جواب فصل سوم فیزیک دهم – تدریس انرژی جنبشی

کار و انرژی فیزیک دهم

رابطه بین کار و انرژی چیست؟

انرژی باید به یک جسم منتقل شود تا به حرکت کمک کند و انرژی میتواند به شکل نیرو منتقل شود. انرژی منتقل شده توسط نیرو برای حرکت هر جسم به عنوان کار یا کار انجام شده شناخته میشود.

بنابر این کار و انرژی رابطه مستقیمی با هم دارند.

انرژی جنبشی چیست فیزیک دهم

“یک جسم متحرک معمولاً دارای انرژی جنبشی است”

کلمه kinetic از کلمه یونانی “kinesis” به معنای حرکت گرفته شده است. هنگامی که جسمی در حال حرکت است دارای انرژی است و به این انرژی ,انرژی جنبشی می گویند. این جسم شامل چیزهای بسیار بزرگ مانند سیارات و چیزهای بسیار کوچک مانند اتم است. اجسام سنگین‌تر سریع‌تر حرکت می‌کنند و انرژی جنبشی بیشتری دارند. انرژی جنبشی را می‌توان با مثال‌هایی به بهترین شکل درک کرد که نشان می‌دهد چگونه به و از اشکال دیگر انرژی تبدیل می‌شود.

تعریف انرژی جنبشی فیزیک دهم

به عنوان انرژی جسم متحرک یا انرژی در اختیار یک جسم در حین حرکت تعریف می شود.

به عنوان انرژی ای که اجسام به دلیل حرکت خود دارند تعریف می شود.

انرژی یک جسم به دلیل حرکت آن است. بنابراین هر جسم متحرک دارای انرژی جنبشی است.

به عنوان انرژی حرکتی که از انرژی ذخیره شده آزاد می شود، تعریف می شود.

همانطور که بحث شد، انرژی جنبشی زمانی به دست می آید که جسم در حال حرکت یا حرکت باشد. اما واقعیت این است که تمام اجسام متحرک انرژی جنبشی یکسانی ندارند. مقدار انرژی جنبشی یک جسم عمدتاً به این بستگی دارد.

• جرم
• سرعت
• تندی

اجازه دهید با یک مثال در مورد آن بحث کنیم.

1. کدام یک از اجسام فوق انرژی جنبشی بیشتری دارند اگر با سرعت یکسان حرکت کنند؟

پاسخ نیمه کامیون است زیرا جرم آن از ماشین بیشتر است و سرعت یکسانی دارد. بنابراین نیمه کامیون انرژی جنبشی بیشتری دارد.

2. وقتی بطری از روی میز به پایین می افتد، چه زمانی بیشترین انرژی جنبشی را دارد؟ در بالا، وسط یا پایین افتادن؟

پاسخ در انتهای افتادن است. زیرا انرژی جنبشی بیشتر خواهد بود, انرژی جنبشی جسم در زمانی که سرعت و حرکت بالاتری دارد که وقتی در پایین سقوط قبل از برخورد با زمین باشد, بیشتر است.

انتقال انرژی جنبشی فیزیک دهم

انتقال انرژی جنبشی زمانی صورت می گیرد که اجسام دارای انرژی جنبشی با جسم دیگری برخورد کنند. به عنوان مثال، توپ بولینگ همه پین ​​ها را لمس نمی کند. اما می تواند همه آنها را با یک رول ضربه بزند زیرا انرژی جنبشی توپ بولینگ انرژی جنبشی خود را به برخی از پین ها منتقل می کند که بیشتر این انرژی را به پین ​​های کنار آنها منتقل می کند و آنها را به زمین می اندازد.

به طور مشابه، انتقال انرژی جنبشی هنگام سقوط دومینو انجام می شود. با لمس اولین دومینو، انرژی جنبشی به آن می دهید. این دومینو به دومینوی بعدی می‌افتد و انرژی جنبشی دومینوی اول به دیگری منتقل می‌شود و کل دومینو به پایین سقوط می‌کند.

