بسم الله الرحمن الرحيم
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
حل أسئلة التقويم الفصل الرابع (الطاقة وحفظها )
نبدأ على بركة الله
خريطة المفاهيم :
28. أكمل خريطة المفاهيم بالمصطلحات الآتية : طاقة وضع الجاذبية ، طاقة الوضع المرونية ،الطاقة الحركية .
الحل :
إتقان المفاهيم
في جميع المسائل اللاحقة ، افترض أن مقاومة الهواء مهملة ، إلا إذا أعطيت قيمتها .
29. وضح العلاقة بين الشغل المبذول والتغير في الطاقة .
الحل : الشغل المبذول على الجسم يسبب تغير طاقة الجسم . وهذه هي نظرية الشغل – الطاقة .
30 . ما نوع الطاقة في ساعة تعمل بضغط النابض ؟ وما نوع الطاقة في الساعة الميكانيكية ؟ وماذا يحدث للطاقة عندما تتوقف الساعة عن العمل ؟
الحل :
نابض الساعة يخزن طاقة وضع مرونية ، والساعة التي تعمل لها طاقة وضع مرونية وطاقة حركة دورانية . وتتوقف الساعة عن العمل عندما تتحول كل الطاقة فيها إلى حرارة نتيجة الاحتكاك في نواقل الحركة والمواصلات .
31. وضح كيفية ارتباط تغير الطاقة مع القوة ؟
الحل :
تبذل القوة شغلا وإذا أثرت في جسم فحركته مسافة في اتجاهها تنتج تغيرا في الطاقة .
32. أسقطت كرة من أعلى مبنى ، فإذا اخترت أعلى المبنى بوصفه مستوى إسناد ، في حين اختار زميلك أسفل المبنى بوصفه مستوى إسناد، فوضح هل تكون حسابات الطاقة نفسها أم مختلفة وفقا لمستوى الإسناد في الحالات التالية ؟
a. طاقة وضع الكرة عند أي نقطة
b. التغير في طاقة وضع الكرة نتيجة السقوط
c. الطاقة الحركية للنقطة عند أي نقطة
الحل :
a. تختلف طاقات الوضع باختلاف مستويات الإسناد
b. التغيرات في طاقات الوضع الناتجة عن السقوط متساوية ، لان التغير في h هو نفسه بالنسبة لمستويي الإسناد .
c. الطاقة الحركية للكرة عند أي نقطة متساوية لان السرعة المتجهة هي نفسها .
33. هل هناك حالة يمكن ان تكون فيها الطاقة الحركية لكرة البيسبول سالبة ؟
الحل : لا يمكن ان تكون الطاقة الحركية لكرة البيسبول سالبة ، لان الطاقة الحركية تعتمد على مربع السرعة المتجهة وهي موجبة دائما .
34. هل هناك حالة يمكن ان تكون فيها طاقة الوضع لكرة البيسبول سالبة ؟ وضح ذلك دون استخدام معادلات .
الحل : قد تكون طاقة وضع الجاذبية لكرة البيسبول سالبة إذا كان ارتفاع الكرة تحت مستوى الإسناد
35. إذا زادت سرعة عداء إلى ثلاثة أضعاف سرعته الابتدائية ، فما معامل تزايد طاقته الحركية ؟
الحل : تزداد الطاقة الحركية للعداء 9 مرات لأنه تم تربيع السرعة .
36. ما تحولات الطاقة عندما يقفز لاعب الوثب بالزانة ؟
الحل : يركض لاعب الوثب بالزانة (طاقة حركية) وعند ثني الزانة فتضاف طاقة وضع مرونية للزانة وعندما ترفع الزانة جسم اللاعب تتحول الطاقة الحركية وطاقة الوضع المرونية إلى طاقة حركية وطاقة وضع جاذبية . وعندما يترك اللاعب الزانة تكون جميع طاقته طاقة حركية وطاقة وضع جاذبية .
37. لماذا تتغير الوثبة كثيرا في رياضة الوثب بالزانة عند استبدال العصا الخشبية القاسية بعصا مرنة او عصا مصنوعة من الالياف الزجاجية ؟
الحل : يمكن لقضيب الليف الزجاجي المرن ان يخزن طاقة وضع مرونية لأنه ينثني بسهولة ، يمكن لهذه الطاقة أن تتحرر وتدفع اللاعب إلى أعلى رأسيا ، أما قضيب الخشب فلا يخزن طاقة وضع مرونية . وأقصى ارتفاع للاعب القفز العالي محدد بسبب التحول المباشر للطاقة الحركية إلى طاقة وضع جاذبية .
