القوة أكبر ما يمكن

الطاقة

الطاقة

هى القدرة على بذل شغل

صور الطاقة:-
(1) الطاقة الميكانيكية (طاقة الوضع وطاقة الحركة)
(2) الطاقة الكهربية. (3) الطاقة الضوئية.
(4) الطاقة الحرارية. (5) الطاقة النووية.
(6) الطاقة الشمسية. (7) طاقة الرياح.
تحولات الطاقة:-
يمكن تحويل أى صورة من صور الطاقة إلى صورة أخرى.
قانون بقاء الطاقة:-
الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم.

الطاقة الميكانيكية:-
هى مجموع طاقتى الوضع والحركة للجسم

الطاقة الميكانيكية = طاقة الوضع + طاقة الحركة
طاقة الوضع PE

هى الطاقة التى يختزنها الجسم بسبب موضعه

m

d

((س)) اثبت أن PE = m g d
إذا رفعنا جسم كتلته (m) مسافة رأسية (d) إلى أعلى فإن
W = Fg . d
Fg = m g
W = m g d
الشغل المبذول = طاقة الوضع
PE = m g d
العوامل التى تتوقف عليها طاقة الوضع:-
(1) كتلة الجسم (m) (2) شدة مجال الجاذبية (g)
(3) الإزاحة الرأسية (d).

أمثلة لطاقة وضع مختزنة:-
(1) الطاقة المختزنة فى سلك زنبركى مضغوط.
(2) الطاقة المختزنة فى قوس مشدود.
(3) الطاقة المختزنة فى بندول مزاح عن وضع الاتزان.
(4) الطاقة المختزنة فى مرتفع عن سطح الأرض.
(5) الطاقة المختزنة فى جسم مرفوع لأعلى.
طاقة الحركة KE

هى الشغل المبذول لتحريك جسم

((س)) اثبت أن KE = 1/2 m V2
· عندما تبدأ السيارة الحركة من سكونv0 = 0 لتصل سرعتها إلى ((vt بعجلة منتظمة (a)
من معادلات الحركة:
Vt2 = V02 + 2 a X
V0 = 0 {لأن السيارة بدأت الحركة من السكون}
Vt2 = 2 a X
X =
بضرب الطرفين فى (F)

طاقة الحركة = الشغل المبذول
KE = ½ mV2
العوامل التى يتوقف عليها طاقة الحركة:-
(1) كتلة الجسم (m): طردى.
(2) ركاب

خيط مطاط

وسادة هوائية

A

B

مربع سرعة الجسم (V2):
تجربة لقياس طاقة الحركة:-
بتحريك ركاب معلوم الكتلة على وسادة هوائية.
(1) يزاح الركاب من الموضع (A) إلى الموضع (B) ثم يترك حراً فيقوم الخيط بدفع الركاب ليعود إلى موضعه الأصلى (A).
(2) تقاس سرعة الركاب وكتلته (باستخدام خلية كهروضوئية وساعة).
(3) نكرر التجربة عدة مرات بتغير كتلة الركاب مع تثبيت المسافة ونعين السرعة (V).
(4) 1

m

V2

نرسم علاقة بيانية بين (V2) على المحور الرأسى، على المحور الأفقى نحصل على خط مستقيم

= مقدار ثابت
وجد أن = 2 طاقة الحركة
طاقة الحركة =
· طاقة الحركة تتناسب طردياً مع الكتلة.
· طاقة الحركة تتناسب طردياً مع مربع السرعة.
y2

y1

d

B

A

V2

V1

d = y2 – y1

قانون بقاء الطاقة:-
إثبات أن مجموع طاقتى الوضع والحركة لجسم يتحرك رأسياً ثابت عند كل نقطة فى مساره.

طاقة الوضع عند (A) = m g y1
طاقة الحركة عند (A) = mV12 ½
طاقة الوضع عند (B) = m g y2
طاقة الحركة عند (B) = mV22 ½
من معادلات الحركة:
V22 – V12 = 2 g d
بالضرب × m ½
½ m V22 – ½ m V12 = ½ m (2 g d)
½ m V22 – ½ m V12 = m g d
d = y2 – y1
½ m V22 – ½ m V12 = m g (y2 – y1)
- (½ m V22 – ½ m V12) = m g y2 – m g y1
الإشارة السالبة معناها أن طاقة الحركة تتناقص
- ½ m V22 + ½ m V12 = m g y2 – m g y1
½ m V12 + m g y1 = ½ m V22 + m g y2
أى أن مجموع طاقتى الوضع والحركة ثابت فى جميع نقط مساره
وبذلك تحقق قانون بقاء الطاقة
فعندما يرتفع جسم لأعلى تقل طاقة حركته بينما تزداد طاقة وضعه بحيث يبقى مجموعهما ثابت.