الشغل والطاقة والالات البسيطة

الشغل والطاقة والالات البسيطة

3-1 الطاقة والشغل

مسائل تدريبية

.1 اعتمد على المثال 1 لحل المسألة التالية:

.a إذا أثر لاعب الهوكي بضعفي القوة, أي 9.00 N, في القرص, فكيف يتأثر التغير في طاقة حركة القرص؟

تؤدي مضاعفة القوة إلي مضاعفة الشغل ومن ثم إلي مضاعفة التغير في الطاقة الحركية ليصبح 1.35 J

.b إذا أثر اللاعب بقوة مقدارها 9.00 N في القرص, ولكن بقيت العصا ملامسة للقرص لنصف المسافة فقط, أي 0.075 m, فما مقدار التغير في الطاقة الحركية؟

إن تقليل المسافة إلي النصف سيخفض الشغل إلي النصف ومن ثم يؤدي إلي تخفيض التغير في الطاقة الحركية بمقدار النصف فيصبح 0.68 J

.2 يؤثر طالبان معاً بقوة مقدارها 825 N لدفع سيارة مسافة .35 m

.a ما مقدار الشغل الذي يبذله الطالبان على السيارة؟ 2.9x104 J

.b إذا تضاعفت القوة المؤثرة, فما مقدار الشغل المبذول لدفع السيارة إلى المسافة نفسها؟  5.8x104 J

.3 يتسلق رجل جبلاً وهو يحمل حقيبة كتلتها 7.5 kg, وبعد 30.0 min وصل إلى ارتفاع 8.2 mفوق نقطة البداية.

.aما مقدار الشغل الذي بذله المتسلق على حقيبة الظهر؟  6x102 J

.b إذا كان وزن المتسلق 645 N, فما مقدار الشغل الذي بذله لرفع نفسه هو وحقيبة الظهر؟  5.9x103 J

.cما مقدار التغير في طاقة المتسلق؟  5.9x103 J

مسائل تدريبية

.4 إذا كان البحار الذي في المثال 2 يسحب القارب بالقوة نفسها إلى المسافة نفسها ولكن بزاوي 50.0˚, فما مقدار الشغل الذي يبذله؟  4.92x103 J

.5 يرفع شخصان صندوقاً ثقيلاً مسافةm 15 بواسطة حبلين يصنع كل منها زاوية 15˚مع الرأسي, ويؤثر كل من الشخصين بقوة مقدارها .255 N ما مقدار الشغل الذي يبذلانه؟   6.5x103 J

.6 يحمل مسافر حقيبة سفر وزنها 215 N إلى أعلى سلم, بحيث يعمل إزاحة مقدارها 4.20 m في الاتجاه الرأسي و4.60 m في الاتجاه الأفقي.

.a ما مقدار الشغل الذي بذله المسافر؟ 903 J

.b إذا حمل المسافر نفسه حقيبة السفر نفسها إلى أسفل السلم نفسه, فما مقدار الشغل الذي يبذله؟   -903 J

.7 يُستخدم حبل في سحب صندوق معدني مسافة 15.0 m على سطح الأرض, فإذا كان الحبل مربوطاً بحيث يصنع زاوية مقدارها 46.0˚ فوق سطح الأرض وتؤثر قوة مقدارها 628 N في الحبل, فما مقدار الشغل الذي تبذله هذه القوة؟   6.54x103 J

.8 دفع سائق دراجة هوائية كتلتها 13 kg إلى أعلى تل شديد الانحدار بلغ ميله 25˚ وطوله 275 m, كما في الشكل 3-4, وكان يدفع دراجته في اتجاه موازِِِ للطريق وبقوة مقدارها 25 N. فما مقدار الشغل الذي:

.aيبذله السائق على دراجته الهوائية؟  6.9x103 J

.b تبذله قوة الجاذبية الأرضية على الدراجة الهوائية؟  -1.5x104 J

مسائل تدريبية

.9رفع صندوق يزن 575 N إلى أعلى مسافة 20.0 m رأسياً بواسطة حبل قوي موصول بمحرك. فإذا تم إنجاز العمل خلال 10.0, فما القدرة التي يولدها المحرك بوحدة W ووحدة kW؟

1.15x103 W=1.15KW

.10 إذا كنت تدفع عربة يدوية مسافة 60.0 m وبسرعة ثابتة المقدار مدة 25.0وذلك بالتأثير بقوة مقدارها 145 N في اتجاه أفقي

.a فما مقدار القدرة التي يولدها؟  348 W

.b وإذا كنت تحرك عربة اليد بضعف مقدار السرعة, فما مقدار القدرة التي تولدها؟  696 W

.11 ما مقدار القدرة التي تولدها مضخة في رفع 35 L من الماء كل دقيقة من عمق 110 m؟ [ كل1 L من الماء كتلته [1.00 kg   0.63 KW

12. يولد محرك كهربائي قدرة 65 W لرفع مصعد مكتمل الحمولة مسافة 1.75 m خلال 35 s. ما مقدار القوة التي يبذلها المحرك؟ 1.3x105 N

.13 صُممت رافعة ليتم تثبيتها على شاحنة كما في الشكل 3-7, ولدى اختبار قدرتها ربطت الرافعة بجسم وزنه يعادل أكبر قوه تستطيع الرافعة التأثير بها, ومقدارها 6.8 × 103 N, فرفعت الجسم مسافة 15 m مولدة قدرة مقدارها .0.30 kW ما الزمن الذي احتاجت إلية الرافعة لرفع الجسم؟   5.7 min

.14 توقفت سيارتك فجأة وقمت بدفعها, ولاحظت أن القوة اللازمة لجعلها تستمر في الحركة آخذة في التناقص مع استمرار حركة السيارة, افترض أنة خلال مسافة 15 m الأولى تناقصت قوتك بمعدل ثابت من 210.0 n إلى 40.0 N, فما مقدار الشغل الذي بذلته على السيارة؟ ارسم المنحنى البياني القوة – الإزاحة لتمثل الشغل المبذول خلال هذه الفترة. 1.9x103 J

