الخميس، 22 ديسمبر، 2016

مسائل تدريبية الفيزياء

ملاحظات للتحويل من cmالى m نقسم على 100
*شحنه البرتون = 1,6×10^(−19)
الدرس : الجهد الكهربائي في مجال كهربائي منتظم.
المساله :
لوحان متوازيين مشحونان المسافه بينهما 1.5cm مقدار المجال الكهربائي بينهما 1800N/c المطلوب :
1-
فرق الجهد الكهربائي بين لوحين ؟
2-
الشغل المبذول لنقل برتون من اللوحه السالبه الي اللوحه الموجبه ؟
الحل :1 (القانون الأول )
فرق الجهد الكهربائي في مجال كهربائي منتظم v= حاصل ضرب شده المجال الكهربائي E في المسافه التي تحركتها الشحنه d
الحل : 1800N/c × 0.015m=270
الوحده :فولت v
الحل 2:
(
القانون التاني )
فرق الجهد الكهربائي v = الشغل w ÷ شحنه الاختبار q'
وبالتالي w= فرق الجهد v × شحنه الاختبار q'
الحل : (270v × 1,6×10^(−19
4,3×10^(−18)J =
المساله :
قيس مجال كهربائي في الهواء بإستخدام شحنه إختبار موجبه مقدارها 3 ×10^(−6) c فتاثرت هذه الشحنه بقوه مقدارها 0.12N
القانون : شده المجال الكهربائي E= القوهشحنه الإختبار q`
الحل : 0.12N ÷ 3 ×10^(−6) c = 40.000N/c
يربط معامل التمدد الحراري تغير أبعاد الماد بتغير درجة الحرارة. ولذلك يكتب على شكل كسر بين تغير البعد بالنسبة لتغير درجة الحرارة.
\alpha ={1 \over L_{0}}{\partial L \over \partial T}
حيث
L_{0}\ هو الطول الأصلي للجسم، L\ الطول الجديد بعد التمدد، T\ درجة الحرارة. و تؤثر درجة الحرارة أيضا في المقاومة الكهربائية للمادة حسب الموصلية الكهربائية، فعند زيادة درجة الحرارة للمادة الموصلة تزداد المقاومة الكهربائية للمادة، أما المواد العازلة فيمكن أن تنخفض مقاومتها الكهربائية عند ازدياد درجة الحرارة.[1]

معامل التمدد:
عندما تتغير درجة حرارة مادة ما، فإن الطاقة المختزنة في الروابط الجزيئية بين ذراتها تتغير. عندما تزداد الطاقة المختزنة يزداد طول الروابط الجزيئية، وبالتالي فإن المواد الصلبة عادة تتمدد عند تسخينها وتتقلص عند تبريدها. يطلق على الاستجابة بتغير الأبعاد عند تغير درجة الحرارة اسم التمدد الحراري، وتقاس هذه العلاقة بمعامل التمدد الحراري.
من الممكن تعريف عدة معاملات تمدد حراري بحسب قياس التمدد وهي
معامل التمدد الحراري الطولي
معامل التمدد الحراري المساحي
معامل التمدد الحراري الحجمي
حيث من الممكن تعريف معامل التمدد الحراري الحجمي للأجسام الصلبة والسائلة والغازية، بينما معامل التمدد الطولي يعرف فقط للأجسام الصلبة وهو العامل المستخدم بكثرة في التطبيقات الهندسية.
هناك بعض المواد التي تتمدد عند تبريدها مثل الماء المجمد، ولهذا يكون لها معامل تمدد حراري ذو قيمة سالبة.
الطفو والغوص:
مكن تفسير الطفو والغوص عن طريق قوة الطفو. تخيل أنك تضع كتلة من مادة تحت الماء وتتركها. إذا كانت قوة الطفو العلوية الضاغطة على الكتلة أكبر من الوزن الهابط للكتلة، سترتفع الكتلة إلى السطح وتطفو. ومن ناحية أخرى، إذا كان وزن الكتلة أكبر من قوة الطفو، عندها تغوص الكتلة إلى القاع.
والآن، تخيل أنك تغمر كتلة مستطيلة من الماء مع مادة بلاستيكية رفيعة جدا. وكما في السابق، فالقوة العلوية على قاع "الكتلة" أكبر من القوة السفلية على القمة، إذا هنالك قوة طفو علوية تؤثر على كتلة الماء. ماذا سيحدث إذا حررت "كتلة الماء"؟
منع
الوزن
قوة الإسناد
طفوي
القوة
ما يحدث هو أن "كتلة الماء" لا تطفو ولا تغرق. في حالة غياب تيار أو تغير في درجة الحرارة، يبقى الماء حيث هو عادة. إن قوة الطفو مساوية لوزن الماء في حجم الكتلة.
أما الكتلة المصنوعة من مادة أكثر كثافة من الماء فإنها تغوص لأن وزن الكتلة أكبر من قوة الطفو المؤثر على الكتلة.
والكتلة المصنوعة من مادة أقل كثافة من الماء فإنها تطفو لأن وزن الكتلة أقل من قوة الطفو المؤثر على الكتلة بشكل علوي إذا تم غمرها تماما.
تغطس الكتلة للأسفل في الماء حتى تعمل على إزاحة مقدار الماء المساوي لوزنها. في هذه المرحلة، تكون قوة الطفو العلوية مساوية لوزن الكتلة العائمة.
بمعنى آخر، إذا ما غمر جسم جزئيا أو كليا في سائل فإنه يعمل على إزاحة جزء من ذلك السائل. ويعني ذلك أن سطح الجسم يقوم بدفع جزء من السائل خارج طريقه. إن شكل وحجم السائل المزاح هو نفس شكل وحجم الجزء المغمور من الجسم.

