تبلیغات
علوم سوم راهنمایی - فیزیک کار

امروز:

فیزیک کار

كار، انرژی و توان

 

وقتی به جسم ساکن نیرو وارد شود, ممکن است جسم در جهتی که نیرو بر آن وارد می شود به حرکت درآید. در این صورت می گوییم نیرو روی جسم کار انجام داده است.

کاروقتی انجام می شود که نیروی نقطه اثر خود را جابه جا کند.

 

توجه: هر چه نیرو یا جابه جایی بزرگتر باشد, کار انجام شده بیش تر است.

 

در این گونه مثال ها نیرو و جابه جایی در یک جهت هستند, بنابر این مقدار کار از رابطه ی زیر به دست   می آید.

جابه جایی نیرو = کار

W=F.d

گاهی ممکن است نیروی وارد شده و جابه جایی در یک راستا نباشند. در این صورت مولفه ای از نیرو کار انجام می دهد که در راستای جابه جایی باشد.

در شكل مقابل فرد به وسیله طنابی كه با سطح افق زاویه Θ (تتا) می سازد جسم را روی سطح افقی می كشد.

در این شکل نیروی F نیروی فرد و Θ زاویه بین نیروی F نسبت به راستای جابه جایی است.

 

دراین صورت نیروی F به دو نیروی FsinΘا (F سینوس تتا) و FcosΘ (اF كسینوس تتا) تجزیه می شود.

مولفهFcos Θ ا  مولفه نیرو در راستای جابه جایی است. در این حالت مقدار کار برابر است با:

W= F cosΘ . d

 

با توجه به مطالب بالا, کار را می توان از رابطه کلی زیر به دست آورد:

W= F . d . cosΘ

 

در این رابطه زاویه بین راستای نیور و جابه جایی (Θ) بر حسب درجه، نیرو (F) بر حسب نیوتن (N)، جابه جایی (d) بر حسب متر (m) بر حسب نیوتن متر یا ژول (j) است.

در جدول زیر مقدار سینوس و کسینوس چند زاویه که کاربرد بیش تری دارند آورده شده است.

 

 

  توجه: فقط در هنگام به حرکت در آوردن اجسام ساکن کار انجام نمی شود. بلکه اگر نیرویی بر یک جسم متحرک نیز وارد شود ممکن است سرعت یا جهت حرکت جسم, در جهت وارد شدن نیرو, تغییر کند. در چنین حالتی هم کار انجام می شود.

در موارد زیر کار انجام نمی شود:

1) بر یک جسم نیرو وارد شود ولی جسم حرکت نکند

 

2) اگر جسمی در حال حرکت باشد ولی به آن نیرویی وارد نشود.

 

مثال: فضا پیماها در فضاهای دور دست بدون آنکه هیچ نیرویی جلو حرکت آن ها را بگیرد. بدون هیچ اصطکاکی در فضای بی کران در حال حرکت هستند. در چنین حالتی, چون هیچ نیرویی سبب کند شدن حرکت جسم نمی شود. جسم هم چنان با سرعتی ثابت در جهتی معین به حرکت خود ادامه می دهد در این حالت اگر چه جسم در حال حرکت است اما کاری انجام نمی شود.

 

3) گاهی نیرویی بر یک جسم وارد می شود اما جسم در جهت وارد شدن نیرو حرکت نمی کند در این صورت اگر نیرو بر راستای جا به جایی عمود باشد (Cos90=0) نیروی وارد شده کار انجام نمی دهد.

 

به طور مثال: فردی جعبه ای را در دست دارد و آن را در جهت افقی حرکت می دهد. در این حالت فرد دو نیرو وارد می کند.

1- F۱ : نیرویی برابر نیروی وزن جسم اما در جهت بالا به منظور نگه داشتن جسم و جلوگیری از افتادن آن بر روی زمین به جسم وارد می شود این نیرو کاری انجام نمی دهد, چون در جهت وارد شدن آن, جسم جابه جا نمی شود.

2- F۲ :  نیرویی به صورت افقی به منظور به حرکت در آوردن جسم به طرف جلو این نیرو چون در راستای جابه جایی است پس کار انجام می دهد.

 

 

ماشین

هر اسبابی که به طریقی سبب آسان شدن کار گردد ماشین نامیده می شود.

ماشین ها به صورت های گوناگون در انجام کارها به ما کمک می کنند.

 

1) ماشین ها گاهی باعث تغییر محل وارد شدن نیرو به جسم و گاهی نیز باعث تغییر جهت نیرو           می شوند.

قرقره ی بالای پرچم, دوچرخه, قیچی همه از راه تغییر جهت نیرو به ما کمک می کنند.

2) ماشین ها گاهی با افزایش مقدار نیرو به ما کمک می کنند. (مانند دیلم, انبردست, در قوطی بازکن)

3)گاهی ماشین ها با افزایش مسافت اثر نیرو بر جسم و افزایش سرعت انجام کار ماشین ها به ما کمک می کنند. (جارو فراشی, انبر, موچین, یخ گیرو...)

 

                                                                                    

یک ماشین می تواند در یک زمان هم افزایش نیرو و هم تغییر جهت نیرو داشته باشد مانند جک اتومبیل و یا در یک زمان هم جهت نیرو را عوض کند و هم مسافت اثر نیرو را زیاد کند مانند دوچرخه ولی هرگز نمی تواند در یک زمان هم مقدار نیرو و هم مسافت اثر نیرو را افزایش دهد, زیرا در این صورت کارگرفته شده از ماشین بیش تر از کارداده شده به آن خواهد بود که البته چنین چیزی غیرممکن است.

 

کارداده شده و کارگرفته شده از ماشین

برای آنکه یک ماشین کار انجام دهد, باید نخست بر روی آن کار انجام دهیم, نیرویی که به این منظور به ماشین وارد می شود, نیروی محرک و کار این نیرو را کار نیروی محرک (کار داده شده) می نامند.

برای اندازه گیری این کار, کافی است نیرویی که به ماشین وارد می شود در طولی که طی می کند ضرب شود.

جابه جایی نیروی محرکنیروی محرک=کار نیروی محرک (کار داده شده)

WE = E . dE

 

نیرویی را که ماشین باید بر آن غلبه کند, نیروی مقاوم و کار این نیرو, کار نیروی مقاوم (کار مفید) نامیده می شود برای محاسبه کار مفید, نیروی مقاومی که بر آن غلبه شده است در جابه جایی آن ضرب می کنیم.

جابه جایی نیروی مقاومنیروی مقاوم=کار نیروی مقاوم(کار مفید)

WR = R . dR

 

معمولا کار غیرمفید ماشین را نمی توان به طور مستقیم اندازه گرفت و برای تعیین آن کار مفیدی را که از ماشین گرفته ایم از کاری که به ماشین داده ایم, کم می کنیم.

کارمفید-کار داده شده=کار غیر مفید

 

برای مطالعه ماشین آن ها را به دو دسته تقسیم می کنند.

1- ماشین های کامل (ایده آل):

این نوع ماشین, ماشین خیالی است که همه کار داده شده را به صورت مطلوب ما صرف غلبه بر نیروی مقاوم می کند. در چنین ماشینی اتلاف انرژی وجود ندارد و کار نیروی محرک با کار نیروی مقاوم برابر است.

 

2-ماشین های واقعی

ماشین هایی هستند که در عمل با آن ها سر و کار داریم .

در همه ماشین ها, بخشی از کار نیروی محرک صرف غلبه بر نیروهای مقاوم ناخواسته (اغلب اصطکاک) می شودو در نتیجه کار نیروی مقاوم همواره کمتر از نیروی محرک است.

توجه: در ماشین های واقعی نیز همیشه کاری که به ماشین داده می شود با کل کاری که از ماشین گرفته می شود برابر است. اما تمام کار گرفته شده از ماشین به صورت مطلوب نیست.

کارگرفته شده = کار داده شده

کارغیر مفید+کار مفید= کار داده شده

 

مطابق قانون پابستگی انرژی, انرژی هنگام تبدیل شدن از یک صورت به صورت دیگر و یا انتقال از یک جسم به جسم دیگر خلق و نابود نمی شود.

بنابراین مقدار انرژی داده شده به یک ماشین نیز همواره با مقدار انرژیی که از ماشین گرفته می شود برابر است.

 

 


نوشته شده در : دوشنبه 10 آبان 1389  توسط : محمد ارجمند.    نظرات() .