38. عندما قذفت كرة طينية في اتجاه قرص الهوكي المطاطي الموضوع على الجليد التحمت الكرة المندفعة وقرص الهوكي المطاطي معا ، وتحركا ببطء .
a. هل الزخم محفوظ في التصادم ؟ وضح ذلك .
b. هل الطاقة الحركية محفوظة في التصادم ؟ وضح ذلك .
الحل :
a. الزخم الكلي للكرة والقرص المطاطي محفوظ في التصادم بسبب عدم وجود قوى غير متزنة في هذا النظام .
b. الطاقة الحركية الكلية غير محفوظة بسبب ضياع جزء منها في اثناء تغير شكل الكرة عند ضربها ،وعند التحام الكرة بالقرص المطاطي .
39. مثل بيانيا بواسطة الأعمدة كلا من العمليات التالية :
a. انزلاق مكعب من الجليد ،بادئا حركته من السكون ، على سطح مائل عديم الاحتكاك .
b. انزلاق مكعب من الجليد صاعدا اعلى سطح مائل عديم الاحتكاك ، ثم توقفه لحظيا .
الحل :
a.
b.
40. صف تحول الطاقة الحركية إلى طاقة وضع وبالعكس لشخص يركب في الأفعوانية جولة كاملة .
الحل : خلال جولة الأفعوانية تكون معظم طاقة الكرة على شكل طاقة وضع عند قمة المنحدر وطاقة حركية عند اسفل المنحدر .
41. صف كيفية فقدان طاقة الحركة وطاقة الوضع المرونية عند ارتداد كرة مطاطية ، وصف ما يحدث لحركة الكرة .
الحل :
في كل ارتداد يخزن جزء من الطاقة الحركية للكرة على شكل طاقة وضع مرونية ، يبدد التشوه في الكرة ما تبقى من طاقتها في صورة طاقة حرارية وصوت . بعد الارتداد تتحول طاقة الوضع المرونية المختزنة إلى طاقة حركية . كل ارتداد تال للكرة يبدأ بطاقة حركية أقل ، وذلك بسبب الطاقة الضائعة في التشوه ، مما يجعل الكرة تصل إلى ارتفاع أقل ، وفي نهاية المطاف تتبدد كل طاقة الكرة وتتوقف عن الحركة وتسكن .
تطبيق المفاهيم :
42. استخدام سائق سيارة سباق الكوابح لإيقافها . طبق نظرية الشغل – الطاقة في الأوضاع الآتية : (على اعتبار أن النظام يحوي السيارة ولا يتضمن الطريق ) .
a. إذا كانت عجلات السيارة تتدرج دون انزلاق .
b. انزلقت عجلات السيارة عندما استخدمت الكوابح .
الحل :
a. إذا لم تنزلق دواليب السيارة ستحتك سطوح المكابح بعضها ضد بعض فتبذل شغلا لتعمل على إيقاف السيارة . والشغل المبذول من قبل المكابح يساوي التغير في الطاقة الحركية للسيارة . ونلاحظ ارتفاع حرارة سطح المكابح لأن الطاقة الحركية تتحول إلى طاقة حرارية .
b. إذا استخدمت المكابح وانزلقت دواليب السيارة فهذا يعني أن المكابح انغلقت وتوقفت عن الاحتكاك وعندما تحتك الدواليب بالطريق وتبذل شغلا يعمل على إيقاف السيارة . وترفع درجة حرارة سطح الإطار وليس درجة حرارة المكابح . ولا تعد هذه الطريقة فعالة في إيقاف السيارة ، كما أن هذه الطريقة تتلف الإطارات .
43. تسير سيارة صغيرة وشاحنة كبيرة بالسرعة نفسها . أيهما يبذل شغلا أكبر : محرك السيارة أم محرك الشاحنة ؟
الحل : الشاحنة الكبيرة لها طاقة حركية أكبر KE=1/2 mv2 ، لأن كتلتها أكبر من كتلة السيارة الصغيرة ، وحسب نظرية الشغل – الطاقة فإن محرك الشاحنة الكبيرة يبذل شغل أكبر .
44. المنجنيق استخدم المحاربون في القرون الوسطى مدفع المنجنيق لمهاجمة القلاع . حيث يعمل بعض هذه الأنواع باستخدام حبل مشدود ، وعندما يرخى الحبل ينطلق ذراع المنجنيق . ما نوع الطاقة المستخدمة عند قذف الصخرة بالمنجنيق ؟
الحل :
تخزن طاقة الوضع المرونية في حبل الربط المشدود الذي يبذل شغلا على الصخرة . وللصخرة طاقة حركية وطاقة وضع خلال طيرانها في الهواء . وعندما تضرب الصخرة بالحائط يؤدي التصادم العديم المرونة إلى تحول معظم الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية و طاقة صوتية وإلى بذل شغل يعمل على تحطيم جزء من الحائط .
45. تصادمت سيارتان وتوقفتا تماما بعد التصادم ، فأين ذهبت طاقتاهما ؟
الحل : تستهلك الطاقة في ثني الصفائح المعدنية في السيارة . كما تفقد الطاقة أيضا بسبب قوى الاحتكاك بين السيارات والإطارات ، كما تفقد على شكل طاقة حرارية وصوت .
46. بذل شغل موجب على النظام خلال عملية معينة ، فقلت طاقة الوضع . هل تستطيع أن تستنتج أي شيء حول التغير في الطاقة الحركية للنظام ؟ وضح ذلك .
الحل :
الشغل يساوي التغير في الطاقة الميكانيكية الكلية ،
فإذا كانت W موجبة وكان التغير في PE سالبة . فإنه يجب أن يكون التغير في KE موجبا وأكبر من W .
47.بذل شغل موجب على النظام خلال عملية معينة ،فقلت طاقة الوضع .هل تستطيع أن تحدد ما إذا كانت الطاقة الحركية للنظام ؟ وضح ذلك .
الحل :
الشغل يساوي التغير في الطاقة الميكانيكية الكلية ،
فإذا كانت W موجبة وكان التغير في PE موجبة أيضا فعندها لا يمكنك الحديث بشكل جازم عن التغير في KE .
48. التزلج يتحرك متزلجان مختلفان في الكتلة بالسرعة نفسها وفي الاتجاه نفسه ، فإذا أثر الجليد في المتزلجين بقوة الاحتكاك نفسها فقارن بين مسافة التوقف لكل منهما .
الحل :
سيقطع المتزلج ذو الكتلة الأكبر مسافة أكبر قبل التوقف .
49. إذا دورت جسما كتلته 55g في نهاية خيط طوله 0.75 m حول رأسك في مستوى دائري أفقي بسرعة ثابتة ، كما في الشكل 4-15
a. فما مقدار الشغل المبذول على الجسم من قوة الشد في الخيط في دورة واحدة ؟
b. وهل تتفق إجابتك في الفرع (a) مع نظرية الشغل – الطاقة ؟ وضح ذلك .
الحل :
a. لا يبذل شغل من قبل قوة الشد على الكتلة لأن الشد يسحب عموديا على حركة الكتلة .
b. لا يتعارض ذلك مع نظرية الشغل – الطاقة لأن الطاقة الحركية للكتلة ثابتة فهي تتحرك بسرعة ثابتة .
50 . أعط أمثلة محددة توضح العمليات الآتية :
a. بذل شغل على نظام ما فازدادت الطاقة الحركية ولم تتغير طاقة الوضع .
b. تحول طاقة إلى طاقة حركة دون أن يبذل شغل على النظام .
c. بذل شغل على النظام ، فازدادت طاقة الوضع ولم تتغير الطاقة الحركية .
d. بذل النظام شغلا فقلت الطاقة الحركية ولم تتغير طاقة الوضع .
الحل :
a. دفع قرص الهوكي أفقيا على الجليد . النظام يحتوي قرص الهوكي فقط .
b. إسقاط كرة : النظام مكون من الأرض والكرة .
c. ضغط النابض في مسدس لعبة . النظام مكون من النابض فقط .
d. سيارة مسرعة تتحرك على طريق مستو فيعمل الطرق على التقليل من سرعتها .
51. الأفعوانية إذا كلفت بتعديل تصميم أفعوانية ، وطلب المالك إليك أن تجعل اللعب عليها أكثر إثارة عن طريق جعل السرعة في أسفل المنحدر الأول للأفعوانية بالنسبة لارتفاعه الأصلي ؟
الحل :
يكون ارتفاع المنحدر مضاعفا أربع مرات .
52 . قذفت كرتان متماثلتان من قمة منحدر عال ، إحداهما رأسيا إلى أعلى ،والأخرى رأسيا إلى أسفل وكان لها مقدار السرعة الابتدائية نفسه . قارن بين طاقتيهما الحركية ، وسرعتيهما عندما ترتطمان بالأرض ؟
الحل :
على الرغم أن الكرتين تتحركان في اتجاهين متعاكسين إلا أن لهما نفس الطاقة الحركية وطاقة الوضع عند لحظة قذفهما . و سيكون لهما نفس الطاقة الميكانيكية والسرعة عندما ترتطمان بالأرض .
إتقان حل المسائل
4-1 الأشكال المتعددة للطاقة
53. تتحرك سيارة كتلتها 1600 kg بسرعة 12.5 m/s . ما طاقتها الحركية ؟
الحل :
54. ما مقدار الطاقة الحركية لسيارة سباق كتلتها 1525 kg ، عندما تكون سرعتها 108 km/h ؟
الحل :
55. مجموع كتلتي خليل ودراجته 54.0 kg . فإذا قطع خليل 1.80 km خلال 10.0 min بسرعة ثابتة ،فما مقدار طاقته الحركية ؟
الحل :
56. كتلة خالد 45 kg ويسير بسرعة 10.0 m/s .
a. جد طاقته الحركية .
b. إذا تغيرت سرعة خالد إلى 5.0 m/s . فاحسب طاقته الحركية الآن .
c. أوجد نسبة الطاقة الحركية في الفرع a إلى الطاقة الحركية في الفرع b . وفسر ذلك .
الحل :
a.
b.
c. 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 معا بسرعة 10.0 m/s كجسم واحد .
a. ما مقدار الطاقة الحركية لهما معا ؟
b. ما نسبة كتلتهما مع إلى كتلة أسماء ؟
c. ما نسبة طاقتهما الحركية ما إلى الطاقة الحركية لأسماء ؟ فسر إجابتك .
الحل :
a.
b.
c.
نسبة طاقتهما الحركية إلى الطاقة الحركية لأسماء هي نفسها النسبة بين كتلتهما إلى كتلة أسماء . تتناسب الطاقة الحركية طرديا مع الكتلة .
58. القطار في فترة الخمسينات من القرن الماضي ، استخدم قطار تجريبي كتلته 2.5 x 104 kg ، وقد تحرك في مسار مستو بمحرك نفاث يؤثر بقوة دفع مقدارها 5.00 x105 N خلال مسافة 509 m . فما مقدار :
a. الشغل المبذول على القطار ؟
b. التغير في الطاقة الحركية للقطار ؟
c. الطاقة الحركية النهائية للقطار إذا بدأ حركته من السكون ؟
d. السرعة النهائية للقطار إذا أهملنا قوى الاحتكاك ؟
الحل :
a.
b.
c.
d.
59.مكابح السيارة تتحرك سيارة وزنها 14700 بسرعة 25 m/s ، وفجأة استخدم السائق المكابح ، وأخذت السيارة في التوقف ، كما في الشكل 4-16 . فإذا كان متوسط قوة الاحتكاك بين عجلات السيارة والطريق تساوي 7100 N فما المسافة التي تتحركها السيارة قبل أن تتوقف ؟
الحل :
60. تتحرك عربة صغيرة كتلتها 15.0 kg بسرعة متجهة مقدارها 7.50 m/s على مسار مستو ، فإذا أثرت فيها قوة مقدارها 10.0N فتغيرت سرعتها وأصبحت 3.20 m/s . ما مقدار :
a. التغير في الطاقة الحركية للعربة ؟
b. الشغل المبذول على العربة ؟
c. المسافة التي ستتحركها العربة خلال تأثير القوة ؟
الحل :
a.
b.
c.
61. يتسلق علي حبلا في صالة اللعب مسافة 3.5 m . ما مقدار طاقة الوضع التي يكتسبها إذا كانت كتلته 60.0kg ؟
الحل :
62. البولنج احسب الزيارة في طاقة الوضع لكرة بولنج كتلتها 6.4 kg عندما ترفع 2.1 m إلى أعلى نحو رف الكرات .