خط الجريان:
عند وضع تصميم هياكل الطائرات أو القوارب أو السيارات أو القطارات، يراعى أن تسمح خطوط الهيكل بمرور الهواء أو الماء حوله بدون عوائق وبطريقة سهلة. وتسمى هذه خطوط الجريان أو الخطوط انسيابية . والأجسام ذات الخطوط الانسيابية تعطي أقل مقاومة للهواء أو غيره من السوائل عند مرورها فيها وتسمح للتيار الذي تجري فيه بالرجوع إلى حالته الطبيعية بعد مرورها بدون إحداث دوامات أو إحداث اهتزازات في السائل أو الهواء والخط الانسيابي يكون عادة عبارة عن منحنى قطع ناقص طويل ينتهي إلى نقطة مثل قطاع جناح الطائرة أو جسم السمك والطيور
6-3 الموائع الساكنة والموائع المتحركة
80. الخزان إذا كان عمق خزان خلف السد 17
m, فما ضغط الماء عند المواقع المختلفة الآتية؟
a. عند قاعدة السد. 1.7x105 Pa
.
b على عمق 4.0 m من سطح الماء. 3.9x104 Pa
81. يستقر أنبوب اختبار رأسياً على حامل أنابيب اختبار, ويحتوي على زيت ارتفاعه 2.5
cm وكثافته 0.18 g/cm3, وماء ارتفاعه 6.5 m. ما مقدار الضغط المؤثر بواسطة السائلين عند قاع أنبوب الاختبار؟ 840 Pa
82. الأثريات تمثال طائر أثري مصنوع من معدن أصفر مُعلق بميزان نابضي, تشير قراءة الميزان النابضي إلى 11.81
N عندما يعلق التمثال في الهواء, وتشير إلى 11.19 N عندما يغمر التمثال كلياً في الماء.
.
a جد حجم التمثال. 6.33x10-5 m3
.
b هل تمثال الطائر مصنوع من الذهب p = 19.3 × 103 kg/m3)) أم مصنوع من الألومنيوم المطلي بالذهب p = 2.7 × 103 kg/m3))؟ 19000 kg/m3 مصنوع من الذهب
83. خلال تجربة في علم البيئة وضع حوض لتربية الأسماك مملوء حتى منتصفه بالماء على ميزان, فكانت قراءة الميزان 195
N.
.
a أُضيف حجر وزنه 8 N إلى الحوض, فإذا غطس الحجر إلى قاع الحوض, فما قراءة الميزان؟ 203 N
.
b أُزيل الحجر من الحوض, وعدلت كمية الماء حتى عادت قراءة الميزان ثانية 195 N, فإذا أضيفت سمكة تزن 2 N إلى الحوض, فما قراءة الميزان في حالة وجود السمكة في الحوض؟ 197 N
84. ما مقدار قوة الطفو المؤثرة في كرة وزنها 26.0
N إذا كانت تطفو على سطح ماء عذب؟ 26 N
85. ما مقدار أقصى وزن يستطيع أن يرفعه في الهواء بالون مملوء بحجم 1.00
m3 من غاز الهيليوم؟ افترض أن كثافة الهواء 1.20 kg/m3 وكثافة غاز الهيليوم 0.177 kg/m3, وأهمل كتلة البالون. 10 N
86. تزن صخرة 84
N في الهواء, وعندما غمرت في سائل كثافته ضعفا كثافة الماء أصبح وزنها الظاهري 46 N. ما وزنها الظاهري عندما تغمر في الماء؟ 50 N

6-إتقان حل المسائل
6-1 خصائص الموائع
73. الكتاب المقر كتاب فيزياء كتلته 0.85
kg, وأبعاد سطحه 24.0 cm × 20.0 cm, يستقر على سطح طاولة.
.
a ما القوة التي يؤثر بها الكتاب في الطاولة؟ 8.3 N
.
b ما الضغط الذي يؤثر به الكتاب؟ 1700 Pa
74. أسطوانة مصمتة كتلتها 75
kg وطولها 2.5 m ونصف قطر قاعدتها 7.0 cm تستقر على إحدى قاعدتيها. ما مقدار الضغط الذي تؤثر به؟ 4.8x104 Pa
75. ما مقدار القوة الرأسية الكلية أسفل الغلاف الجوي التي تؤثر في قمة رأسك الآن؟ افترض أن مساحة قمة رأسك 0.025
m2 تقريباً. 2500 N
76. المشروبات الغازية إن غاز ثاني أكسيد الكربون
CO2)) المذاب في شراب الصودا يجعله يفور, وتتم عادة إذابة كمية من غاز ثاني أكسيد الكربون تساوي 8.0 L تقريباً عند ضغط يساوي الضغط الجوي ودرجة حرارة 300.0 k في زجاجة مشروبات غازية سعتها 2 L. إذا كانت الكتلة المولية للغاز CO2 تساوي 44 g/mol.
.
a فما عدد المولات من غاز ثاني أكسيد الكربون في زجاجة سعتها 2 L؟ 0.33 mol
.
b وما كتلة غاز ثاني أكسيد الكربون الموجودة في زجاجة صودا سعتها 2 L؟ 14 g
77. كما هو موضح في الشكل 6-27, فإن مقياس الحرارة ذا الضغط الثابت مصنوع من أسطوانة تحتوي على مكبس يتحرك بحرية داخل الأسطوانة, ويبقى كل من الضغط وكمية الغاز داخل الأسطوانة ثابتين. وعندما ترتفع درجة الحرارة أو تنخفض يتحرك المكبس إلى أعلى الأسطوانة أو إلى أسفلها. إذا كان ارتفاع المكبس في الأسطوانة 20
cm عند 0 C˚, فما ارتفاع المكبس عندما تكون درجة الحرارة 100 ˚C؟ 30 cm
78. يحصر مكبس مساحته 0.015
m3 كمية ثابتة من الغاز في أسطوانة حجمها 0.23 m3, فإذا كان الضغط الابتدائي للغاز 1.5 ×105 Pa, ووضع جسم كتلته 150 kg على المكبس المتحرك فتحرك المكبس في اتجاه الأسفل إلى موقع جديد كما موضح في الشكل 6-28, فما الحجم الجديد للغاز داخل الأسطوانة, علماً بأن درجة الحرارة ثابتة. 0.14 m3
79. المركبات يصمم إطار سيارة معينة ليستخدم عند ضغط معاير مقداره30.0
psi, أو 30.0 باوند لكل إنش مربع (واحد باوند لكل إنش مربع يساوي 6.90 × 103 pa)) ومصطلح ضغط معياري يعني الضغط الأعلى من الضغط الجوي. إن الضغط الحقيقي داخل الإطار يساوي 1.01 × 105 pa + (30.0 psi)(6.90 × 103 pa/psi) = 3.08 × 105 pa
وعندما تتحرك السيارة تزداد درجة حرارة الإطار ويزداد الضغط والحجم كذلك. افترض إنك ملأت إطار السيارة للحجم 0.55
m3 عند درجة حرارة 208 k وكان الضغط الابتدائي 30.0 psi, ولكن ازدادت درجة حرارة الإطار في أثناء القيادة لغاية 310 k وازداد الحجم بمقدار 0.58 m3.
.
a ما مقدار الضغط الجديد في الإطار؟ 3.2x105 Pa
.
b ما الضغط المعاير الجديد؟ 32

4-6 المواد الصلبة
مسائل تدريبية
.39 قطعة من الألومنيوم طولها 3.66
m عند درجة حرارة 28 ˚C. كم يزداد طول القطعة عندما تصبح درجة حرارتها 39 ˚C؟ 6.1 mm
.40 قطعة من الفولاذ طولها 11.5
m عند 22 ˚C, فإذا سخنت حتى أصبحت درجة حرارتها 1221 ˚C, وهي قريبة من درجة حرارة انصهارها, فكم يبلغ طولها بعد التسخين؟ 11.7 cm
41. ملئ وعاء زجاجي سعته 400
m1 عند درجة حرارة الغرفة بماء بارد درجة حرارته 4.4 ˚C. ما مقدار الماء المسكوب من الوعاء عندما يسخن الماء إلى 30.0 ˚C ؟ 2 mL
.42 مُلئ خزان شاحنة لنقل البنزين سعته 725
L, 45 بالبنزين لينقله من مدينة الدمام نهاراً حيث كانت درجة الحرارة 38.0 ˚C, إلى مدينة تبوك ليلاً حيث درجة الحرارة -2.0 ˚C.
.
a كم لتراً من البنزين سيكون في خزان الشاحنة في تبوك؟ 4.4x104 L
b. ماذا حدث للبنزين؟
يتناقص حجم البنزين لان درجة الحرارة انخفضت في حين تبقي كتلة البنزين كما هي
43. حُفر ثقب نصف قطره 0.85
m في صفيحة من الفولاذ عند 30.0 ˚C فكان الثقب يتسع بالضبط لقضيب من الألومنيوم له نصف القطر نفسه. ما مقدار الفراغ بين الصفيحة والقضيب عندما يبردان لدرجة حرارة 0.0 ˚C؟ 1.6x10-4 cm
.44 دُرجت مسطرة من الفولاذ بوحدة الملمترات, بحيث تكون دقيقة بصورة مطلقة عند 30.0 ˚
C. فما النسبة المئوية التي تمثل عدم دقة المسطرة عند -30.0 ˚C؟ -0.072%

6-3 الموائع الساكنة والمتحركة
مسائل تدريبية
.23 إن كراسي أطباء الأسنان أمثلة على أنظمة الرفع الهيدروليكية. فإذا كان الكرسي يزن 1600
N ويرتكز على مكبس مساحة مقطعه العرضي 1440 cm2, فما مقدار القوة التي يجب أن تؤثر في المكبس الصغير الذي مساحة مقطعه العرضي 12 cm2 لرفع الكرسي؟ 80 N
.24 تؤثر آلة بقوة مقدارها 55
N في مكبس هيدروليكي مساحة مقطعه العرضي 0.015 cm2, فترفع سيارة صغيرة. فإذا كانت مساحة المقطع العرضي للمكبس الذي ترتكز علية السيارة 2.4 m2, فما وزن السيارة؟ 8800 N
.25 يحقق النظام الهيدروليكي الهدف نفسه تقريباً الذي تحققه الرافعة ولعبة الميزان, وهو مضاعفة القوة. فإذا وقف طفل وزنه 400
N على أحد المكبسين بحيث يتزن مع طفل آخر وزنه 110 N يقف على المكبس الثاني, فما النسبة بين مساحتي مقطعي المكبسين العرضيين؟ 0.4
.26 تستخدم في محل صيانة للآلات رافعة هيدروليكية لرفع الآت ثقيلة لصيانتها, ويحتوي نظام الرافعة مكبساً صغيراً مساحة مقطعه العرضي 7.0 × 10-2
m2, ومكبساً كبيراً مساحة مقطعه العرضي 2.1 × 10-1 m2, وقد وضع على المكبس الكبير محرك يزن 2.7 × 103 N.
.
a ما مقدار القوة التي يجب أن تؤثر في المكبس الصغير لرفع المحرك؟ 900 N
.
b إذا ارتفع المحرك 0.20 m, فما المسافة التي تحركها المكبس الصغير؟ 0.6 m
مسائل تدريبية
.27 إن كثافة القرميد الشائع الاستخدام أكبر 1.8 مرة من كثافة الماء. ما الوزن الظاهري لقالب من القرميد حجمه 0.20
m3 تحت الماء؟ 1600 N
.28 يطفو سباح في بركة ماء, بحيث يعلو رأسه قليلاً فوق سطح الماء. فإذا كان وزنه 610
Nفما حجم الجزء المغمور من جسمه؟ 6.2x10-2 m3
.29 ما مقدار قوة الشد في حبل يحمل كاميرا وزنها 1250
N مغمورة في الماء, إذا علمت أن حجم الكاميرا 1.65 × 10-3 m3؟ 1090 N
.30 صنع لوح من الفلين الصناعي كثافته تساوي 0.10 مرة من كثافة الماء تقريباً. ما أكبر وزن من قوالب القرميد تستطيع وضعها على لوح الفلين الصناعي الذي أبعاده 1.0
m × 1.0 m × 0.10 m, بحيث يطفو اللوح على سطح الماء تماماً, وتبقى قوالب القراميد جافة؟ 880 N
.31 يوجد عادة في الزوارق الصغيرة قوالب من الفلين الصناعي تحت المقاعد, لتساعدها على الطفو في حال امتلأ الزورق بالماء. ما أقل حجم تقريبي من قوالب الفلين اللازمة ليطفو قارب وزنه 480
N؟ 4.9x10-2 m3

مسائل تدريبية
.6
يُستخدم خزان من الهليوم ضغطه 15.5 × 106 Pa, ودرجة حرارته 293 k, لنفج البالون على صورة دمية, فإذا كان حجم الخزان 0.020 m3, فما حجم البالون إذا امتلأ عند 1.00 ضغط جوي, ودرجة حرارة 323 k؟ 3.4 m3
7.
ما مقدار كتلة غاز الهيليوم في المسألة السابقة إذا علمت أن الكتلة المولية لغاز الهيليوم 4.00 g/mol؟ 510 g
8.
يحتوي خزان على 200.0 L من الهيدروجين درجة حرارته 0.0 ˚C ومحفوظ عند ضغط مقداره 156 kPa, فإذا ارتفعت درجة الحرارة إلى 95 ˚C, وانخفض الحجم ليصبح 175 L, فما ضغط الغاز الجديد؟ 240 kPa
9.
إن معدل الكتلة المولية لمكونات الهواء (ذرات الأكسجين الثنائية وذرات النيتروجين الثنائية بشكل رئيس) 29 g/mol تقريباً, فما حجم 1.0 kg من الهواء عند ضغط يساوي الضغط الجوي و20.0 ˚C؟ 0.83 m3
الفصل السادس(حالات المادة)
6-1 خصائص الموائع
مسائل تدريبية
.1
إذا كان الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر يساوي 1.0 × 105 Pa تقريباً, فما مقدار القوة التي يؤثر بها الهواء عند مستوى سطح البحر في سطح مكتب طوله 152 cm وعرضه 76 cm؟ 1.2x105 N
.2
يلامس إطار سيارة سطح الأرض بمساحة مستطيلة عرضها 12 cm وطولها 18 cm, فإذا كانت كتلة السيارة 925 kg, فما مقدار الضغط الذي تؤثر به السيارة في سطح الأرض إذا استقرت ساكنة على إطاراتها الأربعة؟ 100 kPa
.3
كتلة من الرصاص أبعادها 5.0 cm × 10.0 cm × 20.0 cm تستقر على الأرض على أصغر وجه, فإذا علمت أن كثافة الرصاص 11.8 g/cm3, فما مقدار الضغط الذي تؤثر به كتلة الرصاص في سطح الأرض؟ 23 kPa
.4
يمكن أن يصبح الضغط في أثناء الإعصار أقل 15 % من الضغط الجوي المعياري, افترض أن الإعصار حدث خارج باب طوله195 cm وعرضه 91 cm, فما مقدار القوة المحصلة التي تؤثر في الباب نتيجة هبوط مقداره 15 % من الضغط الجوي المعياري؟ وفي أي اتجاه تؤثر القوة؟ 2.7x104 N تتجه من داخل المنزل إلي خارجه
.5
يلجأ المهندسون في المباني الصناعية إلى وضع المعدات والآلات الثقيلة على ألواح فولاذية عريضة, بحيث يتوزع وزن هذه الآلات على مساحات أكبر. فإذا خطط مهندس لتركيب جهاز كتلته 454 kg على أرضية صممت لتتحمل ضغطاً إضافياً مقداره 5.0 × 104 Pa, فما مساحة صفيحة الفولاذ

