فیزیک دهمفیزیک دوم دبیرستانکار و انرژیکار و انرژی و توان

کار نیروی ثابت

کار نیروی ثابت :

ph10 s2 kar 00 کار نیروی ثابت

برای حالتی که نیروی وارد شده به جسم (F)، ثابت و با جا به جایی جسم (d) در یک جهت باشد ، کار نیروی ثابت از رابطه زیر بدست می آید :

ph10 s2 kar 02 کار نیروی ثابت

ph10 s2 kar 01 کار نیروی ثابت

نکته : کار نیروی ثابت یک کمیت نرده ای است چون دارای جهت نمی باشد . و یکای آن ژول است .

برای حالتی که نیروی وارد بر جسم (F) با جا به جایی (d) زاویه بسازد ، کار نیرو در این جا به جایی از رابطه زیر بدست می آید :

ph10 s2 kar 03 کار نیروی ثابت

ph10 s2 kar 04 کار نیروی ثابت

بر اساس بردارهای یکه ، نیروی F دارای دو مولفه افقی و قائم است . دقت داشته باشید مولفه قائم نیرو در این جا به جایی کاری انجام نمی دهد .

اگر کار را با چند جابه جایی متوالی انجام دهیم ، برای بدست آوردن کار کل می توان از جمع جبری کارها استفاده کرد .و یا اگر کار با چند نیرو در یک جابه جایی صورت گیرد ، کار برآیند نیروها یا کار کل از جمع جبری تک تک کارها بدست می آید :

ph10 s2 kar 05 کار نیروی ثابت

به دو روش می توان کار کل را بدست آورد :

روش اول : کار تک تک نیروها را حساب کنیم و سپس جمع جبری آن را بدست آوریم

روش دوم : برآیند نیروهای در راستای جابه جایی را حساب کنیم سپس کار برآیند نیروها را بدست آوریم .

نتیجه هر دو روش یکسان است .(به مثال ۴ توجه کنید)

مثال ۱: در شکل زیر، کارگری جعبه ای را با نیروی ثابت ۲۲۵ نیوتون ، به اندازه ۱۴ متر روی سطح افقی جابه جا می کند. کار انجام شده توسط این نیرو چقدر است ؟

ph10 s2 kar 06 کار نیروی ثابت

حل مثال ۱:

ph10 s2 kar 07 کار نیروی ثابت

مثال ۲: جسمی به جرم ۵ کیلوگرم را توسط طنابی از سطح زمین در راستای قائم به ارتفاع ۱۰ متری از سطح زمین می بریم . کار نیروی وزن جسم در این جابه جایی چند ژول است ؟

حل مثال ۲:

ph10 s2 kar 08 کار نیروی ثابت

مثال ۳:  مطابق شکل زیر نیرویی ۲۰ نیوتونی با زاویه ۳۰ درجه به جسمی به جرم ۴kg وارد می شود . اگر بزرگی نیروی اصطکاک بین جسم و سطح ۱۲ نیوتون باشد ، نسبت کار نیروی F به کار نیروی اصطکاک بعد از جابه جایی ۱۰ متر چقدر است ؟

ph10 s2 kar 09 کار نیروی ثابت

حل مثال ۳:

ph10 s2 kar 10 کار نیروی ثابت

مثال ۴: شکل زیر پدر و پسری را در حال جا به جا کردن یک جعبه سنگین روی سطحی هموار نشان می دهد. نیروی F1 را پدر و نیروی F2 را پسر به جسم وارد می کنند و نیروی اصطکاک جنبشی نیز مخالف جهت حرکت جسم به جسم وارد می شود . کار کل انجام شده روی جسم را محاسبه کنید .

ph10 s2 kar 11 کار نیروی ثابت

حل مثال ۴:

ph10 s2 kar 12 کار نیروی ثابت

تمرین های زیر را حل کنید :

تمرین ۱ :جسمی به جرم m روی سطح شیبداری به طول L به سمت پایین می آید . کار نیروی وزن در این جابه جایی را حساب کنید .

ph10 s2 kar 13 کار نیروی ثابت

تمرین ۲ : شخصی وزنه ای به جرم ۲۰ کیلوگرم را بر دوش گرفته و با آن ۳۰۰ متر با سرعت ثابت جابه جا می شود . شخص برای این جابه جایی چقدر کار انجام می دهد ؟

تمرین ۳: شخصی جسمی را یک بار با طنابی بلند (الف) و بار دیگر با طنابی کوتاه (ب) روی سطحی هموار می کشد. اگر جا به جایی و کاری که این شخص در هر دو بار روی جعبه انجام می دهد یکسان باشد ، توضیح دهید در کدام حالت ، شخص نیروی بزرگ تری وارد کرده است ؟ اصطکاک را در هر دو حالت ناچیز فرض کنید.

ph10 s2 kar 14 کار نیروی ثابت

تمرین ۴: کشاورزی توسط تراکتور ، سورتمه ای پر از هیزم را در راستای یک زمین هموار به اندازه ۲۳۵ متر جا به جا می کند. وزن کل سورتمه و بار آن mg=14700N است . تراکتور نیروی ثابت F=5000N را تحت زاویه ۴۵ درجه بالای افق به سورتمه وارد می کند . نیروی اصطکاک جنبشی f=3500N است که بر خلاف جهت حرکت به سورتمه وارد می شود. کار کل انجام شده روی سورتمه را به دو روش حساب کنید.

ph10 s2 kar 15 کار نیروی ثابت

تمرین ۵ : مطابق شکل ، کار نیروهای وارد بر جسم را بعد از ۱۰ متر جابه جایی بدست آورید.

ph10 s2 kar 16 کار نیروی ثابت

تمرین ۶: شخصی جعبه ای به جرم ۳ کیلوگرم را از روی سطح با شتاب ثابت  ۲ متر بر مجذور ثانیه در راستای قائم بالا می برد . کار نیروی وزن و کار نیروی شخص را بعد از ۱۶ متر جابه جایی بدست آورید ؟(g=10)

تمرین ۷: پنج آجر که جرم هر یک ۲kg و ضخامت هر یک ۱۰cm است ، روی زمین قرار دارند. اگر بخواهیم آن ها را روی هم بچینیم ، حداقل چه مقدار کار باید انجام دهیم ؟

 

دانلود حل تمرین های کار نیروی ثابت :

برچسب ها

کبیری

مصطفی کبیری کناری متولد سال ۱۳۶۷ در شهرستان فریدونکنار (استان مازندران) ، دبیر فیزیک دبیرستان های شهرستان کلاردشت با سوابق تحصیلی کارشناسی رشته دبیری فیزیک در دانشگاه مازندران و کارشناسی ارشد فیزیک حالت جامد در دانشگاه تربیت مدرس تهران هستم . هدف از ایجاد این سایت برای من ، ایجاد یک محیطی آموزشی کارآمد است که در آن دانش آموزان بتوانند فیزیک را به صورت پایه ای و مفهومی بیاموزند .

مطالب مشابه

1 دیدگاه در “کار نیروی ثابت”

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن