انرژی پنانسیل گرانشی - آموزش تصویری - زبان ساده
موارد زیر مکمل هم هستند. برای یادگیری پایدار، از همه آنها استفاده کنید:
1- متن را بخوانید
2- در آزمون شرکت کنید
توضیح بیشتر: دکمه راهنما در نوار بالایی را کلیک کنید .
محاسبه آنلاین انرژی پتانسیل گرانشی، جرم، شتاب گرانشی، ارتفاع
سلامابزار زیر فوق العاده و بی نظیر است. چون بهترین شیوه یادگیری حل مسئله را ارائه می کند. در هیچ جای دیگری چنین ابزار فوق العاده ای را نمی توانید پیدا کنید. برای طراحی آن وقت زیادی صرف کردیم و کاملا رایگان در اختیار عموم قرار دادیم. لطفا از آن استفاده کنید. اعداد مختلف را وارد کنید و آنها را تغییر دهید. به این ترتیب شما می توانید بی نهایت سوال با پاسخ تشریحی ایجاد کنید. از همه مهمتر، حتی می توانید مسائل درون یا آخر فصل و نیز مثال های کتاب درسی را با آن حل کنید.
معلمان محترم می توانند برای طراحی سوال و یا بررسی درستی سوال خود، از این ابزار ارزشمند استفاده کنند( پس از آنکه نرم افزار سوال را تولید کرد می توانید ظاهر و ادبیات سوال را به دلخواه خود تغییر دهید). با احترام: ژرفنما
روش استفاده:
در قسمت پایین، چهار ورودی اعداد وجود دارد. در سه ورودی، عدد دلخواه خود را وارد کنید. سپس روی دکمه محاسبه کلیک کنید. تا حل تشریحی آن، ارائه می شود.
توضیح بیشتر
- فرض کنید سه ورودی برای عدد داریم اگر در ورودی اول و دوم، عدد وارد کنید کمیت سوم حساب می شود. اما اگر در ورودی دوم و سوم، عدد وارد کنید کمیت اول حساب می شود و ...
-
برای وارد کردن اعداد توان دار، ما از ساده ترین روش ( یعنی e-notation )استفاده کردیم. برای این کار، از حرف e استفاده کنید. مثلا 105 × 3 را به صورت 3e5 وارد کنید
همچنین 5-10 × 3 را به صورت 3e-5 وارد کنید
عدد 19-10 × 1/6 را به صورت 1.6e-19 وارد کنید
عددی مانند 105 را به صورت 1e5 وارد کنید.(یعنی به صورت e5 وارد نکنید).
دقت کنید هنگام وارد کردن e صفحه کلید شما انگلیسی باشد وگرنه وارد نمی شود. - برای وارد کردن اعداد اعشاری، مثلا 6/5 به جای علامت اعشار / از علامت نقطه . استفاده کنید
1 - انرژی پتانسیل
انرژی پتانسیل: در درس های قبل توضیح دادیم که انرژی پتانسیل انرژی ذخیره شده است که می تواند بعدا کار انجام دهد. آنجا گفتیم کلا دو نوع انرژی داریم یا جنبشی است یا پتانسیل. گفتیم انرژی جنبشی فعلا کار انجام می دهد و انرژی پتانسیل بعدا می تواند کار انجام دهد.
انرژی پتانسیل گرانشی: انرژی ذخیره شده است که جسم به علت ارتفاع خود از سطح زمین دارد. این انرژی فعلا کار انجام نمی دهد اما توانایی انجام کار را دارد. مثلا چکشی که در ارتفاعی قرار دارد فعلا کار انجام نمی دهد. اما وقتی که به سمت پایین می آید می تواند کار انجام دهد. مثلا میخی را داخل تخته فرو کند. اگر دقت کنید متوجه می شوید که انرژی پتانسیل وقتی کار انجام می دهد که به انرژی جنبشی تبدیل شود.
انرژی پتانسیل از رابطه U = mgh به دست می آید.
- m = جرم جسم( برحسب کیلوگرم).
- g = شتاب گرانشی ( معمولا 10 فرض می شود).