..68 وضع قالب من النحاس عند درجة 100.0 ˚C ملامساً قالباً من الألمونيوم عند 20.0 ˚C, كما في الشكل 5-20. ما الكتل النسبية للقالبين إذا كانت درجة الحرارة النهائية لهما 60.0 ˚C؟
لقالب النحاس كتلة اكبر 2.3 مرة من كتلة قالب الالومنيوم
.69 ينزلق قالب من النحاس كتلته 0.53
kg على سطح الأرض, ويصطدم بقالب مماثل يتحرك في الاتجاه المعاكس بمقدار السرعة نفسه. فإذا توقف القالبان بعد الاصطدام, وازدادت درجة حرارتهما بمقدار0.20 ˚C نتيجة التصادم. فما مقدار سرعتيهما قبل الاصطدام؟ 12 m/s
.70 ينزلق قالب من الحديد كتلته 2.2
kg على سطح خشن. فإذا كانت سرعته الابتدائية 2.5 m/s وسرعته النهائية 0.5 m/s, فما مقدار ما ينصهر من قالب الجليد نتيجة للشغل المبذول بفعل الاحتكاك؟ 2x10-5 kg
التفكير الناقد
.71 حلل ثم استنتج ينتزع محرك حراري معين 50.0
j من الطاقة الحرارية من مستودع حار عند درجة حرارة TH = 545 k, ويبعث 40.0 j من الحرارة إلى مستودع بارد عند درجة حرارة TL = 325 k . كما يعمل على نقل الإنتروبي من مستودع إلى آخر أيضاً خلال العملية.
.
a كيف يعمل المحرك على تغيير الإنتروبي الكلي للمستودعين؟ 0.313 J/K
.
b ماذا سيكون تغير الإنتروبي الكلي في المستودعات إذا كانت TL = 205 k؟ 0.103 J/K
ازداد التغير الكلي في الانتروبي في المستودعات وفي الكون تقريبا بمعامل يساوي 3
72. حلل ثم استنتج تزداد عمليات الأيض للاعبي كرة القدم خلال اللعبة بمقدار 30.0
W. ما مقدار العرق الذي يجب أن يتبخر من اللاعب كل ساعة ليبدد هذه الطاقة الحرارية الإضافية؟ 0.0478 kg
.73 حلل ثم استنتج يستخدم الكيميائيون المسعر لقياس الحرارة الناتجة عن التفاعلات الكيميائية. فعلى سبيل المثال, يذيب كيميائي جزيئاً من مسحوق مادة في مسعر يحتوي 0.5
kg من الماء, فتتحطم الجزيئات وتتحرر طاقة ربطها مع الماء, فتزداد درجة حرارة الماء إلى 2.3 ˚C. ما مقدار طاقة الربط لكل جزئ مع هذه المادة؟ 4.8x10-19 J لكل جزيء
.74 تطبيق المفاهيم تعد الشمس مصدر جميع أشكال الطاقة على الأرض. حيث تكون درجة حرارة سطح الشمس104
k تقريباً. ماذا يحدث للعالم لو كانت درجة حرارة سطح الشمس 103 k؟
تختلف الإجابات من طالب لآخر وتكون حول تغير متوسط درجات الحرارة على الأرض وأنماط الطقس المختلفة وأصناف النباتات وأنواع الحيوانات المنقرضة
سخان الماء يستخدم سخان ماء قدرته 3.0 × 102 W لتسخين قدح ماء كما في الشكل 5-19. ما مقدار الزمن اللازم لجعل الماء يغلي, إذا كان القدح مصنوعاً من الزجاج وكتلته g 3.0 × 102 ويحتوي 250 g من الماء عند 15 ˚C؟ افرض أن درجة حرارة القدح مساوية لدرجة حرارة الماء, وأنه لن يفقد حرارة في الهواء. 6.1 min
.57
محرك السيارة يحتوي محرك سيارة حديد كتلته 2.50 × 102 kg على ماء للتبريد. افترض أن درجة حرارة المحرك لحظة توقفه عن العمل 35.0 ˚C, ودرجة حرارة الهواء 10.0 ˚C. فما مقدار كتلة الماء المستخدمة لتبريد المحرك, إذا كانت الحرارة الناتجة عن المحرك والماء داخله عندما يبردان ليصلا إلى درجة حرارة الهواء هي 4.40 × 106 j؟ 15 kg
تغيرات حالة المادة وقوانين الديناميكا الحرارية
58.
كانت إحدى طرائق التبريد قديماً تقتضي استخدام لوح من الجليد كتلته 20.0 kg يومياً في صندوق الجليد المنزلي. وكانت درجة حرارة الجليد 0.0 ˚C عند استلامه. فما مقدار الحرارة التي يمتصها القالب في أثناء انصهاره؟ 6.68x106 J
.59
كثفت عينة من الكلوروفورم كتلتها 40.0 g من بخار عند درجة 61.6 ˚C إلى سائل عند درجة 61.60 ˚C, فانبعثي حرارة بمقدار 9870 j, ما الحرارة الكامنة لتبخر الكلوروفورم؟ 2.47x105 J/kg
.60
تحركت سيارة كتلتها 750 kg بسرعة 23 m/s ثم توقفت بالضغط على المكابح. فإذا احتوت المكابح على 15 kg من الحديد الذي يمتص الحرارة. فما مقدار الزيادة في درجة حرارة المكابح؟ 29˚C
.61
ما مقدار الحرارة المضافة إلى كتلة 10.0 g من الجليد عند درجة -20.0 ˚C لتحويلها إلى بخار ماء عند درجة 120.0 ˚C؟ 3.09x104 J
.62
تتحرك رصاصة كتلتها 4.2 g بسرعة 275 m/s فتصطدم بصفيحة فولاذية وتتوقف, فإذا تحولت طاقتها الحركية كلها إلى طاقة حرارية دون فقدان أي شيء منها, فما مقدار التغير في درجة حرارتها؟ 290 ˚C
.63
ينتج كل 100 mL من مشروب خفيف طاقة مقدارها 1.7 kj, فإذا كانت العلبة منه تحتوي على 375 mL, وشربت فتاة العلبة وأرادت أن تفقد مقدار ما شربته من الطاقة من خلال صعود درجات سلم, فما مقدار الارتفاع الذي ينبغي أن تصعد إليه الفتاة إذا كانت كتلتها 65.0 kg؟ 10 m
مراجعة عامة
.64
ما كفاءة المحرك الذي ينتج 2200 j/s عندما يحرق من البنزين ما يكفي لإنتاج 5300 j/s؟ وما مقدار الحرارة الضائعة التي ينتجها المحرك كل ثانية؟
3100 J , 42%
.65
مكبس أختام تبذل آلة أختام معدنية في مصنع 2100 j من الشغل في كل مرة تختم فيها قطعة معدنية. ثم تغمس كل قطعة مختومة في حوض يحتوي 32.0 kg من الماء للتبريد. فمل مقدار الزيادة في درجات حرارة الحوض في كل مرة تغمس فيها قطعة معدنية مختومة؟ 0.016 ˚C
66.
تحركت سيارة كتلتها 1500 kg بسرعة 25 m/s, ثم توقفت تماماً عن الحركة بعد ضغط سائقها على الكوابح. ما مقدار التغير في درجة حرارة الكوابح إذا أودعت كامل طاقة السيارة في الكوابح المصنوعة من الألمونيوم والتي كتلتها 45kg؟12 ˚C
.67 الشاي المثلج لتصنع الشاي المثلج تمزجه بالماء الساخن, ثم تضيف إلية الجليد. فإذا بدأت بمقدار 1.0 L من الشاي عند درجة 0 ˚C؟ وهل من الأفضل ترك الشاي يبرد إلى درجة حرارة الغرفة قبل إضافة الجليد إليه؟
1.1 kg
، لذلك تحتاج إلي جليد أكثر قليلا من الشاي ولكن هذه النسبة ستقلل من تركيز الشاي لذلك اترك الشاي يبرد إلي درجة حرارة الغرفة قبل إضافة الجليد

