الدرس الاول ... قوانين بقاء الطاقه

قــــــوانيــن البقـــاء
 الشغل :
- هو حاصل الضرب القياسي لمتجه القوة فى متجه الإزاحة .
إذا حرك شخص ما جسم من نقطة لأخرى فإنه يبذل شغل يقدر من العلاقة :
الشغل = القوة . الإزاحة W = F d
الشروط اللازم توافرها لبذل شغل :
1- وجود قوة : يتضاعف الشغل بتضاعف القوى
2- وجود إزاحة فى نفس خط عمل القوة : يتضاعف الشغل بتضاعف الإزاحة
استنتاج وحدة قياس الشغل :
جول = نيوتن 0 متر N.m = Kgm2/s2 =j
تعريف الجول :
- هو الشغل الذى تبذله قوة مقدارها واحد نيوتن لتحريك جسم مسافة مقدارها واحد متر فى خط عمل القوة
علل : الشغل كمية قياسية
القوة كمية متجهة والإزاحة كمية متجهة .
حاصل الضرب القياسي لكميتين متجهتين ينتج كمية قياسية
بذلك يكون الشغل كمية قياسية
علل : عندما يدفع شخص سيارة معطلة دون أن يحركها فإنه لا يبذل شغل
W=F 0d
السيارة لا تتحرك المسافة = صفر  الشغل = صفر
حساب الشغل عند ما يكون اتجاه القوة يميل بزاوية  على اتجاه الإزاحة :
عندما يجر شخص ثقل بواسطة حبل بقوة وكان
الحبل مائل على اتجاه حركة الجسم بزاوية 
-لحساب الشغل المبذول نتبع الآتي :نحلل القوة إلى
مركبتين هما :
أ - قوة موازية لاتجاه الحركة وهى تبذل شغل
F d cos  =
-قوة عمودية على اتجاه الحركة وهى لا تبذل شغل
F d sin=
العوامل التى يتوقف عليها الشغل :-
1-القوة 2-الإزاحة
3- الزاوية بين القوة والإزاحة
حساب الشغل عند ما يتحرك جسم مسافة أفقية :
1- عندما يتحرك الجسم فى اتجاه القوة :
 =0, cos =cos0= 1
W= F .d .cos
W=F.d×1= F d
مثل : 1- شخص يدفع حجر أمامه .
2- شخص يحمل ثقل ويصعد به لأعلى .
3- شخص يرفع دلو مملوء بالماء من بئر .
2- عندما يتحرك الجسم فى اتجاه  القوة :
عندما يتحرك الجسم فى اتجاه  القوة تكون  = 90
W= F.d.cos
cos =cos90= 0
W=F.d×0= 0

مثل :
1- فرد يحمل ثقل ويسير به مسافة أفقية
2- عندما يتحرك جسم في مسار دائري
علل : يكون الشغل أكبر ما يمكن عندما يتحرك جسم فى اتجاه القوة
علل :عندما يدفع شخص حجر أمامه فإنه يبذل شغل
W= Fdcos
نظراً لأن حركة الشخص بهذا الوضع تجعل  = صفر
cos =cos0= 1
W=Fd×1= F d
- بذلك يبذل الفرد شغل وذلك لأن اتجاه الحركة فى اتجاه القوة .
علل : عندما تكون  = 60 يقل قيمة الشغل إلى النصف .
W= Fdcos =Fd cos60
(cos60=0.5)
W=Fd×0.5=0.5 Fd
علل : عندما يحمل شخص ثقل ويصعد به لأعلى يبذل شغل .
علل : عندما يرفع شخص دلو من بئر به ماء يبذل شغل .
نظراً لأن اتجاه الحركة يكون فى نفس خط عمل القوة المؤثرة على الثقل أو الدلو وهى وزنه
W= Fdcos
نظراً لأن حركة الشخص بهذا الوضع تجعل  = صفر
cos =cos0= 1
W=Fd×1= F d
علل : عندما يحمل فرد دلو ويسير به مسافة أفقيا فإنه لا يبذل شغل .
