فیزیک دهمفیزیک دوم دبیرستانکار و انرژیکار و انرژی و توان

کار و انرژی پتانسیل

کار و انرژی پتانسیل :

ph10 s2 karoenerji potansiel00 کار و انرژی پتانسیل

انرژی پتانسیل نوعی از انرژی است که در یک جسم ذخیره می شود و به مکان اجسام یک سامانه نسبت به یکدیگر بستگی دارد . اجسام نسبت به مکانشان در سامانه ، انرژی پتانسیل دارند . وقتی انرژی پتانسیل یک سامانه کاهش می یابد ، به شکل های دیگری از انرژی تبدیل می شود . برای مثال ، وقتی شخصی از یک تخته پرش به درون استخر آب شیرجه می زند ، انرژی پتانسیل سامانه شخص-زمین به تدریج به انرژی جنبشی شخص تبدیل می شود و شخص با تندی نسبتا زیادی با سطح آب برخورد می کند .

انرژی پتانسیل گرانشی (انرژی پتانسیل سامانه جسم زمین) :

انرژی پتانسیل گرانشی سامانه متشکل از زمین و جسمی به جرم m که در ارتفاع h از سطح زمین است به صورت زیر تعریف می شود :

ph10 s2 karoenerji potansiel01 کار و انرژی پتانسیل

رابطه کار و انرژی پتانسیل گرانشی : کار نیروی وزن برابر است با منفی تغییرات انرژی پتانسیل گرانشی در آن جابه جایی

ph10 s2 karoenerji potansiel02 کار و انرژی پتانسیل

با توجه به رابطه ی فوق ، کار نیروی وزن به مسیر انجام کار بستگی ندارد و فقط به اختلاف ارتفاع حالت اولیه و نهایی بستگی دارد . یعنی اگر اختلاف بین دو نقطه از سطح زمین را از هر مسیری برویم ، کار نیروی وزن آن ها یکسان است . به طور مثال در شکل زیر جسمی از A تا B را با ۴ مسیر مختلف جابه جا می شود ولی کار نیروی وزن برای هر ۴ مسیر یکسان است .

ph10 s2 karoenerji potansiel03 کار و انرژی پتانسیل

مثال ۱: شکل زیر ، کوهنوردی به جرم ۷۲kg را نشان می دهد که در حال صعود به قله کوه به ارتفاع ۴٫۲۲km ازسطح آزاد دریاست . تغییر انرژی پتانسیل کوهنورد در ۱٫۲۵ کیلومتری پایان ارتفاع صعود چقدر است ؟ مبدا انرزی پتانسیل گرانشی را الف) سطح دریا و ب) قله کوه بگیرید .(g=9.8)

ph10 s2 karoenerji potansiel04 کار و انرژی پتانسیل

حل مثال ۱:

ph10 s2 karoenerji potansiel05 کار و انرژی پتانسیل

نتیجه مهم : با انتخاب هر مبدا پتانسیل ، تغییری در مقدار تغییر انرژی پتانسیل گرانشی بین دو نقطه ایجاد نمی شود .

مثال ۲: جرم موتورسواری با موتورش ۱۴۷kg است . این موتورسوار ، پرشی مطابق شکل روبرو انجام می دهد .

ph10 s2 karoenerji potansiel06 کار و انرژی پتانسیل

الف) انرژی پتانسیل گرانشی موتور سوار را روی هر یک از تپه ها حساب کنید .(g=10)

ب) کار نیروی وزن موتور سوار را در این جابه جایی بدست آورید .

حل مثال ۲:

ph10 s2 karoenerji potansiel07 کار و انرژی پتانسیل

مثال ۳: کودکی به جرم ۳۰ کیلوگرم از بالای یک سرسره ی آبی مطابق شکل از ارتفاع ۵ متری سطح زمین به پایین سر می خورد . کار نیروی وزن در این جابجایی را بدست آورید .

ph10 s2 karoenerji potansiel08 کار و انرژی پتانسیل

حل مثال ۳:

ph10 s2 karoenerji potansiel09 کار و انرژی پتانسیل

انرژی پتانسیل کشسانی سامانه جسم فنر :

ph10 s2 karoenerji potansiel10 کار و انرژی پتانسیل

در شکل بالا ، قسمت الف فنری را در وضعیت تعادلش نشان می دهد که در آن ، فنر نه کشیده و نه فشرده شده است . با کشیدن یا فشردن فنر به اندازه x از مکان تعادلش ، نیرویی در خلاف جهت جابه جایی به دست شخص وارد می شود . یعنی کار نیروی فنر در این جابه جایی ، منفی و تغییر انرژی پتانسیل کشسانی سامانه جسم – فنر مثبت است .

رابطه کار و انرژی پتانسیل کشسانی : کار نیروی فنر برابر است با منفی تغییرات انرژی پتانسیل کشسانی در آن جابه جایی

ph10 s2 karoenerji potansiel11 کار و انرژی پتانسیل

که در این رابطه x فاصله از حالت تعادل فنر است .

مثال ۴: جسمی به جرم ۴۲۰g مطابق شکل روبرو با تندی ۶٫۵ m/s به فنری برخورد کرده و آن را فشرده می کند .

ph10 s2 karoenerji potansiel12 کار و انرژی پتانسیل

الف) انرژی جنبشی جسم در موقعیت شکل الف چقدر است ؟

ب) اگر بیشترین انرژی پتانسیل کشسانی ذخیره شده در سامانه جسم – فنر ۵٫۶ J باشد ، کار نیروی فنر چقدر است ؟

پ) با استفاده از قضیه کار – انرژی جنبشی ، کار نیروی اصطکاک را وقتی جسم از موقعیت شکل الف به موقعیت شکل ب می رود ، حساب کنید .

حل مثال ۴:

ph10 s2 karoenerji potansiel13 کار و انرژی پتانسیل

با توجه به مطالب بالا ، تمرین های زیر را حل کنید و سپس با پاسخ های ما مقایسه کنید ، تا اشکالات خود را رفع کنید .

تمرین ۱: جسمی به جرم ۱۰۰ گرم روی سطح بدون اصطکاک نیم دایره ای از نقطه A رها می شود . کار نیروی وزن جسم را در جابه جایی از A تا B بیابید .

ph10 s2 karoenerji potansiel14 کار و انرژی پتانسیل

تمرین ۲: جسم با انرژی جنبشی ۲۰ ژول با فنر برخورد کرده و آن را فشرده می کند . اگر بدانیم در لحظه ی توقف جسم ، انرژی پتانسیل کشسانی ۱۵ ژول است .

الف) کار نیروی کشسانی فنر در این جابه جایی چقدر است ؟

ب) با استفاده از قضیه کار و انرژی جنبشی ، کار نیروی اصطکاک در این جابه جایی را بدست آورید .

تمرین ۳: حداقل چند ژول کار باید انجام دهیم تا توسط سطلی به جرم ۱٫۲ kg ، ۲kg آب را با طنابی که جرم آن ناچیز است ، از نه چاهی به عمق ۱۰m بالا بکشیم ؟ ( از کلیه اصطکاک ها صرف نظر کنید و g=10 )

تمرین ۴: مطابق شکل جسمی به جرم ۲ کیلوگرم از پایین سطح شیبدار از نقطه A ، ۲۰ متر روی سطح شیبدار بالا می رود و به نقطه B می رسد . کار نیروی وزن در این جابه جایی چند ژول است ؟

ph10 s2 karoenerji potansiel15 کار و انرژی پتانسیل

دانلود حل تمرین های کار و انرژی پتانسیل :

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

2 دیدگاه در “کار و انرژی پتانسیل”

پاسخ دهید

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

همچنین ببینید

بستن
بستن