پایهٔ ۱۰ · فصل ۳
۹ مبحث منتخباین برگه، گزیدهای برای مرور سریع است: رابطه را همراه شرطش بخوان، سپس دام و نمونهٔ حل را بررسی کن.
علامت کار را از زاویهٔ نیرو و جابهجایی تعیین کن؛ کار وزن به ابتدا و انتهای مسیر وابسته است، اما کار اصطکاک جنبشیِ ثابت روی سطح ساکن به طول مسیر حساس است.
کار صفر لزوماً به معنی نبودن نیرو نیست.
مقدار انرژی پتانسیل به مبدأ وابسته است، اما تغییر آن معنا دارد.
توان، انرژی منتقلشده در واحد زمان است.
بازده نسبت انرژی یا توان مفید به ورودی است و از یک بیشتر نمیشود.
علامت منفی سرعت با مربع شدن از بین میرود؛ انرژی جنبشی جهت حرکت را نشان نمیدهد.
شرط کاربرد: حرکت انتقالی در محدودهٔ غیرنسبیتی درس؛ جرم بر حسب kg و تندی بر حسب m/s.
تصور نادرست: دو برابر شدن تندی، انرژی جنبشی را دو برابر میکند.
اصلاح علمی: برای جرم ثابت، دو برابر شدن تندی انرژی جنبشی را چهار برابر میکند؛ انرژی جنبشی نامنفی است و فقط در حالت سکون صفر میشود.
زاویه را نسبت به جابهجایی بگیر، نه الزاماً نسبت به افق.
شرط کاربرد: برای نیروی برداری ثابت، Δr جابهجایی کل و θ زاویهٔ نیرو با همین جابهجایی کل است؛ مسیر میتواند خمیده باشد. اگر خود نیرو در مسیر تغییر کند، رابطهٔ سادهٔ نیروی ثابت بهتنهایی کافی نیست.
تصور نادرست: هر نیروی وارد بر جسم متحرک کار غیرصفر انجام میدهد.
اصلاح علمی: اگر نیروی ثابت بر جابهجایی عمود باشد، کار همان نیرو صفر است؛ مانند کار وزن در حرکت افقی.
عبارت «کار نیرو» را بهجای «کار کل» قرار نده، مگر واقعاً نیروهای دیگر کار صفر داشته باشند.
شرط کاربرد: کار تمام نیروهای مؤثر را حساب کن؛ تغییر انرژی با مقدار نهایی انرژی فرق دارد.
تصور نادرست: کار مثبت یک نیرو حتماً تندی جسم را زیاد میکند.
اصلاح علمی: افزایش تندی به مثبت بودن کار کل وابسته است؛ نیروهای دیگر ممکن است کار منفی بزرگتری انجام دهند.
انرژی پتانسیل میتواند نسبت به مبدأ انتخابی منفی باشد؛ این موضوع با نامنفی بودن انرژی جنبشی فرق دارد.
شرط کاربرد: g ثابت فرض میشود و ارتفاع نسبت به تراز صفر مشخص است.
تصور نادرست: انرژی پتانسیل گرانشی در هر مبدأیی باید مثبت باشد.
اصلاح علمی: انرژی پتانسیل گرانشی به تراز صفر وابسته است و میتواند منفی باشد؛ اختلاف انرژی با جابهجایی تراز صفر تغییر نمیکند.
وجود انرژی ذخیرهشده الزاماً به معنی حرکت فعلی نیست؛ فنر فشردهٔ نگهداشتهشده میتواند ساکن باشد.
شرط کاربرد: در دهم، آشنایی مفهومی با انرژی کشسانی؛ رابطهٔ کمّی آن در فصل نوسان دوازدهم آمده است.
تصور نادرست: جسم ساکن نمیتواند هیچ نوع انرژی مکانیکی داشته باشد.
اصلاح علمی: جسم ساکن انرژی جنبشی ندارد، اما دستگاه میتواند انرژی پتانسیل گرانشی یا کشسانی داشته باشد.
در نقطهٔ بالایی مسیر، صفر بودن تندی را فقط اگر گفته یا استنتاج شده باشد فرض کن.
شرط کاربرد: کار نیروهای ناپایستار صفر یا ناچیز باشد؛ مرز دستگاه و انرژیهای مربوط روشن باشند.
تصور نادرست: پایستگی انرژی مکانیکی یعنی انرژی جنبشی همیشه ثابت است.
اصلاح علمی: مجموع جنبشی و پتانسیل ثابت است؛ هرکدام میتواند به دیگری تبدیل شود.
کاهش انرژی مکانیکی را نابودی انرژی ننام؛ افزایش انرژی درونی را در حساب کل منظور کن.
شرط کاربرد: سطح ساکن در چارچوب حل، لغزش جسم، اصطکاک جنبشی ثابت و خلاف جابهجایی جسم؛ d مسافت جسم در همین چارچوب است. روی سطح متحرک، علامت کار را جدا از جهت حرکت نسبی تعیین کن.
تصور نادرست: اصطکاک انرژی را نابود میکند.
اصلاح علمی: اصطکاک میتواند انرژی مکانیکی را به انرژی درونی تبدیل کند؛ انرژی کل پایسته میماند.