3-1مراجعة

.15 الشغل تدفع مريم جسماً كتلته 20 kg مسافة 10 m على أرضية غرفة بقوة أفقية مقدارها .80 N احسب مقدار الشغل الذي تبذله مريم.  8x102 J

.16 الشغل يحمل عامل ثلاجة كتلتها 185 kg على عربة نقل متحركة, وذلك بدفعها إلى أعلى مسافة 10.0 m على لوح مائل عديم الاحتكاك يميل بزاوية 11.0˚ على الأفقي. ما مقدار الشغل الذي يبذله العامل؟  3.46x103 J

.17 الشغل والقدرة هل يعتمد الشغل اللازم لرفع كتاب إلى رف عالٍِ, على مقدار سرعة رفعة؟ وهل تعتمد القدرة على رفع الكتاب على مقدار سرعة رفعه؟ وضح إجابتك.

لا، الشغل ليس دالة رياضية بدلالة الزمن بينما القدرة دالة رياضية بدلالة الزمن تعتمد القدرة المطلوبة على مقدار سرعة صعودك

18. القدرة يرفع مصعد جسماً كتلته 1.1 × 103 kg مسافة 40.0 m خلال .12.5 s ما القدرة التي يولدها المصعد؟  3.4x104 W

.19 الشغل تسقط كرة كتلتها 0.180 kg مسافة 2.5 m, فما مقدار الشغل الذي تبذله قوة الجاذبية الأرضية على الكرة؟  4.4 J

20. الكتلة ترفع رافعة صندوقاً مسافة 1.2 m, وتبذل عليه شغلاً مقداره 7.0 kj. ما مقدار كتلة الصندوق؟  600 kg

.21 الشغل تحمل أنت وزميلك صندوقين متماثلين من الطابق الأول من مبنى إلى غرفة تقع في نهاية ممر في الطابق الثاني. فإذا اخترت أن تحمل الصندوق إلى أعلى الدرج ثم تمر عبر الممر لتصل إلى الغرفة, في حين اختار زميلك أن يحمل صندوقه من الممر في الطابق الأول ثم يصعد به سلماً رأسياً إلى أن يصل إلى الغرفة, فأيهما يبذل شغلاً أكبر؟

كلاهما ينجز كمية الشغل نفسها

.22 الشغل وطاقة الحركة إذا تضاعفت الطاقة الحركية لجسم بفعل شغل مبذول عليه, فهل تتضاعف سرعة الجسم؟ إذا كان الجواب بالنفي فما النسبة التي تتغير بها سرعة الجسم؟

تتناسب الطاقة الحركية مع مربع السرعة لذلك فان مضاعفة الطاقة تؤدي إلي مضاعفة مربع السرعة فتتزايد السرعة بالمعامل 1.4

23. التفكير الناقد وضح كيفية إيجاد التغير في طاقة نظام إذا أثرت فيه ثلاث قوى في آنٍ واحد.

لان الشغل عبارة عن تغير في الطاقة الحركية فاحسب الشغل المبذول بواسطة كل قوة يمكن أن يكون الشغل موجب أو سالب أو صفر ويعتمد على الزاوية بين القوة وإزاحة الجسم يمثل مجموع الكميات الثلاث للشغل التغير في طاقة النظام

3-2 الالات

مسائل تدريبية

24. إذا تضاعف نصف قطر ناقل الحركة في الدراجة الهوائية في المثال 4, في حين بقيت القوة المؤثرة في السلسلة والمسافة التي تحركتها حافة الدولاب دون تغيير, فما الكميات التي تتغير؟ وما مقدار التغير؟

الفائدة الميكانيكية المثالية=0.225 ، الفائدة الميكانيكية=0.214

F=33.2 N , d=3.15 cm

.25 تستخدم مطرقة ثقيلة لطرق إسفين في جذع شجرة لتقسيمه, فعندما ينغرس الإسفين مسافة 0.20 m في الجذع فإنه ينفلق مسافة مقدارها 5.0 cm. إذا علمت أن القوة اللازمة لفلق الجذع هي 1.7 × 104N, وأن المطرقة تؤثر بقوة 1.1 × 104 N

.a فما مقدار الفائدة الميكانيكية المثالية ((IMA للإسفين؟  4

.b وما مقدار الفائدة الميكانيكية MA)) للإسفين؟  1.5

.c احسب كفاءة الإسفين إذا اعتبرناه آلة.  38%

26. يستخدم عامل نظام بكرة عند رفع صندوق كرتون كتلته 24.0 kg مسافة 16.5 m كما في الشكل 3-14. فإذا كان مقدار القوة المؤثرة 129 N وسحُب الحبل مسافة m 33.0.

.a فما مقدار الفائدة الميكانيكية (MA) لنظام البكرة؟  1.82

.b وما مقدار كفاءة النظام؟  91%

27. إذا أثرت بقوة مقدارها 255 N في رافعة لرفع صخرة وزنها N 1.25 × 103 مسافة 13 cm, وكانت كفاءة الرافعة 88.7 % فما المسافة التي تحركتها نهاية الرافعة من جهتك؟  0.81 m

28. تتكون رافعة (winch) من ذراع نصف قطره 45 cm, يتصل الذراع بأسطوانة نصف قطرها 7.5 cm, ملفوف حولها حبل, ومن الطرف الثاني للحبل يتدلى الثقل المراد رفعه. عندما تدور الذراع دورة واحدة تدور الأسطوانة دورة واحدة أيضاً.

.a ما مقدار الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) لهذه الآلة؟  6

.b إذا كانت فاعلية الآلة 75 % فقط نتيجة تأثير قوة الاحتكاك, فما مقدار القوة التي يجب التأثير بها في مقبض الذراع ليؤثر بقوة مقدارها 750 N في الحبل؟  1.7x102 N

3-2 مراجعة

29. الآلات البسيطة صنف الأدوات أدناه إلى رافعة, أو دولاب ومحور, أو مستوى مائل, أو إسفين, أو بكرة.