- h = ارتفاع جسم( برحسب متر).
- U = انرژی پتانسیل گرانشی( بر حسب ژول).
انرژی پتانسیل گرانشی معمولا نسبت به سطح زمین بیان می شود.
دو گلوله با مشخصات زیر را در نظر بگیرید. کدام یک انرژی پتانسیل بیشتری دارد( نسبت به سطح زمین ).
الف) گلوله 1 : با جرم 800 گرم در ارتفاع 3 متری .
ب) گلوله 2: با جرم 20 کیلوگرم در ارتفاع 12 سانتیمتری .
مشاهده می کنید با وجود آنکه مشخصات دو جسم با هم فرق دارد اما انرژی پتانسیل گرانشی یکسانی دارند.
2 - رابطه کار نیروی وزن و انرژی پتانسیل گرانشی
رابطه مهمی بین کار نیروی وزن و انرژی پتانسیل گرانشی وجود دارد در واقع این دو قرینه هم هستند. بنابراین مجموع آنها صفر است.
W = -ΔU یا ΔU + W = 0
در این رابطه ΔU تغییرات انرژی پتانسیل گرانشی، و W کار نیروی وزن است
اگر ارتفاع جسم بیشتر شود کار نیروی وزن منفی است. و اگر کمتر شود مثبت است. منظور از Δh تغییرات ارتفاع است.
( برای آنکه علامت ها به خاطر بماند دقت کنید که جهت نیروی وزن رو به پایین است).
مطابق شکل روبرو، گلوله ای را از نقطه 1 پرتاب می کنیم. در لحظه ای که گلوله به نقطه 2 می رسد کار نیروی وزن، در این مسیر چقدر است؟چون ارتفاع گلوله کم شده است پس علامت کار نیروی وزن مثبت است. از طرف دیگر چون ارتفاع جسم به اندازه d کاهش یافته است بنابراین کار نیروی وزن برابر mgd+ است. در واقع Δh = d است.
جسمی با جرم 4 کیلوگرم، در ارتفاع 2 متری قرار دارد. آن را در ارتفاع 5 متری قرار می دهیم. مقادیر زیر را حساب کنید:- کار نیروی وزن.
- کار نیروی برآیند( کار کل).
- کار نیروی بالابر
- در قسمت اول تغییرات ارتفاع برابر 3 متر است.( زیرا 2 -5 = 3 ) . چون ارتفاع جسم افزایش یافته، کار نیروی وزن منفی است.
- از قضیه کار و انرژی جنبشی درس قبل استفاده کردیم. در واقع جسم در ابتدا ساکن بود و در انتها نیز ساکن می شود. یعنی انرژی جنبشی اولیه و ثانویه هردو صفر هستند. بنابراین تغییرات انرژی جنبشی نیز صفر است.
- دو نیرو بر جسم اثر می کنند. پس کار کل، برابر مجموع کار این دو نیرو است.
قطعه سنگی با جرم 5 کیلوگرم از یک صخره جدا می شود.
الف) انرژی پتانسیل گرانشی و تغییرات آن، زمانی که از ارتفاع 150 متری به ارتفاع 50 متری سطح زمین می رسد چند ژول است؟
ب) کار نیروی وزن در این مدت چند ژول است؟
پ) چه رابطه ای بین دو قسمت قبل وجود دارد؟
الف) انرژی پتانسیل گرانشی را در دو ارتفاع داده شده حساب کردیم. سپس از هم کم می نماییم تا مقدار تغییرات به دست آید.
ب) جرم سنگ برابر 5 کیلوگرم است. پس نیروی وزن برابر 50 نیوتون است. وقتی سنگ از ارتفاع 150 متری به ارتفاع 50 متری می رسد؛ ارتفاع آن 100 متر کاهش دارد. همچنین چون جابجایی و نیروی وزن هم جهت هستند پس زاویه بین آنها صفر است و کسینوس نیز برابر 1 می شود
پ) وقتی پاسخ های دو قسمت قبل را باهم مقایسه می کنیم؛ می بینیم قرینه هم هستند. به عبارت دیگر مجموع آنها صفر است.
بخش نظرات