فرمول انرژی جنبشی  میباشد و واحد آن در سیستم بین المللی SI ,   است , که به افتخار جیمز ژول , فیزیک دان انگلیسی , ژول J نامیده میشود.

 انجام کار با نیروی ثابت فیزیک دهم

کار انجام شده توسط یک نیروی ثابت یک مفهوم اساسی در فیزیک است که انرژی منتقل شده را هنگامی که نیرویی بر یک جسم وارد می شود و باعث می شود آن در فاصله معینی حرکت کند، توصیف می کند. برای محاسبه کار انجام شده توسط یک نیروی ثابت می توانید از فرمول زیر استفاده کنید:

طوریکه:

– W کار انجام شده است (با ژول اندازه گیری می شود، J).

– F مقدار نیرو است (بر حسب نیوتن، N اندازه گیری می شود).

– d جابجایی جسم در جهت نیرو است (بر حسب متر اندازه گیری می شود).

– θ زاویه بین بردار نیرو و جهت جابجایی (بر حسب رادیان اندازه گیری می شود).

در اینجا جزئیات و مراحل کلیدی برای محاسبه کار انجام شده توسط یک نیروی ثابت آمده است:

شناسایی نیرو: مقدار و جهت نیروی ثابت وارد بر جسم را تعیین کنید. این نیرو می تواند به روش های مختلفی مانند هل دادن، کشیدن یا بلند کردن اعمال شود.

تعیین جابجایی: فاصله و جهتی را که جسم بر اثر نیرو جابجا می شود را بیابید. جابجایی باید در جهت نیرو اندازه گیری شود.

محاسبه زاویهθ: اگر نیرو و جابجایی در یک جهت نیستند، باید زاویه θ بین آنها را محاسبه کنید. این زاویه با رادیان اندازه گیری می شود و با استفاده از مثلثات می توان آن را پیدا کرد.

مقادیر را به فرمول وصل کنید: از فرمول W = F dcosθ استفاده کنید و مقادیری را که جمع آوری کرده اید جایگزین کنید.

محاسبه کار: محاسبات را برای یافتن کار انجام شده توسط نیروی ثابت انجام دهید. اطمینان حاصل کنید که از واحدهای ثابت برای نیرو (N)، جابجایی (m) و زاویه تتا استفاده می کنید.

علامت و تفسیر را در نظر بگیرید: علامت کار انجام شده می تواند اطلاعاتی در مورد ماهیت کار ارائه دهد. کار مثبت زمانی انجام می شود که نیرو و جابجایی در یک جهت باشند (به عنوان مثال، بلند کردن یک جسم)، در حالی که کار منفی زمانی انجام می شود که در جهت مخالف باشند (مثلاً پایین آوردن یک جسم در برابر گرانش).

واحدها و پاسخ نهایی: مطمئن شوید که پاسخ نهایی شما دارای واحدهای مناسب (ژول، J) و شامل علامتی است که نشان می دهد کار روی شی (مثبت) یا توسط مفعول (منفی) انجام شده است.

کار انجام شده توسط یک نیروی ثابت به بزرگی نیرو، فاصله ای که نیرو روی آن اعمال می شود و زاویه بین نیرو و جهت جابجایی بستگی دارد. محاسبه کار در درک انتقال انرژی مرتبط با فرآیندهای فیزیکی مختلف ضروری است و یک مفهوم اساسی در مکانیک و فیزیک است.

کار و انرژی جنبشی فیزیک دهم

اصل کار و انرژی جنبشی (همچنین به عنوان قضیه کار-انرژی نیز شناخته می شود) بیان می کند که کار انجام شده توسط مجموع تمام نیروهای وارد بر یک ذره برابر با تغییر انرژی جنبشی ذره است.