5-2 مراجعة
.27 الحرارة الكامنة للتبخر يرسل النظام القديم للتدفئة بخاراً داخل الأنابيب في كل غرفة من المنزل, ويتكاثف هذا البخار في داخل المشعاع ليصبح ماء. حلّل هذه العملية, واشرح كيف تعمل على تدفئة الغرفة؟
يحرر البخار المتكاثف حرارة التبخر إلي داخل الغرفة
.28 الحرارة الكامنة للتبخر ما مقدار الحرارة اللازمة لتحويل 50.0
g من الماء عند درجة حرارة 80.0 ˚C إلى بخار عند درجة حرارة 110.0 ˚C؟ 1.18x105 J
.29 الحرارة الكامنة للتبخر ما مقدار الطاقة اللازمة لتسخين 1.0
kg من الزئبق عند درجة حرارة 10.0 ˚C إلى درجة الغليان وتبخره كاملاً؟ علماً بأن الحرارة النوعية للزئبق هي 140 j/kg. ˚C, والحرارة الكامنة لتبخره هي 3.06 × 105 j/kg, ودرجة غليان الزئبق هي 357 ˚C. 3.5x105 J
.30 الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية قاس جيمس جول الفرق في درجة حرارة الماء عند قمة شلال ماء وعند قاعه بحذر. فلماذا توقع وجود فرق؟
للماء عند قمة الشلال طاقة وضع جاذبية وتتحول بعض هذه الطاقة إلي طاقة حرارية عندما يصطدم الماء بالأرض عند قاع الشلال
.31 الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية يستخدم رجل مطرقة تزن 320
kg تتحرك بسرعة 5 m/s لتحطيم قالب رصاص كتلته 3.0 kg موضوع على صخرة كتلتها 450 kg. وعندما قاس درجة الحرارة وجد أنها زادت 5.0 ˚C. فسر ذلك.
يمتص قالب الرصاص جزء من طاقة المطرقة الحركية ، إن مقدار طاقة المطرقة =4
kJ والتغير في طاقة القالب الحرارية=2 kJ ، أي أن نصف طاقة المطرقة انتقلت إلي قالب الرصاص
.32 الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية تتدفق مياه شلال يرتفع 125.0
m كما في الشكل 5-17. احسب الفرق في درجة حرارة الماء بين قمة الشلال وقاعه إذا تحولت كل طاقة وضع الماء إلى طاقة حرارية. 0.293˚C
33. الإنتروبي لماذا ينتج عن تدفئة المنزل بواسطة الغاز الطبيعي زيادة في كمية الفوضى أو العشوائية؟
يحرر الغاز حرارة عند درجة حرارة الاحتراق حيث تتحطم الروابط بين جزيئات الغاز ثم تتحد الجزيئات بالأكسجين وتتوزع الحرارة بطرق جديدة عديدة ولا تعيد جزيئات الغاز الطبيعي تجميعها بسهولة وسرعة
.34 التفكير الناقد إذا كان لديك أربع مجموعات من بطاقات مفهرسة, لكل مجموعة لون محدد. تحتوي كل مجموعة 20 ورقة مرقمة. فإذا خلطت بطاقات هذه المجموعات معاً عدة مرات فهل من المحتمل أن تعود البطاقات إلى ترتيبها الأصلي؟ وضح ذلك. وما القانون الفيزيائي الذي ينطبق علية هذا المثال؟
لا هذا مثال علي القانون الثاني في الديناميكا الحرارية والذي تزيد فيه الفوضى.
52 وضعت كتلة من التنجستن مقدارها 1.00 × 102 g, ودرجة حرارتها 100.0 ˚C في 2.00 × 102 g من الماء عند درجة 20.0 ˚C. فوصل الخليط إلى الاتزان الحراري عند درجة 21.2 ˚C. احسب الحرارة النوعية للتنجستن. 171 J/kg.K
.53 خُلطت عينة كتلتها 6.0 × 102
g من الماء عند درجة 90.0 ˚C بعينة ماء كتلتها 4.0 × 102 g عند 22.0 ˚C. فإذا افترضت عدم فقدان أي حرارة للمحيط, فما درجة الحرارة النهائية للخليط؟63 ˚C
.54 وضعت قطعة خارصين في وعاء ماء كما في الشكل 5-18. فإذا كانت كتلة القطعة 10.0
kg, ودرجة حرارتها 71.0 ˚C, وكتلة الماء 20.0 kg, ودرجة حرارته قبل إضافة القطعة 10.0 ˚C, فما درجة الحرارة النهائية للماء والخارصين؟ 12.7 ˚C
.55 إن الطاقة الحركية لسيارة صغيرة تتحرك بسرعة 100
km/h هي 2.9 × 105 j. لتكون انطباعاً جيداً عن مفهوم الطاقة, احسب حجم الماء (باللتر) الذي ترتفع حرارته من درجة حرارة الغرفة (20.0 ˚C) إلى درجة الغليان 100.0 ˚C)) إذا اكتسب طاقة مقدارها 2.9 × 105 j. 0.87 L


5-2 تغيرات حالة المادة وقوانين الديناميكا
مسائل تدريبية
19. ما مقدارا لحرارة اللازمة لتحويل كتلة من الجليد مقدارها 1.00 × 102
g ودرجة حرارتها -20.0 ˚C إلى ماء درجة حرارتها 0.0 ˚C . 3.75x104 J
.20 إذا سخنت عينة ماء كتلتها 2.00 × 102
g ودرجة حرارتها 60.0 ˚C فأصبحت بخاراً درجة حرارته 140.0 ˚C, فما مقدار الحرارة الممتصة؟ 502 kJ
.21 ما مقدار الحرارة اللازمة لتحويل 3.00 × 102
gمن جليد درجة حرارته -30.0 ˚C إلى بخار ماء درجة حرارته 130.0 ˚C؟ 940 kJ
مسائل تدريبية
.22 يمتص بالون غاز 75
j من الحرارة. فإذا تمدد هذا البالون وبقي عند درجة الحرارة نفسها, فما مقدار الشغل الذي بذله البالون في أثناء تمدده؟ 75 J
23. يثقب مثقاب كهربائي فجوة صغيرة في قالب من الألمونيوم كتلته 0.40
kg فيسخن الألمونيوم بمقدار 5.0 ˚C, ما مقدار الشغل الذي يبذله المثقب؟ 1800 J
.24 كم مرة يتعين عليك إسقاط كيس من الرصاص كتلته 0.50
kg من ارتفاع 1.5 m؛ لتسخين الرصاص بمقدار 1.0 ˚C؟ 9مرات
.25 عندما تحرك كوباً من الشاي, تبذل شغلاً مقداره 0.05
j في كل مرة تحرك فيها الملعقة بصورة دائرية. كم مرة يجب أن تحرك الملعقة لترفع درجة حرارة كوب الشاي الذي كتلته 0.15 kgبمقدار2.0 ˚C؟ (بإهمال زجاج الكوب) 26000 مرة
.26 كيف يمكن استخدام القانون الأول للديناميكا الحرارية لشرح كيفية تخفيض درجة حرارة جسم ما؟
من الممكن أن تكون
U سالبة لان U=Q-W لذا يبرد الجسم إذا كانت Q=0 ويبذل الجسم شغلا بفعل التمدد على سبيل المثال أو تكون W=0 وQسالبة فينقل الجسم الحرارة إلي المحيط