الحل :
63. احسب التغير في طاقة الوضع لخديجة عندما تهبط من الطابق العلوي إلى الطابق السفلي مسافة 5.50 m ، علما بأن وزنها 505 N ؟
الحل :
64. رفع الأثقال يرفع لاعب أثقالا كتلتها 180 kg مسافة 1.95 m . فما الزيادة في طاقة وضع الأثقال ؟
الحل :
65. أطلق صاروخ تجريبي كتلته 10.0 kg رأسيا إلى أعلى من محطة إطلاق . فإذا أعطاه الوقود طاقة حركية مقدارها 1960 J خلال زمن احتراق وقود المحرك كله . فما الارتفاع الإضافي (عن ارتفاع المنصة ) الذي سيصل إليه الصاروخ ؟
الحل :
66. ترفع نبيلة كتاب فيزياء وزنه 12.0 N من سطح طاولة ارتفاعها 17 cm عن سطح الأرض ، فما مقدار التغير في طاقة الوضع للنظام ؟
الحل :
67. صمم جهاز ليظهر مقدار الطاقة المبذولة . يحوي الجهاز جسما مربوطا بحبل ، فإذا سحب شخص الحبل ورفع الجسم مسافة 1.00 m فسيشر مقياس الطاقة إلى أن 1.00 J من الشغل قد بذل .فما مقدار كتلة الجسم ؟
الحل :
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 4-17 ، فما مقدار الطاقة الحركية للكرة لحظة ابتعادها عن المضرب ؟ افترض أن الكرة بدأت الحركة من السكون .
الحل :
69. يحمل طارق صاروخ دفع نفاث ، ويقف على سطح جليدي عديم الاحتكاك . فإذا كانت كتلة طارق 45 kg وزود الصاروخ طارقا بقوة ثابتة لمسافة 22.0 m فاكتسب طارق سرعة مقدارها 62.0 m/s .
a. فما مقدار القوة ؟
b. وما مقدار الطاقة الحركية النهائية لطارق ؟
الحل :
a.
b.
70. التصادم اصطدمت سيارة كتلتها 2.00 x 103 kg و سرعتها 12.0 m/s بشجرة ، فلم تتحرك الشجرة وتوقفت السيارة كما في الشكل 4-18 .
a. ما مقدار التغير في الطاقة الحركية للسيارة ؟
b. ما مقدار الشغل المبذول عندما ترتطم مقدمة السيارة بالشجرة ؟
c. احسب مقدار القوة التي أثرت في مقدمة السيارة لمسافة 50.0 cm .
الحل :
a.
b.
c.
71. أثرت مجموعة من القوى على حجر وزنه 32 N ، فكانت محصلة القوى عليه ثابتة ومقدارها 410 N ، وتؤثر في اتجاه رأسي ، فإذا استمر تأثير القوة المحصلة على الحجر حتى رفعه إلى مسافة 2.0 m ، ثم توقف تأثير القوة ، فما المسافة الرأسية التي سيرتفعها الحجر من نقطة توقف تأثير القوة فيه ؟
الحل :
4-2 حفظ الطاقة
72. رفع كيس حبوب وزنه 98.0 N إلى غرفة تخزين ارتفاعها 50.0 m فوق سطح الأرض باستخدام رافعة الحبوب .
a. ما مقدار الشغل المبذول ؟
b. ما مقدار الزيادة في طاقة وضع كيس الحبوب عند هذا الارتفاع ؟
c. إذا انقطع الحبل المستخدم لرفع كيس الحبوب بالضبط عندما وصل الكيس إلى ارتفاع غرفة التخزين ، فما مقدار الطاقة الحركية للكيس قبل أن يصطدم بسطح الأرض مباشرة ؟
الحل :
a.
b.
c.
73. تستقر صخرة كتلتها 20 kg على حافة منحدر ارتفاعه 100 m كما في الشكل 4-19 .
a. ما مقدار طاقة وضعها بالنسبة لقاعدة الجرف ؟
b. إذا سقطت الصخرة فما مقدار الطاقة الحركية للصخرة لحظة ارتطامها بالأرض ؟
c. ما مقدار سرعة الصخرة لحظة ارتطامها بالأرض ؟
الحل :
a.
b.
c.