نکات مهم:

• کار W انجام شده توسط نیروی خالص روی یک ذره برابر با تغییر انرژی جنبشی KE ذره است.
• قضیه انرژی کار را می توان از قانون دوم نیوتن به دست آورد.
• کار انرژی را از مکانی به مکان دیگر یا شکلی به شکل دیگر منتقل می کند. در سیستم های کلی تر از سیستم ذرات ذکر شده در اینجا، کار می تواند انرژی پتانسیل یک دستگاه مکانیکی، انرژی گرمایی در یک سیستم حرارتی یا انرژی الکتریکی در یک دستگاه الکتریکی را تغییر دهد.

از این درس چه انتظاری باید داشت؟

کار انجام شده عموماً در رابطه با نیروی اعمال شده ذکر می شود در حالی که انرژی با توجه به عوامل دیگری مانند گرما استفاده می شود. توان به عنوان کار انجام شده در واحد زمان تعریف می شود. واحد استاندارد کار ژول است، مانند انرژی. کار تغییر در انرژی است. با این حال، کار فقط حرکت انرژی به اطراف است، نه تغییر انرژی کل یک سیستم. در فیزیک، توان، میزان انجام کار، مقدار انرژی انتقال یافته در واحد زمان است.

کار را می توان به عنوان انتقال انرژی تعریف کرد. در فیزیک می گوییم که وقتی انرژی را به آن جسم منتقل می کنید، روی یک جسم کار می شود. اگر یک جسم به جسم دوم انرژی منتقل کند (به آن انرژی بدهد، آنگاه جسم اول روی جسم دوم کار می کند.

کار اعمال نیرو در مسافت است. بلند کردن وزنه از روی زمین و گذاشتن آن در قفسه نمونه خوبی از کار است. نیرو برابر با وزن جسم و فاصله برابر با ارتفاع قفسه (W= Fxd) است.

اصل کار-انرژی – تغییر در انرژی جنبشی یک جسم برابر است با کار خالص انجام شده روی جسم.

انرژی را می توان به عنوان ظرفیت انجام کار تعریف کرد. ساده ترین حالت کار مکانیکی زمانی است که جسمی ثابت است و ما آن را مجبور به حرکت می کنیم. انرژی یک جسم متحرک انرژی جنبشی نامیده می شود.

قضیه کار و انرژی استدلال میکند که کار خالص انجام شده روی یک ذره برابر با تغییر در انرژی جنبشی ذره است. بر اساس این قضیه , وقتی جسمی کند میشود , انرژی جنبشی نهایی آن کمتر از انرژی جنبشی اولیه است , تغییر انرژی جنبشی آن منفی است , و همچنین کار خالص روی آن انجام میشود.

وقتی کار روی یک جسم انجام میشود , باید نیرویی وجود داشته باشد که باعث حرکت جسم میشود. با اعمال نیرو , جسم شتاب میگیرد یا سرعت خود را تغییر میدهد. به عنوان مثال , هنگامی که کیک بوکسور به کیسه سنگینی که در ابتدا در حالت استراحت است لگد میزند , در حال انجام کار بر روی کیسه است و نیرویی که او وارد میکند , سرعت کیسه را تغییر میدهد . همچنین میدانیم که انرژی جنبشی انرژی حرکت است و به سرعت بستگی دارد . هنگامی که سرعت جسم تغییر میکند , انرژی جنبشی آن نیز تغییر میکند. از آنجایی که انجام کار روی یک جسم حرکت آن را تغییر می دهد , انرژی جنبشی جسم نیز تغییر میکند. وقتی کیک بوکسور روی کیسه سنگین کار میکند , انرژی جنبشی کیسه با افزایش سرعت آن تغییر میکند.

رابطه بین کار و نیروی جنبشی فیزیک دهم

تا به حال فکر کرده‌ای چرا وقتی یک جسم را هل می‌دهیم یا یک توپ را پرتاب می‌کنیم، انرژی آن جسم تغییر می‌کند؟ پاسخ این سؤال در رابطه بین کار و نیروی جنبشی نهفته است.

در فیزیک، کار (Work) و انرژی جنبشی (Kinetic Energy) دو مفهوم اساسی هستند که درک آن‌ها برای فهم حرکت و نیروهای وارد بر اجسام ضروری است. در این مقاله این مفاهیم را توضیح خواهیم داد و ارتباط مستقیم بین کار انجام شده روی یک جسم و تغییرات انرژی جنبشی آن واضح خواهد شد.