لأن اتجاه الحركة يكون  اتجاه القوة المؤثرة على الثقل وهى قوة جذب الأرض له (وزنه)
=90 o , cos =cos90= 0
W= Fdcos =Fd×0= 0
علل : القوة الجاذبة المركزية المؤثرة على جسم يتحرك فى مسار دائرى لا تبذل شغل
- نظراً لأن اتجاه القوة الجاذبة المركزية يكون اتجاهها دائما نحو المركز ، فإنها تكون  اتجاه حركة الجسم وهو الخط المستقيم المماس للنقطة التي يمر بها الجسم فتكون الزاوية بين القوة و الإزاحة
=90 cos90=0
W= F. d.cos
cos =cos90= 0
W=F.d×0= 0
ملاحظــــات
1-الشروط الواجب توافرها لبذل شغل وجود :
أ - قوة مؤثرة ب- إحداث إزاحة فى نفس اتجاه خط عمل القوة
2-عندما يكون اتجاه القوة يميل بزاوية على الأفقي فإن
W= Fd cos
يكون الشغل موجب عندما يكون القوة فى نفس اتجاه الإزاحة
يكون الشغل سالب عندما يكون القوة فى اتجاه معاكس لاتجاه الإزاحة
س: بين نوع الشغل عند رفع جسم لأعلى :
1- شغل موجب وهو القوة المؤثرة على الجسم فى نفس اتجاه الإزاحة .
2- شغل سالب وهو وزن الجسم لأسفل فى عكس اتجاه الإزاحة .
مسائل على الشغل
1-جسم كتلته 16 كجم أثرت علية قوة فغيرت سرعته من 20 م/ث إلى 30 م/ث بعد أن قطع مسافة 25 متر أوجد مقدار القوة
Vt2 =Vo2 +a X
900 = 400 + 2× 25 a
500=50 a a= 10 m/S2
F=ma 16×10 =160 N
======================================================
2-سيارة كتلتها 2000 طن تتحرك بسرعة 20 m/s أبطأت من سرعتها لتصل إلى السكون على أرض مستوية قدرها 100 m احسب قوة الاحتكاك التي تسبب توقف السيارة
Vt2=Vo2 + 2 a X =
0=400 +2 ×100a
-400= 200a
a= -400 /200 =-2m/s2
F= m a= -2 × 2000 = -4000 N
======================================================
3-رجل يحمل فى إحدى يديه ثقل وزنه 50 نيوتن ويدفع أمامه حقيبة وزنها 70 نيوتن ، احسب الشغل الكلى عندما :
أ - يتحرك الرجل مسافة أفقية 100 م
ب- يحمل الرجل الحقيبة والنقل ويصعد بهم مسافة رأسية لأعلى 50 متر
1- عندما يسير الرجل مسافة أفقية 100م فإنة لا يبذل شغل على الثقل الذي يحمله وذلك لأن اتجاه الحركة  اتجاه القوة  = 90
W= F.d .cos = F× 100 ×0=0
2- يبذل شغل على الحقيبة :
(=0) cos=cos0=1
W= F.d .cos =100 ×70 ×1= 7000 j
3-عندما يصعد الرجل مسافة رأسية لأعلى فإنه يبذل شغل على الحقيقة والثقل لأن  = صفر ويكون اتجاه الحركة فى نفس اتجاه القوة المؤثرة على كل منهم
(=90) cos=cos 0 =1
W= F.d .cos =120 ×50 ×1= 6000 j
 الشغل الكلى = 6000 + 7000 = 13000 جول
======================================================
4-جسم كتلته 10 كجم وضع بالقرب من سطح الأرض ما هى القوة المؤثرة علية إذا كانت شدة مجال الجاذبية للأرض= 8و9 نيوتن /كجم
F=m .g =10 x 10 = 98 N
5-احسب الشغل الذي يبذلة عامل بناء يرفع كمية من الأسمنت كتلتها 50 كجم من الطابق الأول إلى الطابق الرابع على ارتفاع 10 أمتار علما بأن شدة مجال الجاذبية 8,9 م/ث2