74. الرماية وضع أحد الرماة سهما كتلته 0.30 kg في القوس ، و كان متوسط القوة المؤثرة عند سحب السهم للخلف مسافة 1.3 m تساوي 201 N .
a. إذا اختزنت الطاقة كلها في السهم فما سرعة انطلاق السهم من القوس ؟
b. إذا انطلق السهم رأسيا إلى أعلى فما الارتفاع الذي يصل إليه ؟
الحل :
a.
b.
75. صخرة كتلتها 2.0 kg في حالة سكون ، ثم سقطت إلى الأرض ففقدت 407 J من طاقة وضعها . احسب الطاقة الحركية التي اكتسبتها الصخرة بسبب سقوطها ، وما مقدار سرعة الصخرة قبل ارتطامها بالأرض مباشرة ؟
الحل :
76. سقط كتاب فيزياء مجهول الكتلة من ارتفاع 4.50 m . ما مقدار سرعة الكتاب لحظة ارتطامه بالأرض ؟
الحل :
77. عربة القطار اصطدمت عربة قطار كتلتها 5.0 x 105 kg بعربة أخرى ساكنة لها الكتلة نفسها ، وتحركت العربتان معا بعد التصادم كجسم واحد بسرعة 4.0 m/s كما في الشكل 4-20 .
a. فإذا كانت سرعة العربة الأولى قبل التصادم 8.0 m/s فاحسب زخمها ؟
b. ما مقدار الزخم للعربتين معا بعد التصادم ؟
c. ما مقدار الطاقة الحركية للعربتين قبل التصادم وبعده ؟
d. أين ذهبت الطاقة الحركية التي خسرتها العربتان ؟
الحل :
a.
b.
لأنه يتم الحفاظ على الزخم، فإنه يجب أن يكون 4.0 x 106 kg.m/s
c.
قبل :
بعد :
d. تتحول الطاقة الحركية إلى حرارة وصوت .
78. أي ارتفاع يجب أن تسقط منه سيارة صغيرة حتى يكون لها الطاقة الحركية نفسها عندما تسير بسرعة 1.00 x 102 km/h ؟
الحل:
79. تزن عبير 420 N وتجلس على أرجوحة ترتفع 0.40 m عن سطح الأرض .فإذا سحبت أمها الأرجوحة إلى الخلف حتى أصبحت على ارتفاع 1.0 m عن سطح الأرض ثم تركتها .
a. فما مقدار سرعة عبير عندما تمر بالنقطة الأقل ارتفاعا عن سطح الأرض في مسارها ؟
b. إذا مرت عبير بالنقطة الأقل ارتفاعا عن سطح الأرض بسرعة 2.0 m/s ، فما مقدار شغل الاحتكاك المبذول على الأرجوحة ؟
الحل :
a.
b.
80. أسقطت ليلى رأسيا كرة كتلتها 10.0g من ارتفاع 2.0 m عن سطح الأرض . فإذا كانت سرعة الكرة عند ملامستها سطح الأرض 7.5 m/s فما مقدار السرعة الابتدائية للكرة ؟
الحل :
81. الانزلاق تسلق منذر سلم منحدر تزلج ارتفاعه 4.8 m ، ثم تنزلق فكانت سرعته في أسفل منحدر التزلج 3.2 m/s . ما مقدار الشغل المبذول من قوة الاحتكاك على منذر إذا كانت كتلته 28 kg ؟
الحل :
82. يتسلق شخص وزنه 635 N سلما رأسيا ارتفاعه 5.0 m . أجب عما يأتي معتبرا أن الشخص والأرض يشكلان نظاما واحدا .
a. مثل بيانيا بالأعمدة الطاقة في النظام قبل بدء الشخص في التسلق وبعد وصوله إلى أقصى ارتفاع . هل تتغير الطاقة الميكانيكية ؟ وإذا كان كذلك فما مقدار التغير ؟
b. من أين جاءت الطاقة ؟
الحل :
a.
نعم ، مقدار التغير يساوي 3200 J
b. من الطاقة الداخلية للشخص .
83. يتأرجح شمبانزي من شجرة لأخرى في غابة .إذا تعلق بغصن متدل طوله 13 m ثم بدأ تأرجحه بزاوية تميل عن الرأسي بمقدار 45 ،فما سرعة الشمبانزي عندما يكون الغصن المتدلي رأسيا تماما ؟
الحل :
الارتفاع الابتدائي للشمبانزي هو :
سرعة الشمبانزي :
مراجعة عامة
84. عربة صغيرة كتلتها 0.80 kg تهبط من فوق تل عديم الاحتكاك ارتفاعه 0.32 m عن سطح الأرض ، وفي قاع التل سارت العربة على سطح افقي خشن يؤثر في العربة بقوة احتكاك مقدارها 2.0 N ، ما المسافة التي تتحركها العربة على السطح الأفقي الخشن قبل أن تتوقف ؟
الحل :
85. القفز بالزانة السجل العالمي للقفز بالزانة (الوثب العالي) للرجال 2.45 m تقريبا . ما أقل مقدار من الشغل يجب أن يبذل لدفع لاعب كتلته 73 kg عن سطح الأرض حتى يصل إلى هذا الارتفاع ؟
الحل :
86. كرة القدم تصادم لاعب كتلته 110 kg بلاعب آخر كتلته 150 kg ، وتوقف اللاعبان تماما بعد التصادم . فأي اللاعبين كان زخمه قبل التصادم أكبر ؟ وأيهما كانت طاقته الحركية قبل التصادم أكبر ؟
الحل :
للاعبين زخمان متساويان في المقدار ومتعاكسان في الاتجاه قبل التصادم .
الطاقة المفقودة من كل لاعب :
لأن الزخمين كانا متساويين ، ولكن أحدهما كتلته أقل من الآخر ، فاللاعب ذو الكتلة الأقل خسر طاقة أكثر .
87. عربتا مختبر كتلتاهما على الترتيب 1.0 kg ، 2.0 kg ربطتا معا بنهايتي نابض مضغوط . وتحركتا معا بسرعة 2.1 m/s في الاتجاه نفسه . وفجأة تحرر النابض ليصبح غير مضغوط فدفع العربتين بحيث توقفت العربة ذات الكتلة 2 kg ، في حين تحركت العربة ذات الكتلة 1.0 kg إلى الأمام . ما مقدار الطاقة التي أعطاها النابض للعربتين ؟
الحل :
13.2J أضيف بواسطة النابض
88. تأرجح لاعب سيرك كتلته 55 kg بحبل بادئا من منصة ارتفاعها 12.0 m ، وفي أثناء نزوله حمل قردا كتلته 21.0 kg ليضعه على منصة أخرى ، فما أقصى ارتفاع ممكن للمنصة ؟
الحل :
89. سقطت عربة كتلتها 0.8 kg من أعلى مسار مائل يرتفع 0.50 m عن سطح الأرض ، ويميل على الأفقي بزاوية 30 كما في الشكل 4-21 ، وكانت المسافة التي تتحركها العربة حتى أسفل المسار (0.5 m / sin 30=1.0 m) . فإذا أثرت قوة احتكاك السطح في العربة بقوة 5.0 N ، فهل تصل العربة إلى أسفل المسار ؟
الحل :
الشغل المبذول بواسطة الاحتاك لمسافة 1.0 m يساوي :
لا تصل العربة إلى أسفل السطح المائل .
90. الهوكي تحرك لاعب هوكي كتلته 90.0 kg بسرعة 5.0 m/s ، واصطدم بلاعب هوكي آخر كتلته 110 kg يتحرك بسرعة 3.0 m/s في الاتجاه المعاكس ، وتحركا بعد التصادم كجسم واحد بسرعة 1.0 m/s . ما مقدار الطاقة المفقودة نتيجة التصادم ؟
الحل :
قبل :
بعد :
الطاقة المفقودة :
التفكير الناقد
91. تطبيق المفاهيم يعد اصطدام طائر بالزجاج الأمامي لسيارة متحركة مثالا على تصادم جسمين كتلة أحدهما عدة أضعاف كتلة الآخر ، ومن ناحية أخرى يعد تصادم كرتي بلياردو مثالا على تصادم جسمين متساويين في الكتلة ، فكيف تتحول الطاقة في هذه التصادمات ؟ ادرس تصادما مرنا بين كرة بلياردو كتلتها m1 وسرعتها v1 بكرة أخرى ساكنة كتلتها m2 .
a. إذا كانت m1=m2 ، فما النسبة بين الطاقة المنقولة إلى m2 و الطاقة الابتدائية ؟
b. إذا كانت m2<<m1 ، فما النسبة بين الطاقة المنقولة إلى m2 و الطاقة الابتدائية ؟
c. يتم تبطئة النيوترونات في المفاعل النووي عن طريق تصادمها بالذرات (كتلة النيوترون تساوي تقريبا كتلة البروتون) ، فأي الذرات الآتية مناسبة لتحقيق الهدف : الهيدروجين ، ام الكربون ، أم الأرجون ؟
الحل :
a. كل الطاقة
b. الطاقة المنتقلة إلى m2 سوف تقل .
c. هيدروجين
92 . التحليل والاستنتاج يكون كل من الزخم والطاقة الميكانيكية محفوظا في التصادم التام المرونة . فإذا تصادمت كرتان كتلتهما على الترتيب mA ,mB ، وسرعتاهما vA, vB تتجهان إحداهما نحو الأخرى . استنتج المعادلات المناسبة لحساب سرعة كل منهما بعد التصادم ؟
الحل :
الحفاظ على الزخم :
الحفاظ على الطاقة :
وبقسمة المعادلة 3 على المعادلة 2 نحصل على :
حل المعادلة 1 بدلالة VB2 و VA1 :
بالتعويض عن قيمة VA2 وVB2 في المعادلة 4
93. التحليل والاستنتاج قذفت كرة كتلتها 25 g بسرعة v1 نحو كرة أخرى ساكنة كتلتها 125 g ومعلقة بخيط رأسي طوله 1.25 m .فإذا كان التصادم بين الكرتين تام المرونة ، وتحركت الكرة المعلقة بحيث صنع خيط التعليق زاوية 37.0 مع الرأسي ، حيث توقفت لحظيا فاحسب v1؟
الحل :
الطاقة الحركية :
الكتابة في الفيزياء
94. الشمس مصدر طاقة في أي شكل من أشكال الطاقة تصل إلينا الطاقة الشمسية لتجعلنا نحيا وتجعل مجتمعنا يعمل ؟ ابحث في الطرائق التي تتحول بها الطاقة الشمسية إلى أشكال يمكن لنا استخدامها . وأين تذهب الطاقة الشمسية بعد أن نستخدمها ؟ وضح ذلك .
الحل :
تمتص الطاقة الشمسية على شكل طاقة حرارية . تحول النباتات جزءا من الإشعاع المرئي إلى طاقة كيميائية . ويشع جزء من الطاقة عائدا إلى الفضاء .
95. تصنف جميع أشكال الطاقة إلى طاقة حركية أو طاقة وضع . فكيف تصف كلا من الطاقة النووية ، والكهربائية والكيميائية والبيولوجية والشمسية والضوئية ؟ ولماذا ؟ ابحث في الأجسام المتحركة في كل شكل من الأشكال الطاقة هذه ، وكيف تختزن الطاقة في هذه الأجسام ؟
الحل :
تتحرر طاقة الوضع عن طريق الانشطار أو الاندماج النووي . تتحرر طاقة الوضع الكيميائية عندما تتكسر الجزيئات أو يتم إعادة ترتيبها . يولد فصل الشحنات الكهربائية طاقة وضع كهربائية تتحول إلى طاقة حركية ، الطاقة الشمسية هي طاقة اندماج نووي تتحول إلى إشعاع كهرومغناطيسي .
مراجعة تراكمية
96. تنطلق رصاصة كتلتها 5.00 g بسرعة 100.0 m/s في اتجاه جسم صلب كتلته 10.0 kg مستقر على سطح مسو عديم الاحتكاك .
a. ما مقدار التغير في زخم الرصاصة إذا استقرت داخل الجسم الصلب ؟
b. ما مقدار التغير في زخم الرصاصة إذا ارتدت في الاتجاه المعاكس بسرعة 99 m/s ؟
c. في أي الحالتين السابقتين سيتحرك الجسم بسرعة أكبر ؟
الحل :
a.
b.
c. عندما ترتد الرصاصة .
97. يجب التأثير بقوة رفع مقدارها 15 kN على الأقل لرفع سيارة .
a. ما مقدار الفائدة الميكانيكية للرافعة القادرة على تقليص القوة (المسلطة) إلى 0.10 kg ؟
b. إذا كانت فاعلية الرافعة 75% ، فما المسافة التي يجب أن تؤثر خلالها القوة لترفع السيارة مسافة 33 cm ؟
الحل :
a.
b.
تم بحمد الله
نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات
" نرد على جميع التعليقات "
بالتوفيق للجميع ...^_^
0 تعليقات
شكرا على تعليقك ...مع تحيات الاستاذ مصطفى القطان