.a مفك براغي    الدولاب والمحور

.b كمّاشة    الرافعة

.c إزميل    الإسفين

.d نزّاعة الدبابيس   الرافعة

30. الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA)يتفحص عامل نظام بكرات متعددة؛ وذلك لتقدير أكبر جسم يمكن أن يرفعه. فإذا كانت أكبر قوة عمودية يمكن للعامل التأثير بها إلى الأسفل مساوية لوزنه 875 N, وعندما يحرك العامل الحبل مسافة 1.5 m فإن الجسم يتحرك مسافة 0.25 m, فما وزن أثقل جسم بمكن رفعه؟   5.3x103 N

31. الآلات المركبة للونش ذراع نصف قطر دورانه 45 cm, أسطوانة نصف قطرها 7.5 cm خلال مجموعة من نواقل الحركة, بحيث يدور الذراع ثلاث دورات لتدور الأسطوانة دورة واحدة. فما مقدار الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) لهذه الآلة المركبة؟  18

.32 الكفاءة إذا رفعت كفاءة آلة بسيطة, فهل تزداد الكفاءة الميكانيكية (MA), والفائدة الميكانيكية المثالية IMA)), أم تنقص, أم تبقى ثابتة؟

تتزايد الفائدة الميكانيكية بينما تبقي الفائدة الميكانيكية المثالية كما هي أو تتناقص الفائدة الميكانيكية المثالية بينما تبقي الفائدة الميكانيكية كما هي أو تتزايد الفائدة الميكانيكية بينما الفائدة الميكانيكية المثالية تتناقص

.33 التفكير الناقد تتغير الفائدة الميكانيكية لدراجة هوائية متعددة نواقل الحركة بتحريك السلسلة بحيث تدور ناقل حركة خلفياً مناسباً.

.a عند الانطلاق بالدراجة عليك أن تؤثر في الدراجة بأكبر قوة ممكنة؛ لتكسبها تسارعاً, فهل ينبغي أن تختار ناقل حركة صغيراً أم كبيراً؟    كبير

.b إذا وصلت إلى مقدار السرعة المناسب وأردت تدوير الدواسة بأقل عدد ممكن من الدورات, فهل تختار ناقل حركة كبيراً أم صغيراً؟  صغير

.c بعض أنواع الدراجات الهوائية تمنحك فرصة اختيار حجم ناقل الحركة الأمامي. فإذا كنت بحاجة إلى قوة أكبر لتحدث تسارعاً في أثناء صعودك تلاً, فهل تتحول إلى ناقل الحركة الأمامي الأصغر أم الأكبر؟ الأصغر

التقويم

خريطة مفاهيم

.34 كون خريطة مفاهيم مستخدماً المفردات الآتية:

القوة،الازاحة،اتجاه الحركة, الشغل, التغير في الطاقة الحركية.

الازاحة –اتجاه الحركة

القوة-التغير في الطاقة

الشغل

إتقان المفاهيم

35. ما وحدة قياس الشغل؟  الجول

.36 افترض أن قمراً صناعياً يدور حول الأرض في مدار دائري, فهل تبذل قوة الجاذبية الأرضية أي شغل على القمر؟

لا ، إن قوة الجاذبية تتجه نحو مركز الأرض ومتعامدة مع اتجاه إزاحة القمر الصناعي

.37 ينزلق جسم بسرعة ثابتة على سطح عديم الاحتكاك. ما القوى المؤثرة في الجسم؟ وما مقدار الشغل التي تبذله كل قوة؟

قوة الجاذبية وقوة رد الفعل الراسية إلي اعلي فقط تؤثران في الجسم لا يبذل شغل لان الإزاحة متعامدة مع هذه القوي

.38 عرف كلا من الشغل والقدرة؟

الشغل:حاصل ضرب القوة في المسافة التي قطعها الجسم في اتجاه القوة والقدرة:هي المعدل الزمني لبذل الشغل

.39 ماذا تكافئ وحدة الواط بدلالة وحدات الكيلو جرام والمتر والثانية؟  kg.m2/s3

.40 وضح العلاقة بين الشغل المبذول والتغير في الطاقة. الشغل المبذول يساوي التغير في الطاقة الحركية

41. هل يمكن لآلة ما أن تعطي شغلاً ناتجاً أكبر من الشغل المبذول عليها. e

100%

.42 فسر كيف يمكن اعتبار الدواسات التي في الدراجة الهوائية آلة بسيطة؟

تنقل الدواسة القوة من السائق إلي الدراجة خلال الدولاب والمحور

تطبيق المفاهيم

.43 أي الحالتين التاليتين تطلب بذل شغل أكبر: حمل حقيبة ظهر وزنها 420 Nإلى أعلى تل ارتفاعه 200 m, أو حمل حقيبة ظهر وزنها 210 N إلى أعلى تل ارتفاعه 400 m؟ ولماذا؟

كل منها يحتاج نفس كمية الشغل نفسها لان حاصل ضرب القوة في المسافة متساوي

.44 الرفع يقع صندوق كتب تحت تأثير قوتين في أثناء رفعك له عن الأرض لتضعه على سطح الطاولة؛ إذ تؤثر فيه الجاذبية الأرضية بقوة مقدارها mg)) إلى أسفل وتؤثر فيه أنت بقوة مقدارها mg)) إلى أعلى, ولأن هاتين القوتين متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه فيبدو كأنه لا يوجد شغل مبذول, ولكنك تعلم أنك بذلت شغلاً. فسر ما الشغل الذي بذل؟

أنت بذلت شغلا موجبا على الصندوق لان القوة والحركة في الاتجاه نفسه وقوة الجاذبية بذلت شغلا سالبا على الصندوق لان قوة الجاذبية في عكس اتجاه الحركة وكل من الشغل الذي بذلته الجاذبية الأرضية مستقل عن الآخر ولا يلغي احدهما الآخر