تعریف کار (Work)

کار در فیزیک به معنای انرژی است که یک نیرو بر جسم وارد می‌کند تا جسم را در جهت نیرو جابه‌جا کند.

فرمول کار:

W=F⋅d⋅cosθ

که در آن:

W : کار انجام شده (ژول، J)

F :  مقدار نیرو (نیوتن، N)

d : جابه ‌جایی جسم در جهت نیرو (متر، m)

Θ :  زاویه بین نیرو و جهت حرکت

نکات مهم درباره کار:

• اگر زاویه نیرو با حرکت 90∘ باشد، کار صفر است (مثلاً نیروی گرانشی روی جسمی که افقی حرکت می‌کند).
• کار مثبت: وقتی نیرو و حرکت در یک جهت هستند.
• کار منفی: وقتی نیرو مخالف جهت حرکت است.

تعریف انرژی جنبشی فیزیک دهم ریاضی

انرژی جنبشی انرژی است که جسم به دلیل حرکت خود دارد.

فرمول انرژی جنبشی:

که در آن:

KE: انرژی جنبشی (ژول، J)

M : جرم جسم (کیلوگرم، kg)

V : سرعت جسم (متر بر ثانیه، m/s)

رابطه کار و انرژی جنبشی فیزیک دهم

یکی از اصول مهم فیزیک این است که کار انجام شده روی یک جسم باعث تغییر انرژی جنبشی آن می‌شود. به این رابطه قضیه کار و انرژی جنبشی (Work-Energy Theorem) گفته می‌شود.

بیان قضیه:

به عبارت ساده:

اگر روی یک جسم کار انجام شود، سرعت آن تغییر می‌کند و در نتیجه انرژی جنبشی‌اش تغییر می‌کند.

• کار مثبت → سرعت و انرژی جنبشی افزایش می‌یابد.
• کار منفی → سرعت و انرژی جنبشی کاهش می‌یابد.

جدول مقایسه کار و انرژی جنبشی

کار (Work)	انرژی جنبشی (Kinetic Energy)	ویژگی
انرژی وارد شده توسط نیرو به جسم	انرژی حرکت جسم به دلیل سرعت	تعریف
ژول (J)	ژول (J)	واحد
نیرو و جابه‌جایی	جرم و سرعت جسم	وابسته به
جهت نیرو مهم است	همواره مثبت	جهت
باعث تغییر انرژی جنبشی می‌شود	نتیجه کار انجام شده است	تغییر

مثال‌ از رابطه کار و انرژی جنبشی

1. پرتاب توپ

وقتی توپ را به سمت بالا پرتاب می‌کنید:

کار مثبت نیرو باعث افزایش انرژی جنبشی توپ می‌شود.

وقتی توپ به بالاترین نقطه می‌رسد، انرژی جنبشی به صفر می‌رسد و انرژی پتانسیل گرانشی حداکثر می‌شود.

2. ترمز خودرو

نیروی ترمز ،کار منفی انجام می‌دهد.

انرژی جنبشی خودرو کاهش می‌یابد و در نهایت خودرو متوقف می‌شود.

نکات مهم کنکوری

کار و انرژی جنبشی رابطه مستقیم دارند: کار = تغییر انرژی جنبشی

کار مثبت → افزایش سرعت → افزایش انرژی جنبشی

کار منفی → کاهش سرعت → کاهش انرژی جنبشی

انرژی جنبشی فقط به حرکت جسم وابسته است، نه به جهت نیرو

کار صفر → هیچ تغییر در انرژی جنبشی وجود ندارد

 

