ج: فیزیک علم مطالعه پدیده های مختلف طبیعت و کشف قانونهای حاکم بر این پدیده ها است. قابلیت انجام کار را انرژی گویند. واحد انرژی در سیستم si ژول است. ج: گاهی انرژی مستقیماً قابل دسترس است مثل انرژی نور خورشید. اما در بیشتر مواقع انرژی ذخیره شده در مواد مختلف به انرژی قابل مصرف تبدیل می شود. مثلاً از سوختن چوب یا نفت که یک تبدیل شیمیایی است، انرژی حرارتی به دست می آید. یا ماهیچه ها انرژی حرکتی خود را از تبدیل انرژی شیمیایی ذخیره شده در مواد غذایی به دست می آورند، یا دینام دوچرخه انرژی جنبشی چرخ را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. انرژی الکتریکی ، انرژی شیمیایی ، انرژی جنبشی ، انرژی درونی ، انرژی پتانسیل گرانشی ، انرژی پتانسیل الکتریکی ، انرژی پتانسیل کشسانی ، انرژی نورانی ،..... انرژی ای است که از طریق برق تولید می شود . مانند : انرژی حاصل از یک لامپ روشن انرژی ای است که از طریق یک تغییر شیمیایی در ماده تولید می شود .مانند :انرژی شیمیایی موجود در مواد غذایی مختلف انرژی موجود در سیب 2.4 کیلو ژول بر گرم است . یعنی چه ؟ جواب : یعنی یک گرم سیب 2.4 کیلو ژول انرژی برای ما فراهم می کند . با خوردن نیم کیلو گوشت پخته چه مقدار انرژی شیمیایی در بدن تولید می شود ؟ جواب : توجه : چون واحد داده شددر جدول 1-6 بر حسب Kj/gr است لذا باید Kg را به gr تبدیل کنیم . گوشت پخته شده =9.4 کیلو ژول بر گرم نیم کیلو = 500 گرم در نتیجه داریم : 9.4*500=4700 kj مقدار انرژی ای است که در یک زمان معین مصرف می شود. ( توان مصرفی ) آهنگ مصرفی انرژی در هنگام مسابقه دوچرخه سواری111.3 کیلو ژول بر دقیقه است یعنی چه؟ یعنی در هر یک دقیقه دوچرخه سواری 111.3 کیلو ژول انرژی مصرف می شود در یک ساعت بازی تنیس چه مقدار انرژی مصرف می شود؟ تنیس = 26.5 کیلو ژول بر دقیقه یک ساعت =60 دقیقه 60*26.5=1590 kj نیم کیلو مرغ چه مقدار انرژی تولید می کند و برای مصرف آن چند دقیقه باید به آرامی راه برویم ؟ با استفاده از جدول 1- 6 داریم : مرغ =6.7 کیلو ژول بر گرم به آرامی را ه رفتن = 16 کیلو ژول بر گرم با توجه به اینکه نیم کیلو مرغ=500گرم است ، لذا خواهیم داشت : 500*6.7=3350 kj 3350/16 =209.37 min فهرستی از غذاهایی که در یک روز معین مصرف می کنید ، بهمراه مقدار تقریبی آنها تهیه کنید . با استفاده از این فهرست و جدول (1-1) کتاب ، مشخص کنید که در این روز معین بدن شما چه مقدار انرژی از این مواد غذایی کسب میکند؟ 15576 Kj ب) 420*0.15=63 انرژی ای است که در ا جسام متحرک بوجود می آید و واحد آن در سیستم SI ژول (J) است . هر گاه جسمی به جرم M با سرعت V حرکت کند ، انرژی جنبشی آن از رابطه زیر بدست می آید : که در آن : K= انرژی جنبشی بر حسب ژول m= جرم برحسب kg و v سرعت بر حسب متر بر ثانیه است Km/h ÷ 3.6 =m/s 90 کیلو متر بر ساعت چند متر بر ثانیه می باشد ؟ 90/3.6=25 m/s g/1000=Kg واحد های جرم Kg کیلو گرم 50 گرم چند کیلو گرم است ؟ 50/1000=0.05 kg اگر در اثر ضربه زدن به یک جسم 200 گرمی ، 50 ژول انرژی جنبشی به آن منتقل شود ، سرعت جسم چقدر می شود ؟ =>50=(1/2)(200/1000)(v2) در نتیجه خواهیم داشت : سرعت یک جسم متحرک 36 کیلومتر بر ساعت می باشد . در صورتی که جرم آن 300 گرم باشد ، انرژی جنبشی آن چند ژول می شود ؟ V=36 km/h نکته => 36/3.6=10m/s M =300 gr نکته => 300/1000=0.3 kg ==> انرژی جنبشی اتومبیلی به جرم 1500kg که با سرعت 20 حرکت می کند چقدر است؟ k=(1/2)1500*202= 3*105 ژول جسمی با سرعت 5 حرکت می کند و انرژی جنبشی آن 10kj است. جرم جسم را بر حسب کیلوگرم تعیین کنید. جواب درشکل مقابل انرژی جنبشی در کدام نقطه بیشتر است ؟( جسم از نقطه A رها میشود ) جواب : در نقطه C . ==>V2=(2*k)/m=(2*20)/(100*10-3)=400 ==>V=20m/s اگر جسمی گرما بگیرد ، انرژی درونی آن افزایش می یابد. اصطکاک نوعی انر ژی درونی است ج: در اثر مالش سطح دو جسم بر روی یکدیگر مقداری از انرژی جنبشی آنها به انرژی درونی دو جسم تبدیل می شود و دمای آنها را بالا می برد. در این مورد چون مقداری از انرژی به صورت گرما عملاً غیرقابل استفاده مجدد می شود، اصطلاحاً می گوییم انرژی تلف شده است. اما در واقع انرژی تلف نمی شود بلکه به انرژی درونی دو سطح تبدیل شده است. 1- توپی را که در روی زمین در حال حرکت است، در نظر بگیرید سرعت توپ رفته رفته کم شده و بالاخره متوقف می شود.انرژی جنبشی توپ کجا رفته است؟ 2- پنکه ای را که روشن است، خاموش می کنیم .چه اتفاقی می افتد؟ مشاهده خود را بر اساس قانون پایستگی انرژی توضیح دهید. پاسخ 1- هنگامی که توپ روی زمین حرکت می کند، در اثر اصطکاک بین سطح های زمین و توپ و انرژی جنبشی توپ به تدریج به زمین منتقل شده و تبدیل به انرژی درونی آن می شود در نتیجه از سرعت توپ کاسته می شود تا زمانی که به طور کامل متوقف شود.( از مقاومت هوا در مقابل حرکت توپ صرفه نظر می شود). پاسخ 2- با خاموش کردن پنکه پروانه آن به علت داشتن انرژی جنبشی بلافاصله متوقف نمی شود بلکه این انرژی در اثر وجود اصطکاک در بین قطعات آن و نیز به علت مقاومت هوا در مقابل حرکت پروانه به تدریج به گرما تبدیل می شود تا زمانی که به طور کامل بایستد. اتومبیلی به جرم 1000kg با سرعت( 20m/s ( 72 در حال حرکت است اگر اتومبیل ترمز کند و متوقف شود، چه مقدار انرژی به انرژی درونی جاده و لاستیکها تبدیل شده است؟ جواب: انرژی جنبشی اتومبیل هنگام حرکت برابر است با: همین مقدار انرژی هنگام توقف اتومبیل به انرژی درونی جاده و لاستیکها تبدیل می شود. در فصل سوم کتاب علوم تجربی سال اول را هنمایی با اثر گرما بر حالت مواد آشنا شدید . با توجه به آنچه که تا کنون فرا گرفته اید ، حالتهایی را نام ببرید که : جواب : الف) جوش آمدن آب کتری - گرم شدن هوای اتاق - آب شدن یخ -و.... انرژی نه خود به خود به وجود می اید و نه خود به خود از بین می رود بلکه ازصورتی به صورت دیگر تبدیل می شود. در یک لامپ روشن انرژی الکتریکی به : تبدیل می شود. ج: مثال1: هنگامی که به توپ ساکنی ضربه می زنید، انرژی از پای شما به توپ منتقل می شود و آن را به حرکت در می آورد اما تا وقتی به توپ ضربه زده نشده است انرژی آن پایسته می ماند و قادر به حرکت نخواهد بود. مثال 2: وقتی دو توپ مشابه که با سرعتهای مختلف در حال حرکت هستند با هم برخورد کنند سرعتشان تغییر می کند زیرا بنا به قانون بایستگی انرژی توپی که سرعت بیشتری دارد انرژی جنبشی بیشتری نیز دارد و مقداری از این انرژی را به توپ دیگر که سرعت کمتر و در نتیجه انرژی جنبشی کمتری دارد می دهد لذا با تغییر انرژی توپها بعد از برخورد سرعت آنها نیز تغییر می کند. k=(1/2)mv2 --> V2 =2.k/m=2*5/0.5=20 -->V=4.47 m/s پاسخ: هنگام راه رفتن انسان بر روی زمین انرژی جنبشی حاصل از حرکت او به دو طریق به زمین منتقل می شود و در نهایت انرژی مجموع( زمین-شخص) ثابت باقی می ماند .اول آنکه مقداری انرژی در اثر اصطکاک بین سطح های زمین و کفش به زمین منتقل می شود و انرژی درونی آنها را افزایش می دهد. دوم آنکه وقتی راه می رویم به اندازه بسیار جزئی زمین را در جهت خلاف حرکت خودمان به چرخش در می آوریم در نتیجه انرژی پتانسیل گرانشی انرژی پتانسیل الکتریکی انرژی پتانسیل کشسانی PE همان انرژی پتانسیل گرانشی است . U=mgh که در آن : M = جرم جسم و واحد آن در سیستم Si کیلو گرم می باشد . g= شتاب جاذبه زمین که مقدار آن برابر است با :9.8m/s2 ≈ 10 m/s2 h= ارتفاع از سطح پتانسیل که واحد آن در سیستم Si متر می باشد . چگونگی تبدیل انرژی پتانسیل گرانشی به جنبشی و بالعکس انرژی پتانسیل جسمی به جرم 0.2 کیلو گرم را در نقاط A،B،C،D بیابید .(g=10m/s2) اگرجرم جسم را 1 کیلو گرم و شتاب ثقل را 10 m/s2 در نظر بگیریم ، آنگاه مطلوبست انرژی پتانسیل درA.B.C.D.E جواب : A=30 j B=30 j C=20 j D=10 j E=0 j U=mgh m=30g = (30/1000)kg --> U=(30/1000)(10)(12)=3.6 j 1- فرض کنید در مثال قبل، توپ را در بین راه، مثلاً نقطه Cمتوقف کنیم اگر آن را رها کنیم، حرکت توپ چگونه خواهد بود؟ آیا می توان گفت که در نقطه C توپ دارای انرژی پتانسیل گرانشی است؟ 2- اگر توپ را در نقطه D واقع در بخش افقی مسیر متوقف و سپس رها کنیم، حرکت توپ چگونه خواهد بود؟ آیا می توان نتیجه گرفت که توپ در نقطه D دارای انرژی پتانسیل گرانشی است؟ 3- با استفاده از قانون پایستگی انرژی، بالا رفتن توپ و برگشتن آن از تپه را توضیح دهید؟ 4- اگر اصطکاک وجود نداشته باشد، آیا توپ می تواند بالاتر از نقطه B برود؟ پاسخ 1: در اثر نیروی گرانش یا جاذبه زمین توپ به طرف پایین بر می گردد. در این حالت انرژی پتانسیل گرانشی که توپ در نقطه C دارد تبدیل به انرژی جنبشی آن می شود. توپ در نقطه C به این علت انرژی پتانسیل گرانشی دارد که دارای ارتفاع از سطح زمین است. پاسخ 2: در نقطه D چون توپ ارتفاعی از سطح زمین ندارد، بنابر این انرژی پتانسیل گرانشی نیز ندارد و اگر آنرا در این تقطه متوقف و سپس رها کنیم ، دوباره به حرکت در نمی آید. پاسخ 3 : با صرفنظر کردن از اصطکاک هنگام بالا رفتن توپ از تپه ، انرژی جنبشی توپ به تدریج به انرژی پتانسیل گرانشی تبدیل میشود تا وقتی که در نقطه B به طور کامل متوقف شود. در این نقطه توپ فقط دارای انرژی پتانسیل گرانشی است. سپس توپ در اثر نیروی گرانشی زمین به طرف پایین تپه بر میگردد و انرژی پتانسیل گرانشی آن دوباره و به تدریج تبدیل به انرژی جنبشی شده و سرعت توپ افزایش می یابد. پاسخ 4: وجود اصطکاک مقداری از انرژی جنبشی توپ را به صورت گرما تلف می کند. اگر اصطکاک ناچیز باشد، توپ می تواد بالاتر از نقطه B برود. جسمی به جرم 200گرم را با سرعت 10 در راستای قائم به طرف بالا پرتاب می کنیم . با نا دیده گرفتن اتلاف انرژی ، الف)- انرژی جنبشی آن در لحظه پرتاب چقدر است؟ ب) جسم تا چه ارتفاعی بالا می رود؟ ج) سرعت توپ در نیمه را چقدر است ؟ جواب الف) k=(1/2)mv2 =(1/2)(200*10-3)*102 =10 j جواب ب) U=K =10 -->k=U=mgh -->10= (200*10-3 *10)*h --> h=5 m جواب ج) Uنیمه راه =mgh/2=[200*10-3 *10*5]/2=5 j U=K k = (1/2)mv2 5= (1/2)0.2v2 --> V=7.1 m/s جواب: هنگامی که آونگ را بالا می بریم انرژی مصرف می کنیم. این انرژی در آونگ به صورت انرژی پتانسیل گرانشی ذخیره می شود. سپس هنگامی که آونگ را رها می کنیم تا به نوسان درآید، موقع پایین آمدن تا نقطه آویز انرژی پتانسیل گرانشی به انرژی جنبشی تبدیل می شود و از نقطه آویز به بعد عکس این تبدیل روی می دهد و در هر نوسان این عمل تکرار می گردد. انرژی ای است که در فنر فشرده شده یا فنر کشیده شده ذخیره شده است توجه : هرگاه یک فنر فشرده شده یا یک فنر کشیده شده ، رها شود ، تمام انرژی پتانسیل کشسانی ان به به انرژی جنبشی تبدیل می شود . 1- در شکل (1-13) کتاب هنگامی که گلوله در نقطه C بین دو نقطه A وB قرار دارد ، آیا انرژی پتانسیل در فنر ذخیره شده است ؟ آیا گلوله دارای انرژی جنبشی است ؟ 2-فرض کنید پس از برخورد گلوله با فنر، گلوله به فنر بچسبد. حرکت بعدی گلوله را توصیف کنید و تبدیل های انرژی را با استفاده از قانون پایستگی انرژی توضیح دهید. پ- اگر سطح بدون اصطکاک باشد فنر بیشتر فشرده می شود و یا وقتی که سطح دارای اصطکاک است ؟ چرا؟ پاسخ 1: بله - چون گلوله در نقطه C هنوز در حال حرکت و فشردن فنر است، پس در این نقطه دارای انرژی جنبشی است. پاسخ 2: با چسبیدن گلوله به فنر، انرژی جنبشی گلوله به تدریج تبدیل به انرژی پتانسیل کشسانی فنر می شود تا زمانی که گلوله برای لحظهای به طور کامل متوقف شود. در این حالت مجموعه گلوله و فنر فقط انرژی پتانسیل کشسانی دارند. با باز شدن مجدد فنر دوباره انرژی پتانسیل فنر به انرژی جنبشی گلوله تبدیل شده و آنرا در جهت خلاف قبل به حرکت در می آورد. پاسخ 3: اگر سطح بدون اصطکاک باشد، فنر بیشتر فشرده می شود. زیرا مقداری از انرژی جنبشی گلوله در اثر اصطکاک به صورت گرما تلف نمی شود. در اسباب بازی های کوکی ، انرژی لازم برای حرکت آنها از کجا تا مین می شود ؟ جواب : از انرژی پتانسیل ذخیره شده در فنر مجموع انرژی پتانسیل گرانشی و انرژی جنبشی یک جسم را گویند ْْ: یا توانایی انجام کار E=K+U , U=mgh از شکل روبرو چه بر داشتی می نمایید ؟ جواب : بله درست است ! اگر از اثر نیروهای دیگر بر حرکت اسکیت سوار صرف نظر نماییم » می بینیم که همواره انرژی مکانیکی او ثابت است . یعنی در همه نقاط kE + PE =50000 j می باشد. اگر جرم جسم را 1 کیلو گرم و شتاب ثقل را 10 m/s2 در نظر بگیریم » آنگاه مطلوبست پارامتر های خواسته شده در شکل . PE=انرژی پتانسیل گرانشی KE = انرژی جنبشی نقطه (1) a=g.sin45=10.(Ö2/2)=5Ö2 PE=mgh®hA=45000 m KE=0 ® vB=0 نقطه (2) KE+PE =ثابت=450000 KE+200000=450000 Þ KEC=250000j PE=mgh ® hD=20000 m KE=(1/2)mv2 ®vE=707.106 m/s نقظه (3) h=0 ÞPEG=0 ÞKEF=450000 j VH=948.68 m/s توپی به جرم 25 گرم رابا سرعت اولیه 20 متر بر ثانیه به سمت بالا پرتاب می کنیم . اگر از مقاومت هوا چشم پوشی شود » مطلوبست : الف) انرژی جنبشی و پتانسیل توپ در لحظه پرتاب چقدر است ؟ ب) توپ تا چه ارتفاعی می تواند بالا برود ؟(g=10) m =25gr÷ 1000=0.025 kg انر ژی جنبشی و پتانسیل در لحظه پرتاب K1 = انر ژی جنبشی در نقطه 1 U1= انرژی پتانسیل در نقطه 1 K2 = انر ژی جنبشی در نقطه 2 U2= انرژی پتانسیل در نقطه 2 K2 برابر صفر است زیرا توپ تا ارتفاعی می تواند بالا رود که سرعت دارد . وقتی که سرعت صفر شود توپ دیگر نمی تواند بالا رود. ب) انرژی جنبشی جسم در هنگام برخورد به زمین پاسخ: اگر یک وسیله برقی مثل اتو را در نظر بگیریم، هنگامی که روشن است سطح داغ آن موجب گرم شدن هوای اطراف خود می شود و به این ترتیب محیط را گرم می کند. س: فیزیک چیست؟
انرژی:
س: انرژی چگونه بدست می آید؟
انواع انرژی :
انرژی الکتریکی:
انرژی شیمیایی:
جدول 1-6 انرژی موجود در غذا هاkJ/gr سیب 2.4 نوشابه 1.5 پرتغال 2.1 حبوبات 5 پلو 4.6 نخود 3 کره 30.2 انگور 2.9 تخم مرغ 6.8 هویج 1.8 گوشت پخته 9.4 گوشت راسته 7 کرفس 0.6 بستنی 9.3 سیب زمینی 3.9 پنیر تازه 4.5 چربی 39.1 شکر 16.8 مرغ 6.7 شیر 2.7 گوجه 0.9 شکلات 22.2 شیر کم چربی 1.8 تن ماهی 8.3 جدول 1-6 انرژی موجود در مواد سوختنی زغال 33.6 نفت 47.9 گاز طبیعی 54.6 چوب 16.8 مثال :
مسئله :
آهنگ مصرف انرژی
آهنگ مصرف انرژی برای فعالیتهای زیر (واحد بر حسب کیلوژول بردقیقه) آهنگ مصرف نوع فعالیت آهنگ مصرف نوع فعالیت 7.1 نشستن در حالت استراحت 5 خواب 12.6 نشستن در کلاس 7.6 ایستادن در حالت معمولی 42 دوچرخه سواری با سرعت21 Km/h 16 به آرامی راه رفتن 26.5 تنیس 111.3 دوچرخه سواری مسابقه 41.2 بالا رفتن از پله 28.6 شنا 47.9 بسکتبال سوال :
مسئله:
مسئله:
فعالیت 2: وعده غذایی مواد غذایی مصرفی مقدار مصرف بر حسب g مقدار انرژی مصرفی صبحانه پنیر تازه
شکر
نان لواش
شیر50
20
400
2504.5*50
16.8*20
11.3*400
2.7*250نهار حبوبات و غله
گوشت پخته
چربی
پلو200
150
50
400200*5
150*9.4
50*39.1
400*4.6شام تخم مرغ
نان لواش
سیب زمینی
گوجه فرنگی100
200
150
100100*6.8
200*11.3
150*3.9
100*0.9جمع کل تمرین 1 :
الف )در ده دقیقه دوچرخه سواری با سرعت 21 ، چه مقدار انرژی مصرف می شود؟ب)اگر بازده بدن شخصی 15 درصد باشد ، با خوردن چه مقدار شیر این مقدار انرژی برای او فراهم می شود؟
جواب: الف) از جدول( 2-1) کتاب درسی معلوم می شود آهنگ مصرف انرژی برای سرعت 21 برابر 42Kjبرای یک دقیقه است. لذا برای ده دقیقه نتیجه می شود:
63/2.7=23.3 grانرژی جنبشی :
نکته: انرژی جنبشی k با مجذور سرعت v رابطه مستقیم دارد ، یعنی اگر سرعت جسمی 4 برابر شود ، انرژی جنبشی آن 16 برابر می شود.
نکته: هرچه سرعت جسم بیشتر با شد انرژی جنبشی آن بیشتر خواهد بود .
نکته : واحدهای سرعت : متر بر ثانیه m/s کیلو متر بر ساعت Km/h مثال :
g گرم مثال :
مسئله :
مسئله 2 :
مثال 1:
جواب k=1/2mv2مثال 2:
مثال 3:جسمی به جرم 500gr دارای 2500jانرژی جنبشی است سرعت جسم را بر حسب تعیین کنید:
مثال :
تمرین2
گلوله ای بجرم 100 گرم و انرژی جنبشی 20 ژول با سرعت ثابت در حال حرکت است . سرعت این گلوله چقدر است ؟انرژی درونی:
انرژی ذرات تشکیل دهنده جسم را می گویند .
س: اثر مالش (یا اصطکاک) بر پایستگی انرژی یک جسم چگونه است؟
پاسخ دهید1: تمرین 3: مثال: در اثر مالش دو دست به یکدیگر انرژی جنبشی به انرژی درونی تبدیل می شود.
پاسخ دهید 2:
الف : افزایش انرژی درونی جسم بصورت گرمتر شدن آن ظاهر می شود.
ب: افزایش انرژی درونی جسم بصورت گرمتر شدن آن ظاهر نمی شود.
جواب : ب ) جمع شدن فنر - رشد گیاهان - خوردن غذا و قوی تر شدن و .....قانون پایستگی انرژی
مثال :
1. انرژی نورانی
2. انرژی گرمایی
س: چند مثال برای قانون پایستگی انرژی بیان کنید؟
تمرین 4
در مثال 3 کتاب (یا مثال 1فوق) ، اگر در اثر ضربه، 5 ژول انرژی به توپ منتقل شود و جرم توپ 0.5 کیلوگرم باشد ، سرعت آن چقدر می شود ؟فعالیت 3: با بحث در گروه خود قانون پایستگی انرژی را در مورد راه رفتن انسان بکار برید و نتیجه را به کلاس درس ارایه دهید. انواع انرژی پتانسیل:
انرژی پتانسیل گرانشی(U) : هرگاه جسمی به جرم M در ارتفاع h از یک سطح قرار بگیرد می گوییم ، در جسم انرژی پتانسیل گرانشی ذخیره شده است .یعنی این
مسئله :
نکته: هرگاه جسمی از یک ارتفاعی بسمت پایین حرکت کند ، انرژی پتانسیل گرانشی آن رفته رفته کاهش می یابد .پس از رسیدن به زمین ، انرژی گرانشی آن صفر می شود.
مسئله :
مسئله :انرژی پتانسیل گرانشی جسمی به جرم 30 گرم که در ارتفاع 12 متری از سطح زمین قرار دارد چند ژول می باشد .(g=10)
پاسخ دهید 3: تمرین 5 : آزمایش کنید 1 انرژی پتانسیل کشسانی:
نکته: اگر نیرو های اصطکاک و مقاومت هوا و نیروها ی مقاوم دیگر ، صرف نظر شود ، آنگاه انرژی مکانیکی جسم در یک نقطه با انرژی مکانیکی جسم در نقطه دیگر برابر است
پاسخ دهید 4 پاسخ دهید 5 انرژی مکانیکی :
مسئله :
مسئله :
مسئله
گلوله ای به جرم 4 کیلوگرم را با سرعت اولیه 10 متر بر ثانیه از یک ارتفا ع 40 متری به سمت پایین پرتاب می شود . انر ژی جنبشی گلوله هنگام برخورد به زمین چقدر است ؟از مقاومت هوا صرف نظر شود .( g=10)
جسمی به جرم 2 کیلوگرم را از ارتفاع 100 متری زمین بدون سرعت اولیه رها میکنیم . اگر 5/1 انرژی جسم صرف غلبه بر اصطکاک شود » مطلوبست :
مسئله :
الف )سرعت برخورد گلوله با زمین اگر 5/1 انرژی جسم صرف غلبه براصطحکاک شود 5/4انرژی دیگر پتانسیل است حل قسمت دوم : مسئله:
یک جسم به جرم 0.1 کیلوگرم با سرعت اولیه 40 متر بر ثانیه در راستای قائم بطرف بالا پرتاب می شود . انرژی پتا نسیل گلوله در نقطه اوج چقدر است ؟( از مقاومت هوا صرف نظر شود ).
نکته:
نقطه اوج جایی است که ارتفاع جسم به حد اکثر رسیده و سرعت جسم (V2 ) به صفر می رسد .
مسئله :
گلوله ای از ارتفاع 31.25 متری سطح زمین رها می شود . سرعت برخورد جسم با زمین چقدر است ؟ از مقاومت هوا صرف نظر شود .(g=10 m/s2)
تذکر : هنگامی که جسم رها می شود » سرعت اولیه آن صفر است.v1=0
منابع انرژی
س: منابع عمده انرژی مورد استفاده بشر کدامند؟
ج: عبارتند از: انرژی سوخت های فسیلی( گاز، نفت، گازوئیل و زغال سنگ) و انرژی الکتریکی که توسط نیروگاههای آبی، حرارتی، هسته ای و بادی تولید می شود.
س: دلایل صرفه جویی و استفاده بهینه از منابع انرژی کدامند؟
ج: 1- منابع انرژی و به خصوص منابع انرژی های فسیلی چون نفت و گاز محدود هستند و استفاده بی رویه از آنها این منابع را به سرعت به اتمام می رساند و احیای این منابع هرگز ممکن نیست.
2- مصرف بی رویه منابع انرژی به خصوص سوختهای فسیلی با تولید ضایعات و گازهای نامطلوب محیط را به سرعت آلوده می کنند و این آلودگی حیات گیاهان و جانوران و انسان را به خطر می اندازد و در انسان باعث تشدید بیماری های قلبی و عروقی می شود.
3- مصرف تمامی اشکال انرژی در نهایت موجب گرمتر شدن محیط می شود. این گرما قابل بازیافت و استفاده مجدد نیست. در نتیجه منابع انرژی قابل استفاده به تدریج به صورت انرژی غیر قابل دسترس تبدیل می شوند. برای صرفه جویی در مصرف انرژی و استفاده بهینه از آن می توان برای رفت و آمد از خودروهای عمومی مثل اتوبوس و مترو و قطار استفاده کرد، یا برای صرفه جویی در انرژی مورد نیاز برای گرمایش خانه ها در زمستان، می توان آنها را به صورت بهتری عایقبندی کرد. یا در بکار گیری و استفاده از وسایل و ابزارهای الکتریکی چون لامپ های روشنایی، سماور برقی، اتو و غیره از مصرف بیهوده خودداری کنیم.
Eتذکر: در کلیه تبدیلات انرژی که در نهایت یک یا چند انرژی به نوعی از انرژی پتانسیل تبدیل می شود، بخش زیادی از انرژی اولیه قابل بازیافت و استفاده مجدد می باشد. چند نمونه از اینگونه تبدیلات عبارتند از:
1- هنگامی که جسمی به ارتفاعی از سطح زمین برده می شود، انرژی مصرف شده برای این انتقال در جسم به صورت انرژی پتانسیل گرانشی ذخیره می شود. هنگام سقوط این انرژی دوباره به صورت انرژی جنبشی بازیافت می شود.
2- مشابه نمونه قبل، انرژی مصرف شده برای انباشت آب در پشت یک سد در آب فوق به صورت انرژی پتانسیل گرانشی ذخیره می شود. هنگام خروج آب از دریچه های زیر سد، این انرژی به انرژی جنبشی تبدیل می شود. و توربین های تولید برق به چرخش در می آیند.
3- مقدار زیادی از انرژی الکتریکی که برای شارژ یک باتری مصرف می شود در آن به صورت انرژی پتانسیل شیمیایی ذخیره شده و قابل بازیافت و استفاده مجدد می باشد.
4- انرژی نورانی خورشید که به گیاهان می تابد در مواد غذایی و اندام آنها به صورت انرژی پتانسیل شیمیایی ذخیره شده و هنگام مصرف دوباره بازیافت می شود.
5- هنگامی که فنری را می کشید یا فشرده می کنید، مقدار زیادی از انرژی مصرفی برای اینکار در آب به صورت انرژی پتانسیل کشسانی ذخیره می شود. زمان برگشتن فنر به حالت عادی این انرژی قابل بازیافت مجدد است.
فعالیت 5 : چند وسیله برقی خاصرا در نظر بگیرید و توضیح دهید که انرژی الکتریکی که به آن ها داده می شود، چگونه در نهایت به گرمتر شدن محیط می انجامد.