.45 يحمل عامل صناديق كرتونية إلى أعلى السلم ثم يحمل صناديق مماثلة لها في الوزن إلى أسفله. غير أن معلم الفيزياء يرى أن هذا العامل لم "يشتغل" مطلقاً, لذا فإنه لا يستحق أجراً. فكيف يمكن أن يكون المعلم على صواب؟ وكيف يمكن إيجاد طريقة ليحصل فيها العامل على أجره؟

الشغل المحصل يساوي صفر لان حمل صندوق الكرتون إلي الطابق الأعلى يتطلب بذل شغل موجب وحمله ثانية إلي أسفل يتطلب بذل شغل سالب والشغل المبذول في الحالتين متساوي في المقدار ومتعاكس في الإشارة لان المسافتين في الحالتين متساويتان في المقدار ومتعاكستان  في الاتجاه

.46 إذا حمل العامل في المسألة السابقة الكراتين إلى أسفل درج, ثم سار بها مسافة 15 mفي ممر, فهل يبذل شغلاً الآن؟ فسر إجابتك.

لا القوة المؤثرة في الصندوق رأسية إلي أعلى والإزاحة أفقية على امتداد الممر وهما متعامدتان ولا يبذل شغل في هذه الحالة

.47 صعود الدرج يصعد شخصان لهما الكتلة نفسها العدد نفسه من الدرجات. فإذا صعد الشخص الأول الدرجات حلال 25 s, وصعد الثاني الدرجات خلال 35 s,

.a فأي الشخصين بذل شغلاً أكبر؟ فسر إجابتك.

يبذل الشخصين كمية الشغل نفسها لأنهما يصعدان عدد الدرجات نفسه ولهما الكتلة نفسها

.b أي الشخصين أنتج قدرة أكثر؟ فسر إجابتك.

الشخص الذي يصعد خلال 25 s ينفق قدرة اكبر لذلك يلزمه زمن اقل لقطع المسافة

.48 وضح أن القدرة المنقولة يمكن كتابتها على النحو التالي: p = Fvcosθ

P= W/t , W=Fd cos

P= Fd cos /t  , v=d/t

P= Fv cos

49. كيف تستطيع زيادة الفائدة الميكانيكية المثالية للآلة؟

بزيادة النسبة de/dr لزيادة الفائدة الميكانيكية المثالية للآلة

50. الإسفين كيف تستطيع زيادة الفائدة الميكانيكية للإسفين دون تغيير فائدته الميكانيكية المثالية؟

قلل الاحتكاك ما أمكن لتقليل قوة المقاومة

.51 المدارات فسر لماذا لا يتعارض دوران كوكب حول الشمس من نظرية الشغل والطاقة؟

افترض مدارا دائريا القوة العائدة للجاذبية الأرضية متعامدة مع اتجاه الحركة وهذا يعني أن الشغل المبذول يساوي صفرا ولأنه لا يوجد تغير في الطاقة الحركية للكوكب لذلك فان سرعته لا تتزايد ولا تتناقص

52. المطرقة ذات الكماشة تستخدم المطرقة ذات الكماشة لسحب مسمار من قطعة خشب كما في الشكل 3-16. فأين ينبغي أن تضع يدك على المقبض؟ وأين ينبغي أن يكون موقع المسمار بالنسبة لطرفي الكماشة لجعل القوة (المسلطة) أقل ما يمكن؟

يجب أن تكون يدك بعيدة قدر الإمكان عن الرأس لجعل de كبيرة ما أمكن ويجب أن يكون المسمار قريبا إلي الرأس قدر الإمكان لجعل  dt صغيرة ما أمكن

إتقان حل المسائل

3-1 الطاقة والشغل

.53 يبلغ ارتفاع الطابق الثالث لمنزل 8 m فوق مستوى الشارع. ما مقدار الشغل اللازم لنقل ثلاجة كتلتها 150 kg إلى الطابق الثالث؟  104 J

.54 يبذل ماهر شغلاً مقداره 176 j لرفع نفسه مسافة 0.300 m. ما كتلة ماهر؟   59.9 kg

.55 كرة قدم قفز لاعب كتلته 84.0 kg فرحاً بعد أن سجل هدفاً مسافة 1.20 m فوق سطح الأرض, فما الشغل الذي بذله اللاعب؟ 988 J

.56 لعبة شد الحبل بذل الفريق Aخلال لعبة شد الحبل شغلاً مقداره 2.20 × 103 j عند سحب الفريق B مسافة 2.00 m, فما مقدار القوة التي أثر بها الفريق A؟  1.1x103 N

.57 تسير سيارة بسرعة ثابتة, في حين يؤثر محركها بقوة مقدارها 551 N لموازنة قوة الاحتكاك, والمحافظة على ثبات السرعة, ما مقدار الشغل المبذول ضد قوة الاحتكاك بواسطة السيارة عند انتقالها بين مدينتين تبعدان مسافة 161 km إحداهما عن الأخرى؟ 8.87x107 J

58. قيادة الدراجة يؤثر سائق دراجة هوائية بقوة مقدارها 15.0 N عندما يقود دراجته مسافة 251 m لمدة 30.0 s ما مقدار القدرة التي ولدها؟   126 W

.59 يرفع أمين مكتبة كتاباً كتلته 2.2 kgمن الأرض إلى ارتفاع 1.25 m, ثم يحمل الكتاب ويسير مسافة 8.0 m إلى رفوف المكتبة ويضع الكتاب على رف يرتفع مسافة 0.35 mفوق مستوى الأرض. ما مقدار الشغل الذي بذله على الكتاب؟  7.5 J

.60 تستخدم قوة مقدارها 300.0 N لدفع جسم كتلته 145 kg أفقياً مسافة 30.0 m خلال 30.0 s.

.a احسب مقدار الشغل المبذول على الجسم.   9 KJ

.b احسب مقدار القدرة المتولدة.  3 KW

.61 العربة يتم سحب عربة عن طريق التأثير في مقبضها بقوة مقدارها 38.0 N, وتصنع زاوية 42.0˚ مع خط الأفق, فإذا سحبت العربة في مسار دائري نصف قطره 25.0 m, فما مقدار الشغل المبذول؟  4.44x103 J

.62 مجز العشب يدفع عامل مجز عشب بقوة مقدارها 88.0 N, مؤثراً في مقبضه الذي يصنع زاوية 41.0˚ على الأفقي. ما مقدار الشغل الذي يبذله العامل في تحريك المجز مسافة 1.2 km لجز العشب في فناء المنزل؟  8x104 J

.63 يلزم بذل شغل مقداره 1210 j لسحب قفص كتلته 17.0 kg مسافة 20.0 m. فإذا تم إنجاز الشغل بربط القفص بحبل وسحبه بقوة مقدارها 75.0 N, فما مقدار زاوية ربط الحبل بالنسبة للأفقي؟  36.2

.64 جرار زراعي يصعد جرار زراعي كتلته 120 kg أعلى طريق مائل كما في الشكل 3-17, فإذا كان الطريق يميل بزاوية 21˚ على الأفقي, وقطع الجرار مسافة 12.0 m, خلال 2.5 s, فاحسب القدرة التي أنتجها الجرار.  2x103 W

65. إذا كنت تدفع صندوقاً إلى أعلى مستوى يميل بزاوية 30.0˚ على الأفقي عن طريق التأثير فيه بقوة مقدارها 225 N في اتجاه مواز للمستوى المائل, فتحرك الصندوق بسرعة ثابتة, وكان معامل الاحتكاك يساوي 0.28, فما مقدار الشغل الذي بذلته على الصندوق إذا كانت المسافة الراسية المقطوعة 1.15 m؟  518 J

.66 زلاجة يسحب شخص زلاجة كتلتها 4.5 kg على جليد بقوة مقدارها 225 N بواسطة حبل يميل بزاوية 35.0˚ على الأفقي كما في الشكل 3-18. فإذا تحركت الزلاجة مسافة 65.3 m, فما مقدار الشغل الذي بذله الشخص؟    1.2x104 J

.67 درج كهربائي يقف شخص كتلته 52 kg على درج كهربائي طوله 227 m, ويميل 31˚ على الأفقي في متنزه المحيط في مدينة هونج كونج والذي يعد أطول درج كهربائي في العالم. ما مقدار الشغل الذي يبذله الدرج على الشخص؟  6x104 J

.68 مدحلة العشب تدفع مدحلة عشب بقوة مقدارها 115 N في اتجاه مقبضها الذي يميل بزاوية 22.5˚ على الأفقي, فإذا أنتجت قدرة64.4 W لمدة 90.0 s, فما مقدار المسافة التي دفعتها المدحلة؟ 54.7 m

69. يدفع عامل صندوقاً على أرضية مصنع متغيرة الخشونة بقوة أفقية, حيث يجب على العامل أن يؤثر بقوة مقدارها 35 N لمسافة 12 m, وأخيراً يؤثر بقوة مقدارها 10 N مسافة 8m.

.a ارسم المنحنى البياني للقوة – المسافة.

.b جد مقدار الشغل الذي بذله العامل لدفع الصندوق.  600 J

.70 يدفع شخص صندوقاً كتلته 60.0 kg إلى أعلى مستوى مائل طوله 2.0 m متصل بمنصة أفقية ترتفع 1.0 m فوق مستوى الأرض, كما في الشكل .3-19 حيث تلزم قوة مقدارها 400.0 N تؤثر في اتجاه يوازي المستوى المائل لدفع الصندوق إلى أعلى المستوى بسرعة ثابتة المقدار.

.a ما مقدار الشغل الذي بذله الشخص في دفع الصندوق إلى أعلى المستوى المائل؟  800 J

.b ما مقدار الشغل الذي يبذله الشخص إذا رفع الصندوق رأسياً إلى أعلى من سطح الأرض إلى المنصة؟  590 J

.71محرك القارب يدفع محرك قارباً على سطح الماء بسرعة ثابتة مقدارها 15 m/s, ويجب أن يؤثر المحرك بقوة مقدارها 6.0 kN ليوازن قوة مقاومة الماء لحركة القارب. ما قدرة محرك القارب؟  90 KW

72. يوضح الرسم البياني في الشكل 3-20 منحنى القوة – الاستطالة (المسافة التي يستطيلها النابض تحت تأثير القوة) لنابض معين.

.a احسب ميل المنحنى البياني K, وبين أن F = kd, حيث K= 25 N/m  25 N/m

b. جد مقدار الشغل المبذول في استطالة النابض من 0.00 m إلى 0.20 m, وذلك بحساب المساحة تحت المنحنى البياني من 0.00 إلى 0.20 m. 0.5 J

c. بين أن إجابة الفرع (b) يمكن التوصل إليها باستخدام المعادلة W = 1/2kd2, حيث تمثل W الشغل, k = 25 N/m (ميل المنحنى البياني), وd مسافة استطالة النابض 0.20m)). =0.5 J  W= 0.5 kd2

73. استخدم الرسم البياني في الشكل 3-20 لإيجاد الشغل اللازم لاستطالة النابض من 0.12 m إلى .0.28 m  0.8 J

.74 يدفع عامل صندوقاً يزن 93 Nإلى أعلى مستوى مائل, لكن اتجاه دفع العامل أفقي يساوي سطح الأرض. انظر الشكل .3-21

.aإذا أثر العامل بقوة مقدارها .85 N فما مقدار الشغل الذي يبذله؟  340 J

.b ما مقدار الشغل الذي تبذله قوة الجاذبية الأرضية؟ (انتبه إلى الإشارات التي تستخدمها).  -280 J

.c إذا كان معامل الاحتكاك الحركي 0.20, فما مقدار الشغل المبذول بواسطة قوة الاحتكاك؟ (انتبه إلى الإشارات التي تستخدمها). -130 J

.75 مضخة الزيت تضخ مضخة 0.550 m3 من الزيت خلال 35.0 s في برميل يقع على منصة ترتفع 25.0 m فوق مستوى أنبوب السحب. فإذا كانت كثافة الزيت 0.820 g/cm3, فاحسب:

.a الشغل الذي تبذله المضخة.   110 kJ

.b القدرة التي تولدها المضخة.  3.14 kW

.76 حزام نقل يستخدم حزام نقل طوله 12.0 m يميل بزاوية 30.0˚ على الأفقي لنقل حزم من الصحف من غرفة البريد إلى مبنى الشحن. فإذا كانت كتلة كل صحيفة1.0 kg وتتكون كل حزمة من 25 صحيفة, فاحسب القدرة التي يولدها حزام النقل إذا كان ينقل 15 حزمة في الدقيقة.  370 W

.77تسير سيارة على الطريق بسرعة ثابتة مقدارها .76 km/h فإذا كان محرك السيارة يولد قدرة مقدارها 48 kW, فاحسب متوسط القوة التي تقاوم حركة السيارة.  2.3x103 N

78. يوضح الرسم البياني في الشكل 3-22 منحنى القوة والإزاحة لعملية سحب جسم.

.a احسب الشغل المبذول لسحب الجسم مسافة 7.0 m. 260 J

.b احسب القدرة المتولدة إذا تم إنجاز الشغل خلال 2.0 s.  130 W

3-2 الآلات

.79رفع شخص صندوقاً وزنه1200 N مسافة 5.00 m باستخدام مجموعة بكرات, بحيث سحب من الحبل طولاً مقداره20.0 m , فما مقدار:

.a القوة (المسلطة) التي سيطبقها شخص إذا كانت هذه الآلة مثالية؟  300 N

.b القوة المستخدمة لموازنة قوة الاحتكاك إذا كانت القوة الفعلية (المسلطة) 340 N؟40 N

.c الشغل الناتج؟  6000 J

.d الشغل المبذول؟  6800 J

.e الفائدة الميكانيكية؟  3.5

80. الرافعة تعد الرافعة آلة بسيطة ذات فاعلية كبيرة جداً, وذلك بسبب ضآلة قوة الاحتكاك فيها, فإذا استخدمت رافعة فاعليتها 90 %, فما مقدار الشغل اللازم بذله لرفع جسم كتلته 18.0 kg مسافة 0.50 m؟   98 J

.81 يستخدم نظام بكرة لرفع جسم وزنه 1345 N مسافة 0.975 m, حيث يسحب شخص الحبل مسافة 3.90 m عن طريق التأثير فيه بقوة مقدارها 375 N.

.a ما مقدار الفائدة الميكانيكية المثالية للنظام؟  4

.b ما مقدار الفائدة الميكانيكية؟  3.59

.c ما كفاءة النظام؟  89.8%

82. تؤثر قوة مقدارها 1.4 N مسافة 40.0 cm في حبل متصل برافعة لرفع جسم كتلته0.50 kg مسافة 10.0 cm. احسب كلا مما يلي:

.a الفائدة الميكانيكية MA.  3.5

.b الفائدة الميكانيكية المثالية IMA.  4

.c الكفاءة.  88%

.83 يؤثر طالب بقوة مقدارها 250 N في رافعة, مسافة 1.5 m فيرقع صندوقاً كتلته150 kg . فإذا كانت كفاءة الرافعة 90 %, فاحسب المسافة التي ارتفعها الصندوق؟  0.24 m

.84 ما مقدار الشغل اللازم لرفع جسم كتلته 215 kgمسافة 5.65 m باستخدام آلة كفائتها 72.5 %؟  1.64x104 J

.85 إذا كان طول المستوى المائل 18 m كما في الشكل 3-23, وارتفاعه 4.5 m, فاحسب ما يأتي:

.a مقدار القوة الموازية للمستوى المائل FA اللازمة لسحب صندوق كتلته 25 kg بسرعة ثابتة إلى أعلى المستوى المائل إذا أهملنا قوة الاحتكاك.  61 N

.b الفائدة الميكانيكية المثالية للمستوى المائل.  4

.c الفائدة الميكانيكية الحقيقية MA وكفاءة المستوى المائل إذا لزمت قوة مقدارها 75 N في اتجاه مواز لسطح المستوى المائل لإنجاز العمل.  82% , 3.3

86. الدراجة الهوائية يحرك صبي دواسات (بدالات) دراجة هوائية نصف قطر ناقل الحركة فيها 5.00 cm ونصف قطر دولابها 38.6 cm كما في الشكل 3-24, فإذا دار الدولاب دورة واحدة, فما طول السلسلة المستخدمة؟  31.4 cm

.87 الونش يشغل محرك كفاءته 88 % ونشاً كفاءته 42 %, فإذا كانت القدرة المزودة للمحرك 5.5 kW, فما السرعة الثابتة التي يرفع الونش فيها صندوقاً كتلته 410 kg؟ 0.5 m/s

88-تتكون آلة مركبة من رافعة متصلة بنظام بكرات, فإذا كانت هذه الآلة المركبة في حالتها المثالية تتكون من رافعة فائدتها الميكانيكية المثالية 3.0, ونظام بكرة فائدتها الميكانيكية المثالية 2.0.

.a فأثبت أن الفائدة الميكانيكية المثالية IMA للآلة المركبة تساوي 6.0.   IMA=6

.b وإذا كانت كفاءة الآلة المركبة 60 %, فما مقدار القوة (المسلطة) التي يجب التأثير بها في الرافعة لرفع صندوق كتلته 540 N؟150 N

.c إذا تحركت جهة تأثير القوة من الرافعة مسافة 12.0 cm, فما المسافة التي رفع إليها الصندوق؟  2 cm

مراجعة عامة

.89المستويات المائلة إذا أرادت فتاة نقل صندوق إلى منصة ترتفع 2.0 m عن سطح الأرض, ولديها الخيار أن تستخدم مستوى مائلاً طوله 3.0 mأو مستوى مائلاً طوله4.0 m , فأي المستويين ينبغي أن تستخدم الفتاة إذا أرادت أن تبذل أقل كمية من الشغل, علماً بأن المستويين عديما الاحتكاك؟

أي مستوي مائل: المسافة الرأسية فقط مهمة إذا استخدمت الفتاة مستوي مائلا طويلا فسوف يكون نفسه

.90 يرفع لاعب ثقلاً كتلته 240 kg مسافة 2.35 m.

.a ما مقدار الشغل الذي يبذله اللاعب لرفع الثقل؟  5.5x103 J

.bما مقدار الشغل الذي يبذله اللاعب للإمساك بالثقل فوق رأسه؟ d=0 ، لذلك فانه لا يبذل شغلا

.c ما مقدار الشغل الذي يبذله اللاعب لإنزال الثقل مرة أخرى على الأرض؟  -5.5x103 J

.d هل يبذل اللاعب شغلاً إذا ترك الثقل يسقط في اتجاه الأرض؟

لا، لا يؤثر بقوة لذلك فانه لا يبذل شغلا سواء كان موجبا أو سالبا

.e إذا رفع اللاعب الثقل خلال 2.5 s, فما مقدار قدرته على الرفع؟ 2.2 kW

.91 يتطلب جر صندوق عبر أرض أفقية بسرعة ثابتة قوة أفقية مقدارها 805 N. فإذا ربطت الصندوق بحبل, وسحبته, بحيث يميل الحبل بزاوية 32˚ على الأفقي.

.a فما مقدار القوة التي تؤثر بها في الحبل؟ 950 N

.b وما مقدار الشغل الذي بذلته على الصندوق إذا حركته مسافة 22 m؟  1.8x104 J

.c إذا حركت الصندوق خلال 8.0 s, فما مقدار القدرة الناتجة؟  2.2 KW

.92العربة والمستوى المائل تستخدم عربة متحركة لنقل ثلاجة كتلتها 115 kg إلى منزل, وقد وضعت العربة التي تحمل الثلاجة على مستوى مائل, ثم سحبت بمحرك يسلط عليها قوة مقدارها 496 N, فإذا كان طول المستوى المائل 2.10 m, وارتفاعه 0.85 m, وكونت العربة والمستوى المائل آلة, فاحسب كلاً مما يأتي:

.a مقدار الشغل الذي يبذله المحرك.  1040 J

.b مقدار الشغل المبذول على الثلاجة بواسطة الآلة.  958 J

.c كفاءة الآلة.  92.1%

93. تبذل سمر شغلاً مقداره 11.4 kj لجر صندوق خشبي بواسطة حبل مسافة 25.0 m على أرضية غرفة بسرعة ثابتة المقدار حيث يصنع الحبل زاوية 48.0˚ على الأفقي.

.a ما مقدار القوة التي يؤثر بها الحبل في الصندوق؟ 681 N

.b ما مقدار قوة الاحتكاك المؤثرة في الصندوق؟   456 N عكس اتجاه الحركة

.c ما مقدار الشغل المبذول من أرضية الغرفة بواسطة قوة الاحتكاك بين الأرض والصندوق؟

  -1.14x104 J

.94 تزلج سحبت مزلجة (عربة التنقل على الجليد) وزنها 845 N مسافة 185 m, حيث تطلبت هذه العملية بذل شغل مقداره 1.20 ×104 j عن طريق التأثير بقوة سحب مقدارها 125 N في حبل مربوط بالمزلجة. ما مقدار الزاوية التي يصنعها الحبل بالنسبة للأفقي؟ 58.7

.95 يسحب ونش كهربائي صندوقاً وزنه 875 N إلى أعلى مستوى يميل بزاوية 15˚على الأفقي وبسرعة مقدارها 0.25 m/s. إذا كان معامل الاحتكاك الحركي بين الصندوق والمستوى المائل 0.45, فأجب عن الآتي:

.a ما القدرة التي أنتجها الونش؟  150 W

.b إذا كانت كفاءة الونش 85 %, فما القدرة الكهربائية التي يجب تزويد الونش بها؟  360 W

التفكير الناقد

.96 حلّل ثم استنتج افترض أنك تعمل في مستودع, وتقوم بحمل صناديق إلى طابق التخزين الذي يرتفع 12 m فوق سطح الأرض, ولديك 30صندوقاً كتلتها الكلية 150 kg يجب نقلها بأقصى سرعة ممكنة, ولتحقيق ذلك لديك أكثر من خيار؛ .............

القدرة القصوى =25 W للصناديق الثلاثة الزمن= 12 min تقريبا

97. تطبيق المفاهيم يجتاز عداء كتلته 75 kg مضماراً طوله 50.0 m خلال 8.50 s. افترض أن تسارع العداء ثابت في أثناء السباق,

.a ما متوسط قدرة العداء خلال السباق؟ 610 W

.b وما أقصى قدرة يولدها العداء؟ 1.2x103 W

.c ارسم منحنى بيانياً كمياً للقدرة مقابل الزمن يمثل مسار السباق من بدايته لنهايته.

.98 تطبيق المفاهيم إذا اجتاز العداء في السؤال السابق مضمار السباق نفسه (طوله 50.0 m) خلال الزمن نفسه (8.50 s), لكنه هذه المرة تسارع في الثانية الأولى فقط, ثم أخذ يعدو خلال الزمن المتبقي للسباق بسرعة منتظمة, فاحسب ما يأتي:

.a متوسط القدرة المتولدة خلال الثانية الأولى.   1.5x103 W

.b أقصى قدرة يولدها العداء.    3x103 W

الكتابة في الفيزياء

.99 تعد الدراجة الهوائية آلة مركبة وكذلك السيارة أيضاً. جد كفاءة مكونات مجموعات القدرة (المحرك, وناقل الحركة, والدواليب والإطارات), واستكشف التحسينات الممكنة في كفاءة كل منها.

الكفاءة الإجمالية تساوي 15% كفاءة ناقل الحركة تساوي 90% تقريبا أن الاكتساب الأكبر ممكن في المحرك

.100 غالباً ما تستخدم المصطلحات الآتية بوصفها مترادفات في الحياة اليومية: القوة, والشغل, والقدرة, والطاقة. أحصل على أمثلة من الصحف والإذاعة والتلفاز تستخدم فيها هذه المصطلحات بمعانِ مختلفة عن معانيها في الفيزياء.

إنها ليست مجرد طاقة إنها قدرة وتظهر في المراجع الشائعة

مراجعة تراكمية

.101 إذا ساعدت جدك على إزالة الأعشاب الضارة من الحديقة, ووضعها في حاوية النفايات وأردت نقلها إلى خارج الحديقة بدفعها بدلاً من حملها بسبب ثقلها. وكانت كتلتها 24 kg ومعامل الاحتكاك الحركي بين قاع الحاوية والعشب الرطب 0.27, ومعامل الاحتكاك السكوني بين هذين السطحين 0.35, فما مقدار قوة الدفع اللازمة حتى تبدأ الحاوية في الحركة أفقياً؟  82 N

102. لعبة البيسبول إذا قذف لاعب بيسبول كرة بصورة أفقية بسرعة مقدارها 40.3 m/s فقطعت مسافة 18.4 m, فما المسافة الرأسية التي سقطتها الكرة خلال زمن تحليقها؟  1.02 m

103. يقول بعض الناس أحياناً إن القمر يبقى في مساره لأن "قوة الطرد المركزي توازن تماماً قوة الجذب المركزي, والنتيجة أن القوة المحصلة تساوي صفراً". وضح مدى صحة هذا القول.

هناك قوة واحدة على القمر قوة الجاذبية للكتلة الأرضية المؤثرة فيه هذه القوة المحصلة تؤدي إلي تسارع القمر وهو تسارع مركزي في اتجاه مركز الأرض

اختبار مقنن

اختر رمز الإجابة الصحيحة فيما يلي:

.1 يتكون نظام بكرات من بكرتين ثابتتين وبكرتين قابلتين للحركة حيث يرفع حملاً وزنه 300 N, فإذا استخدمت قوة مقدارها 100 N لرفع الوزن, فما الفائدة الميكانيكية للنظام؟

.A 1/3         .B 3/4

.C 3  .D        6

C

.2 يدفع الصندوق في الشكل أدناه إلى أعلى مستوى مائل بقوة مقدارها 100.0 N, فإذا كان ارتفاع المستوى المائل 3.0 m, فما مقدار الشغل المبذول على الصندوق؟

.A 150 j

B. 260 j

.C 450 j

.D 600 j

D

.3 تتكون آلة مركبة من مستوى مائل وبكرة, وتستخدم الآلة لرفع الصناديق الثقيلة, فإذا كانت كفاءة سحب صندوق كتلته 100 kg إلى أعلى المستوى المائل 50 %, وكانت كفاءة البكرة 90 %, فما الكفاءة الكلية للآلة المركبة؟

.A 40 %

B. 45 %

.C 50 %

D. 70 %

B

.4 ينزلق متزلج كتلته 50.0 kg على سطح بحيرة جليدية مهملة الاحتكاك, وحينما اقترب من زميله, مدّ هو وزميله كلاهما يديه في اتجاه الآخر, حيث أثر فيه زميله بقوة في اتجاه معاكس لحركة المتزلج, مما أدى إلى تباطؤ مقدار سرعته من 2.0 m/s إلى 1.0 m/s. ما التغير في الطاقة الحركية للمتزلج؟

.A 25 j +

.B 75 j -

.C – 100 j

.D 150 j

B

.5 يتدلى قالب خشبي وزنه20.0 N من نهاية حبل يلتف حول نظام بكرة, فإذا سحبت النهاية الأخرى للحبل مسافة 2.00 m إلى الأسفل فإن نظام البكرة يرفع القالب مسافة 0.40 m. ما الفائدة الميكانيكية المثالية للنظام؟

.A 2.5

.B 4.0

.C 5.0

.D 10.0

.6 يحمل شخصان صندوقين متماثلين وزن كل منهما 40.0 N إلى أعلى مستوى مائل طوله 2.00 m, وتستند نهايته على منصة ارتفاعها 1.00 m. فإذا تحرك أحدهما إلى أعلى المستوى المائل خلال 2.00 s, وتحرك الشخص الآخر إلى أعلى المستوى المائل خلال 4.00 s, فما الفرق بين القدرتين اللتين يستخدمهما الشخصان في حمل الصندوقين إلى أعلى المستوى المائل؟

.A 5 W

.B 10 W

.C 20 W

D. 40 W

B

.7 أثرت قدم لاعب في كرة وزنها 4 N تستقر على أرض ملعب بقوة مقدارها 5 N مسافة 0.1 m بحيث تدحرجت الكرة مسافة 10 m, ما مقدار الطاقة الحركية التي اكتسبتها الكرة من اللاعب؟

.A 0.5 j

.B 0.8 j

.C 9 j

.D 50 J

A

الأسئلة الممتدة

.8 يبين الرسم التوضيحي أدناه صندوقاً يُسحب بوساطة حبل بقوة مقدارها 200.0 N على سطح أفقي, بحيث يصنع الحبل زاوية 45˚ على الأفقي. احسب الشغل المبذول على الصندوق والقدرة اللازمة لسحبه مسافة 5.0 m في زمن قدره 10.0 s(sin 45˚ = cos 45˚ = 0.7)

P=W/t=Fd cos /t =71 W