مسائل تدريبية
.3 عندما تفتح صنبور الماء الساخن لغسل الأواني فإن أنابيب المياه تسخن. فما مقدار كمية الحرارة التي يمتصها أنبوب ماء نحاسي كتلته 2.3
kg عندما ترتفع درجة حرارته من 20.0˚ C إلى 80.0˚ C؟ 5.3x104 J
.4 يحتوي نظام التبريد لسيارة على 20.0
L من الماء, علماً بأن كتلة لتر واحد من الماء تساوي 1 kg.
.
a إذا اشتغل المحرك حتى حصل على 836.0 kj من الحرارة, فما مقدار التغير في درجة حرارة الماء؟ 10 K
.
b إذا كان الفصل شتاءً, ونظام التبريد في السيارة مملوءاً بالميثانول ذي الكثافة 30.80 g/cm3 فمل مقدار الزيادة في درجة حرارة الميثانول إذا امتص 836.0 kj من الحرارة؟ 21 k
.
c أيهما يعد مبرداً أفضل, الماء أم الميثانول؟ فسر إجابتك.
الماء هو المبرد الأفضل عند درجات حرارة اعلي من 0
C لأنه يستطيع أن يمتص الحرارة دون أن يتغير درجة حرارته كثيرا على عكس الميثانول
.5 تبيع شركات الكهرباء الطاقة الكهربائية بوحدة
kWh, حيث إن 3.6 × 106 j= 1kWh. افترض أن السعر 0.15 ريال لكل kWh. فما مقدار تسخين 75 kg من الماء من درجة الحرارة 15˚ C إلى 43˚ C؟ 0.36 ريال
مسائل تدريبية
.6 خلطت عينة ماء كتلتها 2.00 × 102
g ودرجة حرارتها 80.0 ˚C مع عينة ماء كتلتها2.00 × 102 g ودرجة حرارتها 10.0 ˚C. افترض عدم فقدان حرارة إلى المحيط الخارجي, ما درجة الحرارة النهائية للخليط؟ 45˚C
.7 خاطت عينة ميثانول كتلتها 4.00 × 102
g ودرجة حرارتها 16.0 ˚C مع عينة ماء كتلتها 4.00 × 102 g ودرجة حرارتها 85.0 ˚C. مفترضاً عدم فقدان حرارة إلى المحيط الخارجي, ما درجة الحرارة النهائية للمحيط؟ 59.5˚C
.8 وضعت ثلاثة أوزان فلزية لصيد السمك في ماء كتلته
g 1.00 × 102 ودرجة حرارته 35.0 ˚C. فإذا كانت كتلة كل قطعة فلزيةg 1.00 × 102 ودرجة حرارتها 100.0 ˚C, وكانت درجة حرارة الخليط النهائية 45.0 ˚C, فما الحرارة النوعية للرصاص في الأوزان؟ 253 J/kg. ˚C
.9 وضع قالب ألمونيوم في ماء كتلته
g 1.00 × 102 ودرجة حرارته C˚ 10.0. فإذا كانت كتلة القالب 1.00 × 102 g ودرجة حرارته 100.0 ˚C وكانت درجة الحرارة النهائية للخليط 25.0 ˚C. فما الحرارة النوعية للألمونيوم؟ 836 J/kg. ˚C
5-1 مراجعة
.10 درجات الحرارة حوّل درجات الحرارة الآتية لأنظمة القياس المشار إليها:
.
a 5 ˚C إلى كلفن 278 K
.
b 34 k إلى السلسيوس. -239˚C
.
c 212 ˚C إلى كلفن 485 K
.
d 316 k إلى السلسيوس. 43˚C
.11 التحويلات حول درجات الحرارة الآتية من سلسيوس إلى كلفن.
.
a 28 ˚C 301 K
.
b 154 ˚C 427 K
.
c 568 ˚C 841 K
.
d -55 ˚C 218 K
.
e -184 ˚C 89 K
.12 الطاقة الحرارية يمكن أن تكون الطاقة الحرارية في وعاء من الماء الساخن مساوية للطاقة الحرارية في وعاء من الماء البارد؟ فسر إجابتك.
إذا كانت الكميتان متماثلتان فان لكمية الماء الساخن طاقة حرارية اكبر
.13 تدفق الحرارة لماذا تبقى البطاطا المشوية ساخنة مدة أطول من أي طعام آخر في الطبق نفسه؟
إن للبطاطا حرارة نوعية كبيرة ولا توصل الحرارة بصورة جيدة لذلك فإنها تفقد حرارتها ببطء

. الفصل الخامس (الطاقة الحرارية
5-1 درجة الحرارة والطاقة الحرارية
مسائل تدريبية
.1 حوّل درجات الحرارة الآتية من مقياس كلفن إلى مقياس سلسيوس.
115
k .a -158˚ C
.
b 172 k -101˚ C
.
c 125 k -148˚ C
.
d 402 k 129˚ C
.
e 425 k 152˚ C
.
f 212 k -61˚ C
.2 جد درجات الحرارة بالكلفن والسلسيوس لكل مما يأتي:
.
a درجة حرارة الغرفة. درجة حرارة الغرفة حوالي 72˚ F أو 22˚ C أو 295 K
.
b ثلاجة نموذجية درجة حرارة الثلاجة حوالي 4˚ C أو 277 K
.
c يوم صيفي حار في مدينة الرياض. درجة حرارة اليوم حوالي 118.4˚ F أو 48˚ C أو 321 K
.
d إحدى ليالي الشتاء في مدينة تبوك. درجة حرارة ليلة الشتاء حوالي 8˚ C أو 281 K