W= F . d cos θ=50 × 9.8 ×10 = 4900 J
======================================================
6-احسب الشغل الذي يبذلة موتور فى وحدة الزمن لرفع جسم كتلته 480 كجم بسرعة ثابتة قدرها 2م/ث علما بأن شدة مجال الجاذبية 8,9 م/ث2
X=V × t = 2× 1= 2m
W= m a X = 480×9.8 ×2= 9408 J
======================================================
6- انزلقت مركبة جليد مسافة 8 متر فوق المستوى الأرضي فإذا كان الشد فى الحبل = 75 نيوتن وكان إتجاة الشد فى الحبل يميل بزاوية 28 درجة على إتجاة الأفقي أحسب الشغل المبذول
W= F ×X cos θ=75 ×8 × cos 28 =75×8×0.8830 = 529 .8 J
======================================================
7-أثرت قوة أفقية قدرها 5 نيوتن على صندوق كتلته 10 كجم فاكسبتة سرعة قدرها 2م /ث احسب الشغل المبذول بهذه القوة لفترة زمنية قدرها واحد دقيقة
X=V × t = 2×60= 120 m
W= F×X=120 × 5=600 J
======================================================
8-احسب الشغل الذى تبذلة مضخة تقوم بتفريغ 2 متر 3 من الزيت إلى خزان يرتفع 15 متر عن الإناء المحتوى على الزيت علما بان كثافة الزيت = 941 كجم / م3
m = الكثافة × الحجم = 2 × 941 = 1882 kg
W= m. g .d = 1882 × 9.8× 15=276654 J
======================================================
9-يقوم عامل بتهذيب ملعب كرة قدم باستخدام عربة قص الحشائش ويؤثر على يد العربة بقوة تساوى 100 نيوتن احسب الشغل المطلوب فى تهذيب شريط مستقيم من الملعب طولة 120 مترا فى الحالات الآتية
1- عندما تميل يد العربة على الافقى بزاوية 60 درجة
W=F. d .cos θ , θ=60o cos 60 = 0.5
W=100 ×120 ×0.5= 6000 J
2-إذا كانت القوة عمودية على الإزاحة
W=F. d .cos θ , θ=90o cos 90 = 0
W=100 ×120 ×0= 0 J
إذا كانت القوة والإزاحة فى نفس الإتجاة
W=F. d . cos θ , θ=0o cos 0 = 1
W=100 ×120 ×1= 12000 J
10-أثرت قوة مقدارها 10 نيوتن على جسم فحركتة مسافة 25 متر أوجد الشغل التى تبذلة القوة فى الحالات الآتية
1- عندما تميل يد العربة على الافقى بزاوية 60 درجة
W=F. d. cos θ , θ=60o cos 60 = 0.5
W=10 x25×0.5= 125J
2-إذا كانت القوة عمودية على الإزاحة
W=F .d . cos θ , θ=90o cos 90 = 0
W=10 ×25 ×0= 0 J
إذا كانت القوة والإزاحة فى نفس الإتجاة
W=F. d .cos θ , θ=0o cos 0 = 1
W=10 x25 ×1= 250 J
======================================================
11-أثرت قوة أفقية قدرها 10 N على جسم كتلته 20 kg ، فأكسبته سرعة قدرها 4 m/s . فاحسب الشغل المبذول بفعل هذه القوة لفترة زمنية قدرها 50 S
d = V. t=4x50=200m
W=F d= 10 x200 =2000 J

» الدرس الاول ... التغير الكميائى و المول و قانون بقاء الطاقه و الماده
» الدرس الاول ... قوانين بقاء كمية التحرك الخطية
» الدرس الثالث ... قانون بقاء الطاقه
» الدرس الاول ... الطاقه الكيميائيه
» الدرس الاول ... الطاقه الحراريه