 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
| فيزيك 1و آزمايشگاه |
انرژي |
|
مسئله:
|
Cos0
=1 |
Cos180
=-1 |
Cos90
=0 |
سؤال:
بر جسم زير سه نيروي وزن، اصطكاك، محرك f
اثر ميكند. كار هر يك را در جابجايي افقي 5 متر حساب كنيد. جرم جسم
2.5 Kg
ميباشد.
Wmg=0 Þ 90 Wmg=mgdCos
Wfk=12*5*(-1)=-60 N Þ 180 Wfk=fkdCos
Wf=fd Cos30
Wfk =30*5*√3/2=75√3 N
كار منفي = يعني كار نيرويي كه در مقابل حركت جسم مخالف ميكند مانند نيروي اصطكاك كه مقدار كار آن (- 60)N بدست آمد.
س: كار از نظر فيزيك چگونه است؟ج: هرگاه نيرويي بتوانند جسمي را در راستاي خود جابجا كند، گوئيم كار انجام شده است.
كار را با نماد W نشان
مي دهيم. مقدار كار نيروي F وقتي كه جسمي را در راستاي افقي به اندازه d جابجا مي كند برابر است با: W=F.d اگر نيرو در راستاي جابجايي جسم نباشد، در اين صورت مقدار كار نيروي F برابر است با بزرگي جابه جايي ضربدر مؤلفه نيرو در راستاي جابه جايي:
فعاليت 4-1: تعدادي از كارهايي كه در اطراف خود مشاهده مي كنيد يادداشت و به كلاس گزارش كنيد. در انجام اين كارها چه عاملهايي مشترك اند؟ جواب: كشاورزي كه روي زمين كار مي كند، نانوايي كه نان مي پزد، آهنگري كه در و پنجره مي سازد، معلمي كه تدريس مي كند، كارمندي كه كار دفتري انجام مي دهد و... در انجام تمامي اين كارها چند عامل مشترك است: يك يا چند انرژي از صورتي به صورت ديگر تبديل مي شود و يا انجام كار در اثر انتقال انرژي از نقطه اي به نقطه ديگر صورت مي گيرد. ديگر اينكه در هر كاري مقداري انرژي در عملي به غير از كار مورد نظر مصرف مي شود. به عبارت ديگر انجام هر كاري، قدري با اتلاف انرژي همراه است. فعاليت 4-2: مثالهاي ديگري كه در مورد تغيير انرژي اجسام اطراف خود مي بينيد را يادداشت و به كلاس گزارش كنيد. جواب: تغيير انرژي توپي كه به ديوار برخورد مي كند. تغيير انرژي جسمي كه سقوط مي كند آونگ ساعتي كه نوسان مي كند و انرژي جنبشي آن بطور متناوب به انرژي پتانسيل تبديل مي شود. Eتذكر 1: كار كميتي نرده اي است و يكاي آن در SI نيوتن. متر (N.m) است كه آنرا ژول (J) مي نامند. Eتذكر2: با توجه به نرده اي بودن كار، اگر جابجايي يك جسم در چند مرحله انجام شود، كاركل را مي توان از جمع جبري كار انجام شده در تك تك جابجايي ها به دست آورد. Eتذكر3: هرگاه به جسمي بيش از يك نيرو اثر نمايد چون كار كميتي نرده اي است، جمع جبري كار نيروهاي وارد بر جسم در يك جابه جايي معين، با كار برآيند نيروهاي وارد بر آن در همان جا به جايي برابر است. Eتذكر4: در تمام اين بخش در كليه موارد كار نيروهاي ثابت مورد نظر است. يعني فرض مي شود كه جهت و بزرگي نيروهاي مورد بحث ثابت هستند. Eتذكر5: با توجه به رابطه كار نتايج زير را مي توان در نظر گرفت:
به ازاء
W=dF
به ازاء
س: مقدار كار در جابجايي قائم چگونه است؟
ج:
مشابه حالت افقي اگر جابجايي در راستاي قائم به اندازه
h باشد، كار انجام شده برابر نيروي وارد بر جسم ضربدر
h خواهد بود و چون حداقل نيروي لازم براي بالا بردن جسم
برابر نيروي وزن آنست نتيجه مي شود:
به اين ترتيب كار نيروي وزن برابر مي شود با:
مثال1: نيروي 100N كه با سطح افق زاويه 60 درجه مي سازد، جسمي را به اندازه 20m در سطح افقي جابجا مي كند. كار انجام شده چقدر است؟
جواب:
مثال2: كارگري يك قطعه فلزي به جرم 30kg را تا ارتفاع 4m در كارگاه بالا مي برد. براي انجام اين كار چقدر انرژي مصرف مي كند.
جواب:
مثال3:
جعبه اي به جرم 20kg
كه روي سطح افقي زمين قرار دارد با نيروي 300 نيوتن كه با افق زاويه 37
درجه مي سازد، كشيده شده و به اندازه 10 متر جابه جا مي شود. كار هر يك
از نيروهاي وارد بر جعبه و نيز كار برآيند نيروهاي وارد بر آن را در
اين جابجايي حساب كنيد. فرض كنيد
جواب: علاوه از نيروي F نيروهاي وزن و نيروي عمودي سطح (N) و نيروي اصطكاك بر جعبه وارد مي شوند. كار اين نيروها برابرند با:
WR جمع جبري كارها يا كار نيروي برآيند است. توجه نمائيد هرگاه ابتدا نيروي برآيند را تعيين كرده و سپس كار آن را در جابجايي فوق حساب كنيم همين نتيجه حاصل مي شود.
تمرين 4-1:
در شكل زير نيروي ثابت
F در امتداد
افق به جسمي به جرم m وارد مي شود و آن را
روي سطحي با ضريب اصطكاك جنبشي
جواب:
ب)
پ)
ت)
ث)
ج)
|
|
|
(وقتي كه نيرو و جابجايي هم جهت باشند) كار برابر مي شود با:
(يعني
)
كار مثبت است و اگر
باشد كار منفي و در حالت
كار صفر است. به اين نكته مهم توجه نمائيد كه كار يك نيروي ثابت در دو
حالت صفر مي شود. يكي هنگامي كه جابجايي صفر باشد، ديگر آنكه راستاي
نيرو بر راستاي جابه جايي عمود باشد.
جابجا مي كند. مطلوبست الف- كار نيروي 