زمان کمتر برای کار یکسان یعنی توان بیشتر، نه الزاماً انرژی بیشتر.
شرط کاربرد: برای P=Fv جهت نیرو و سرعت همجهت است؛ رابطهٔ عمومی شامل کسینوس زاویه است.
تصور نادرست: کیلوواتساعت یکای توان است.
اصلاح علمی: کیلوواتساعت حاصل توان در زمان و یکای انرژی است؛ وات یکای توان است.
بازده ۸۰ درصد یعنی ۰٫۸، نه ۸۰؛ توان ورودی از توان مفید بزرگتر یا برابر است.
شرط کاربرد: نسبت توانها برای شرایط و بازهٔ زمانی متناظر؛ بازده را در محاسبه به صورت اعشاری بگذار.
تصور نادرست: بازده ۸۰ درصد یعنی ۸۰ درصد انرژی از بین میرود.
اصلاح علمی: ۸۰ درصد ورودی به خروجی مفید میرسد و ۲۰ درصد به شکلهای دیگر منتقل میشود؛ انرژی نابود نمیشود.
با تغییر جهت حرکت و ثابت ماندن تندی، انرژی جنبشی چه میشود؟
فنر فشرده ساکن است. آیا چون تندی صفر است، انرژی ذخیرهشده نیز صفر است؟
بازده موتور ۷۰ درصد است. آیا ۳۰ درصد انرژی ورودی نابود میشود؟
پیشنیاز این فصل: بردار جابهجایی، نیرو و نسبتها
راهنمای شکل و نمودار: در نمودار انرژی، مبدأ پتانسیل و در نمودار نیرو ـ جابهجایی، علامت مساحت را مشخص کن.
کنترل نهایی پاسخ: ژول برای انرژی، وات برای توان، نامنفیبودن انرژی جنبشی و بازده بین صفر و یک را بررسی کن.
راه انتقال انرژی بهوسیلهٔ نیرویی که در راستای جابهجایی مؤلفه دارد.
انرژی وابسته به حرکت؛ به مجذور تندی وابسته است و منفی نمیشود.
انرژی وابسته به آرایش اجزای سامانه و مبدأ انتخابی.
آهنگ انجام کار یا انتقال انرژی؛ یکای آن وات است.
برداشت نادرست: هر نیرویی که وجود دارد حتماً کار انجام میدهد.
اصلاح: اگر جابهجایی صفر باشد یا نیرو بر جابهجایی عمود باشد، کار آن نیرو صفر است.
برداشت نادرست: انرژی پتانسیل منفی یعنی انرژی وجود ندارد.
اصلاح: مقدار پتانسیل به مبدأ وابسته است؛ تغییر انرژی و نتیجهٔ فیزیکی مهماند.
در بخش آشنایی کیفی فنر، لازم نیست رابطهٔ عددی تازهای خارج از محدوده وارد کنیم. کافی است سامانه و تبدیل انرژی را روشن بنویسیم: عامل بیرونی با تغییر شکل جسم کشسان روی آن کار میکند، انرژی در سامانه ذخیره میشود و هنگام رهاشدن میتواند به جنبشی، گرانشی یا درونی تبدیل شود.
بازگشت به شکل اولیه فقط تا محدودهٔ کشسان معنا دارد. اگر تغییر شکل ماندگار شود، مدل فنر ایدهآل و ذخیره/بازگشت کامل انرژی دیگر مناسب نیست.
جسم ۲ کیلوگرمی از سکون روی سطح افقی با نیروی ثابت ۱۰ نیوتونِ افقی و همجهت جابهجایی، ۴ متر کشیده میشود. اصطکاک جنبشی ۳ نیوتون و خلاف حرکت است. تندی پایانی را بیاب.
موتوری ۶۰۰۰ ژول کار مفید را در ۲۰ ثانیه انجام میدهد و ۸۰۰۰ ژول انرژی میگیرد. توان مفید و بازده را بیاب.
توپی با کشِ کشیده پرتاب میشود و سپس بالا میرود. بدون استفاده از فرمول خارج از کتاب، تبدیلهای اصلی انرژی را مرحلهبهمرحله بنویس.
فنری از محدودهٔ کشسان عبور کرده و پس از رهاشدن به طول اول برنمیگردد. چرا مدل بازگشت کامل انرژی مناسب نیست؟
چون تغییر شکل ماندگار رخ داده و بخشی از انرژی به شکلهای درونی تبدیل شده است؛ فرض رفتار کشسان ایدهآل برقرار نیست.
محورها، جهتها و برچسبهای شکل را جدا بخوان.
ببین شکل کدام نسبت یا تغییر را نشان میدهد.
نتیجه را فقط در محدودهای بگو که شکل پشتیبانی میکند.
آیا نیروی عمودی سطح همیشه کار صفر دارد؟
با دو برابر شدن تندی، انرژی جنبشی چند برابر میشود؟
این صفحه برای جستوجوی «جزوه فیزیک دهم فصل ۳»، «نکات ناب فیزیک» و مرور سریع کنکور و امتحان نهایی آماده شده است.