66 ترفع نبيلة كتاب فيزياء وزنه 12.0 N من سطح طاولة ارتفاعها عن سطح الأرض 75 cm إلى رف يرتفع 2.15 m فوق سطح الأرض, فما مقدار التغير في طاقة الوضع للنظام؟ 17 J
.67 صُمم جهاز ليظهر مقدار الطاقة المبذولة. يحوي الجهاز جسماً مربوطاً بحبل, فإذا سحب شخص الحبل ورفع الجسم مسافة 1.00
m فسيشير مقدار الطاقة إلى أن 1.00 j من الشغل قد بُذل. فما مقدار كتلة الجسم؟ 0.102 kg
.68 التنس من الشائع عند لاعبي التنس الأرضي المحترفين أن المضرب يؤثر في الكرة بقوة متوسطة مقدارها 150.0
N. فإذا كانت كتلة الكرة 0.060 kg ولامست أسلاك المضرب مدة 0.030 s كما في الشكل 4-18, فما مقدار الطاقة الحركية للكرة لحظة ابتعادها عن المضرب؟ افترض أن الكرة بدأت الحركة من السكون. 170 J
.69 يحمل طارق صاروخ دفع نفاث, ويقف على سطح جليدي عديم الاحتكاك. فإذا كانت كتلة طارق 45
kg وزوّد الصاروخ طارقاً بقوة ثابتة لمسافة 22.0 m فاكتسب طارق سرعة مقدارها 62.0 m/s. .a فما مقدار القوة؟ 3900 N
.
b وما مقدار الطاقة الحركية النهائية لطارق؟ 8.6x104 J
.70 التصادم اصطدمت سيارة كتلتها 2.00 × 103
kg وسرعتها 12.0 m/s بشجرة, فلم تتحرك الشجرة وتوقفت السيارة كما في الشكل 4-19.
.
a ما مقدار التغير في الطاقة الحركية للسيارة؟ -1.44x105 J
.
b ما مقدار الشغل المبذول عندما ترتطم مقدمة السيارة بالشجرة؟ -1.44x105 J
.
c احسب مقدار القوة التي أثرت في مقدمة السيارة لمسافة 50.0 cm. -2.88x105 N

4-1 الأشكال المتعددة للطاقة
.53 تتحرك سيارة كتلتها 1600
kg بسرعة 12.5 m/s. ما طاقتها الحركية؟ 1.3x105 J
.54 ما مقدار الطاقة الحركية لسيارة سباق كتلتها 1525
kg, عندما تكون سرعتها 108 km/h؟ 6.86x105 J
.55 مجموع كتلتي خليل ودراجته 54.0
kg. فإذا قطع خليل 1.80 km خلال 10.0 min بسرعة ثابتة, فما مقدار طاقته الحركية؟ 243 J
.56 كتلة خالد 45
kgويسير بسرعة 10.0 m/s.
.
a جد طاقته الحركية. 2300 J
.
b إذا تغيرت سرعة خالد إلى 5.0 m/s. فاحسب طاقته الحركية الآن 560 J
.
c أوجد نسبة الطاقة الحركية في الفرع aإلى الطاقة الحركية في الفرع b؟ وفسر ذلك.
مضاعفة السرعة المتجهة يضاعف الطاقة الحركية أربع مرات تتناسب الطاقة الحركية طرديا مع مربع السرعة
.57 كتلة كل من أسماء وآمنة متساويتان وتساوي 45
kg, وقد تحركتا معاً بسرعة 10.0 m/s كجسم واحد.
.
a ما مقدار الطاقة الحركية لهما معاً؟ 4500 J
.
b ما نسبة كتلتهما معاً إلى كتلة أسماء؟ 2/1
.
c ما نسبة طاقتهما الحركية معاً إلى الطاقة الحركية لأسماء؟ فسر إجابتك.
2/1، نسبة طاقتهما الحركية إلي الطاقة الحركية لأسماء هي نفسها النسبة بين كتلتهما إلي كتلة أسماء تتناسب الطاقة الحركية طرديا مع الكتلة
.58 القطار في فترة الخمسينيات من القرن الماضي, استخدم قطار تجريبي كتلته 2.5 × 104
kg, وقد تحرك في مسار مستو بمحرك نفاث يؤثر بقوة دفع مقدارها 5.00 × 105 N خلال مسافة 509 m. فما مقدار.
.
a الشغل المبذول على القطار؟ 2.55x108 J
.
b التغير في الطاقة الحركية للنظام. 2.55x108 J
.
c الطاقة الحركية النهائية للقطار إذا بدأ حركته من السكون. 2.55x108 J
.
d السرعة النهائية للقطار إذا أهملنا قوى الاحتكاك. 143 m/s
.59 مكابح السيارة تتحرك سيارة وزنها 14700 kg بسرعة 25 m/s, وفجأة استخدم السائق المكابح, وأخذت السيارة في التوقف, كما في الشكل 4-17. فإذا كان متوسط قوى الاحتكاك بين عجلات السيارة والطريق تساوي 7100N فما المسافة التي تتحركها السيارة قبل أن تتوقف؟66 m
.60 تتحرك عربة صغيرة كتلتها 15.0
kg بسرعة متجهة مقدارها 7.50 m/s على مسار مستو, فإذا أثرت فيها قوة مقدارها 10.0 N فتغيرت سرعتها وأصبحت 3.20 m/s.
.
a التغير في الطاقة الحركية للعربة؟ -345 J
.
b الشغل المبذول على العربة؟ -345 J
.
c المسافة التي ستتحركها العربة خلال تأثير القوة؟ 34.5 m
.61 يتسلق عليّ حبلاً في صالة اللعب مسافة 3.5
m. ما مقدار طاقة الوضع التي يكتسبها إذا كانت كتلته 60.0 kg؟ 2100 J
.62 البولنج أحسب الزيادة في طاقة الوضع لكرة بولنج كتلتها 6.4
kg عندما ترفع مسافة 2.1 m إلى أعلى نحو رف الكرات. 130 J
.63 احسب التغير في طاقة الوضع لخديجة عندما تهبط من الطابق العلوي إلى الطابق السفلي مسافة 5.50
m, علماً بأن وزنها 505 N؟ -2780 J
64. رفع الأثقال يرفع لاعب أثقالاً كتلتها 180
kg مسافة 1.95 m. فما الزيادة في طاقة وضع الأثقال؟ 3400 J
.65 أُطلق صاروخ تجريبي كتلته 10.0
kg رأسياً إلى أعلى من محطة إطلاق. فإذا أعطاه الوقود طاقة حركية مقدارها1960 j خلال زمن احتراق وقود المحرك كله. فما الارتفاع الإضافي (عن ارتفاع المنصة) الذي سيصل إلية الصاروخ؟ 20 m

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق