در دنیایی که ما زندگی میکنیم انرژی از اهمیت بالایی برخوردار است. در فیزیک هم یکی از مهمترین کمیت ها انرژی میباشد و واحد اندازه گیری آن ژول (J) است.
هر چیزی که حرکت کند، انرژی دارد. انرژی وابسته به حرکت یک جسم را انرژی حرکتی یا جنبشی مینامیم. توجه داشته باشیم که انرژی جنبشی، یک کمیت نرده ای و مثبت است و به جهت حرکت جسم بستگی ندارد.
نوع دیگری از انرژی، انرژی پتانسیل (ذخیره شده) است که بر خلاف انرژی جنبشی که به حرکت جسم وابسته است، ویژگی یک سامانه (دستگاه یا سیستم) است نه ویژگی یک جسم منفرد. به عبارت دیگر انرژی پتانسیل به مکان اجسام یک سامانه نسبت به یکدیگر بستگی دارد. انرژی پتانسیل انواع مختلفی دارد. در فیزیک سال دهم و این بخش از مدرسه رفلاین با انرژی پتانسیل گرانشی و انرژی پتانسیل کشسانی (جرم- فنر) آشنا خواهیم شد و در فیزیک یازدهم و بخش های دیگر مدرسه رفلان به انرژی پتانسیل الکتریکی میپردازیم.
سوال 1:
جسمی به جرم 0/5kg را از ارتفاع 300 متری زمین رها کرده و با سرعت 20m/s به زمین میرسد.
الف) کار نیروی وزن را محاسبه کنید.
ب) کار نیروی مقاومت هوا چند زول است؟
ج) کار برآیند نیروها را بدست آورید.
یک روش مناسب برای درک بهتر مسائل فیزیک این است که قبل از هر کاری یک شکل ساده بکشیم و اطلاعات و شرایط سوال را روی شکل پیاده کنیم:
محاسبه کار نیروی وزن:
جسم در حال پایین آمدن است پس:
محاسبه کار نیروی مقاومت هوا:
همانطور که در کادر بالا میبینید، یکی از روش های محاسبه کار نیروهای مقاوم (اصطکاک- مقاومت هوا) این است که تغییرات انرژی مکانیکی را بدست آوریم:
با توجه به اطلاعاتی که روی شکل نوشتیم، هنگامی که توپ به زمین میرسد (نقطه 2) انرژی پتانسیل آن صفر است. همچنین در نقطه شروع که رها شده است، به دلیل صفر بودن سرعت اولیه، انرژی جنبشی آن نیز برابر با صفر است:
محاسبه کار نیروی برآیند:
یک روش خوب برای محاسبه کار نیروی برآیند، استفاده از قضیه کار و انرژی جنبشی است:
همانطور که در قسمت قبل گفتیم، انرژی جنبشی توپ در شروع حرکت برابر با صفر است پس:
