عنوان فصل سوم فیزیک دهم کار ، انرژی و توان هست ، برای اینکه درک بهتری نسبت به این فصل داشته باشیم تک تک این مفاهیم رو بررسی می کنیم.
کار در فیزیک تعریف خاص خودش رو داره و فرمول اون طبق رابطه ی زیر هست ، در این فرمول پارامتر F معرف نیرو ، پارامتر d معرف جابجایی و پارامتر θ ، زاویه میان F و d هست.
W = F d Cos(θ)
هر جسم در حال حرکت دارای نوعی انرژی است که به آن انرژی جنبشی می گویند ، بصورت مثال هنگامی که یک جسم ساکن رو هل میدیم و جسم شروع به حرکت میکنه در حقیقت به خاطر سرعتی که پیدا کرده دارای انرژی جنبشی شده است. فرمول انرژی جنبشی به صورت زیر است. ( برای مشاهده درسنامه رایگان انرژی جنبشی به پایین همین صفحه مراجعه کنید )
فرمول انرژی جنبشی :
k = 1/2 m v۲
مثال : توپی با تندی 4m/s در حال حرکت است اگر جرم این توپ 2kg باشد در این صورت انرژی جنبشی این توپ چقدر است؟
پاسخ :
k = 1/2 m v۲= 1/۲ × ۲ × ۴۲ = 16 j
طیق قضیه کار و انرژی در فیزیک دهم ، کار برایند همه نیروها ( یعنی کار کل انجام شده ) برابر تفاضل انرژی جنبشی در ابتدا و انتهای مسیر حرکت خواهد بود. کار کل رو معمولا با wt نمایش می دهند و فرمول اون به صورت زیر است.
فرمول قضیه کار و انرژی :
Wt = K۲ – K۱=۱/2m(v۲۲-v۱۲)
هر جسمی که در راستای قائم و از سطح زمین فاصله بگیره دارای نوعی انرژی میشه که به اون انرژی پتانسیل میگویند و با رابطه U = mgh نمایش می دهند و اما کار نیروی وزن با منفی تغییرات انرژی پتانسیل تعریف می شود.
کار نیروی وزن :
W وزن = – (U2 – U1) = – ΔU
هنگامی که یک جسم از نقطه ۱ به نقطه ۲ برود و در طول مسیر اتلاف انرژی نداشته باشیم ، در این حالت می گویند که انرژی جسم پایسته است.
E2 = E1 => K۲ + U۲ = K۱ + U۱ => 1/2mv۲۲ + mgh۲ = ۱/2mv۱۲ + mgh۱
به آهنگ مصرف انرژی یک دستگاه توان می گویند. یعنی به یک بیان ساده ، تقسیم هر نوع انرژی بر زمان را توان گویند. بصورت مثال یک دستگاه بالابر جسمی را به سمت بالا می کشد و در این میان انرژی مصرف می شود ، به میزان انرژی مصرف شده تقسیم بر زمان بالا رفتن جسم توان می گویند. فرمول توان به صورت زیر است.
p = u / t = mgh / t
شخصی به جرم ۶۰ کیلوگرم در مدت زمان ۱۰۰ ثانیه از تعداد ۵۰ پله بالا می رود. اگر بدانیم ارتفاع هر پله ۳۰ سانتی متر است توان متوسط مفید او چند وات است؟
| پاسخ مساله : |
p = mgh / t = 60 × ۱۰ × ۵۰ ×.۳ / ۱۰۰ = 90 وات
هیچ دستگاه مکانیکی وجود نداره که همه انرژی گرفته شده رو به کار تبدیل کنه و همیشه بخشی از انرژی در این میان اتلاف می شود. بنابراین برای هر دستگاه مکانیکی یک بازده تعریف می کنند که فرمول اون به صورت زیر است.
Ra = Eمفید / Eکل