کار در فیزیک - 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 کار ، نیرو، جابجایی، ، زاویه
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 - مفهوم کار در فیزیک
هرگاه نیرویی بر جسمی وارد شود طوری که نیرو در جابجایی جسم موثر باشد آن نیرو کار انجام می دهد. به تعریف دقت کنید. زمانی کار انجام می شود که:
- به جسم نیرو وارد شود.
- جسم جابجا شود.
- نیرو در جابجایی جسم موثر باشد.
نیاز است قسمت سوم را بیشتر توضیح دهیم. آیا ممکن است بر جسمی نیرو وارد شود و جسم جابجا شود اما کار انجام نشود. بله فرض کنید چند نیرو بر جسمی وارد می شود و آن نیروها کار انجام دهند اما یکی از نیرو ها تاثیر در جابجایی نداشته باشد. مثلا عمود بر مسیر جابجایی باشد در این صورت این نیرو کار انجام نمی دهد. این موضوع را در مثال های بعدی، کامل توضیح دادیم.
بنابراین تصوری که در جامعه وجود دارد ممکن است با تعریف علمی کار تفاوت داشته باشد.
توجه: یکای کار همان یکای انرژی است و هر دو بر حسب ژول بیان می شوند.
در کدام یک از حالت های زیر کار انجام می شود؟
الف) کودکی اسباب بازی خود را هل می دهد.
ب) شخصی یک چکش را در دست خود نگه داشته است.
الف) کودک کار انجام می دهد. وقتی کودک اسباب بازی راهل می دهد با نیروی خود، سبب جابجایی آن می شود.
ب) شخص کار انجام نمی دهد. زیرا هر چند نیرو وارد می کند اما جسم حرکت نمی کند.
2 - فرمول کار در فیزیک
برای محاسبه کار انجام شده توسط یک نیرو، از رابطه روبرو استفاده می کنیم. در این رابطه:
- W یعنی کار( بر حسب ژول J).
- F یعنی نیرو( بر حسب نیوتن N).
- d یعنی جابجایی ( بر حسب متر m).
- θ یعنی زاویه بین نیرو و مسیر جابجایی ( بر حسب درجه یا رادیان).
توجه: در جدول روبرو مقادیر مثلثاتی مشخص شده اند. این مقادیر در بسیاری از مسائل نیاز می شوند. لازم است آنها را یاد بگیرید.
نکته ای که باید دقت کنید این است که تابع Cos برای زوایای کوچکتر از 90 درجه، مثبت است و از 90 درجه تا 180 درجه، منفی است.
توجه: سه حالت خاص وجود داد که مهم است:
- اگر نیرو و جابجایی هم جهت باشند 0 = θ پس 1= Cosθ در این حالت W=Fd (مانند نیروی F1 ).
- اگر نیرو و جابجایی برهم عمود باشند 90 = θ پس 0= Cosθ در این حالت W=0 (مانند نیروی F2 ).
- اگر نیرو و جابجایی خلاف جهت باشند 180 = θ پس 1- = Cosθ در این حالت W= - Fd (مانند نیروی F3 ).
یک جعبه روی سطح افقی ساکن است. چهار نیرو بر آن وارد می شود و جعبه را به اندازه 5 متر جابجا می کنند. کار هر نیرو را حساب کنید( تمام نیرو ها بر حسب نیوتن هستند).
چون جعبه روی سطح افقی حرکت می کند دو نیروی N و W بر مسیر حرکت عمود هستند. بنابراین کاری انجام نمی دهند. یعنی کار آنها صفر است.
چون نیروی F1 بزرگتر از F2 است جسم به سمت راست حرکت می کند. بنابراین کار نیروی F1 مثبت است و کار نیری F2 منفی است.
تذکر: اگر بخواهیم مستقیما کار کل را حساب کنیم باید برآیند نیروها را حساب کنیم. در واقع 5 = 10 - 15 = F1 - F2 . حال نیروی خالص 5 نیوتنی را در جابجایی یعنی 5 متر ضرب می کنیم که می شود 25 ژول.
در شکل روبرو شخصی با نیروی 300 نیوتون یک جعبه را جابجا می کند. اگر بار به اندازه 20 متر جابجا شود کار انجام شده توسط شخص، چند ژول است؟
دقت کنید نیروهای دیگری نیز بر جسم وارد می شود. اما فعلا نیروی شخص را در نظر می گیریم. تمام مقادیر را داشتیم و در فرمول جایگذاری کردیم. در مثال های بعدی نیروهای بیشتری را بررسی می کنیم.
شخصی یک کیف را از سطح زمین در راستای قائم بلند می کند. سپس به جلو می رود. بعد از آن کیف را روی زمین می گذارد، علامت کار انجام شده توسط شخص چگونه است؟
در هر سه قسمت مسیر، نیروی دست به سمت بالا است( در شکل نیروی دست را با رنگ آبی، و جابجایی را با رنگ قرمز نشان دادیم).
در قسمت اول که به اندازه d1 جابجا می شود نیرو و جابجایی هم جهت هستند بنابراین علامت کار دست مثبت است.
در قسمت دوم که به اندازه d2 جابجا می شود نیرو و جابجایی، بر هم عمود هستند بنابراین کار دست صفر است.
در قسمت سوم که به اندازه d3 جابجا می شود نیرو و جابجایی خلاف جهت هستند بنابراین علامت کار دست منفی است.
مطابق شکل روبرو، دو کارگر یک کمد را جابجا می کنند. یک کارگر با نیروی 200 نیوتن آن را می کشد و کارگر دیگر با نیروی 100 نیوتن آن را حل می دهد. فرض کنید نیروی اصطکاک برابر 50 نیوتن است. اگر کارگرها کمد را به اندازه 10 متر جابجا می کنند.
- کار تک تک نیروهای وارد بر کمد را حساب کنید.
- کل کار انجام شده توسط تمام نیروهای وارد بر کمد، چند ژول است؟
یکای کار، در محاسبات زیر، ژول است.- محاسبه کار نیروی 1: چون نیروی F1 در جهت جابجایی است بنابراین زاویه بین نیرو و جابجایی برابر صفر است (0)cos نیز برابر 1 است
- محاسبه کار نیروی 2: چون نیروی F2 با راستای قائم زاویه 30 درجه می سازد بنابراین با راستای جابجایی( که افقی است ) زاویه 60 درجه می سازد.
- برای محاسبه کار نیروی f: چون نیرو در خلاف جهت جابجایی است بنابراین زاویه بین نیرو و جابجایی برابر 180 درجه است (180)cos نیز برابر 1- است
- دو نیروی وزن( یعنی w ) و نیرویی که از طرف کف وارد می شوند( یعنی N ) عمود بر مسیر حرکت هستند و کار انجام شده توسط این دو نیرو صفر است.
برای محاسبه کار کل، باید تمام کار های قسمت قبل را با هم جمع کنیم که می شود. 1500 = (500-)+ 1000 + 1000
بخش نظرات