انواع کار و تأثیر بر انرژی جنبشی

• کار توسط نیروهای موافق حرکت

جسم شتاب می‌گیرد

انرژی جنبشی افزایش می‌یابد

• کار توسط نیروهای مخالف حرکت

جسم کند می‌شود

انرژی جنبشی کاهش می‌یابد

• کار توسط نیروهای عمود بر حرکت

جهت حرکت تغییر می‌کند اما انرژی جنبشی ثابت می‌ماند

مثال: نیروهای مغناطیسی بر ذرات باردار

جمع‌ بندی

رابطه بین کار و انرژی جنبشی یکی از مهم‌ترین اصول فیزیک است:

کار انجام شده روی جسم = تغییر انرژی جنبشی جسم

کار مثبت → افزایش سرعت و انرژی جنبشی

کار منفی → کاهش سرعت و انرژی جنبشی

کار صفر → انرژی جنبشی تغییر نمی‌کند

با درک این اصل می‌توانید توضیح دهید که چرا:

• توپ پرتاب شده به بالا متوقف می‌شود
• خودرو با ترمز متوقف می‌شود
• هل دادن یا کشیدن اجسام باعث افزایش یا کاهش سرعت آن‌ها می‌شود

جواب فصل سوم فیزیک دهم

جواب تمرین 1-3 صفحه 54 فیزیک دهم

ماهواره‌ای به جرم ۲۲۰kg، با تندی ثابت ۲/۵km/s دور زمین می‌چرخد. انرژی جنبشی ماهواره را برحسب ژول و مگاژول حساب کنید.

جواب: هنگام محاسبه انرژی جنبشی، باید توجه داشت که واحدهای جرم و سرعت بر اساس سیستم بین‌المللی یکاها (SI) استفاده شوند. یعنی تندی بر حسب m/s^۲  و جرم بر حسب kg

جواب تمرین 2-3 صفحه 54 فیزیک دهم

جرم خودرویی به همراه راننده‌اش ۸۴۰kg است (شکل زیر). تندی خودرو در دو نقطه از مسیرش روی شکل زیر داده شده است. تغییرات انرژی جنبشی خودرو (ΔK=K۲−K۱) را بین این دو نقطه حساب کنید.

جواب:

جواب پرسش 1-3 صفحه 55 فیزیک دهم

جواب:

جواب تمرین جواب تمرین 3-3 صفحه 57 فیزیک دهم

ورزشکاری وزنه‌ای به جرم ۶۵kg را به طور یکنواخت، ۴۵cm بالای سر خود می‌برد کاری که این ورزشکار روی وزنه انجام داده است را محاسبه کنید. اندازهٔ شتاب گرانش زمین را g=۹/۸N/kg بگیرید.

پاسخ: به خاطر داشته باشید که وقتی شخصی جسمی را با سرعت یکنواخت به سمت بالا حرکت می‌دهد، نیروی وارد شده بر جسم جواب: وزن آن است. در این حالت، نیرو به سمت بالا و جابه‌جایی نیز به سمت بالا است، بنابراین زاویه بین نیرو و جابه‌جایی صفر درجه می‌باشد. (۰=θ):

جواب تمرین 4-3 صفحه 59 فیزیک دهم

کار انجام شده توسط ورزشکار را روی وزنه برای حالتی حساب کنید که ورزشکار با وارد کردن همان نیروی ^→F، وزنه را به آرامی پایین می‌آورد توضیح دهید که در این دو حالت، چه تفاوتی بین مقادیر به دست آمده برای کار انجام شده توسط ورزشکار وجود دارد.

جواب:

در این وضعیت، وزنه‌بردار نیرویی به سمت بالا به وزنه وارد می‌کند و آن را به آرامی پایین می‌آورد. در این حالت، نیرو به سمت بالا و جابه‌جایی به سمت پایین است، بنابراین زاویه بین نیرو و جابه‌جایی برابر با ۱۸۰ درجه خواهد بود.

هنگامی که ورزشکار وزنه را بالا می‌برد، کار او مثبت است و به این ترتیب انرژی به وزنه منتقل می‌شود. در مقابل، وقتی وزنه را پایین می‌آورد، کار انجام شده منفی خواهد بود و انرژی از وزنه توسط ورزشکار جذب می‌گردد.

جواب پرسش 2-3 صفحه 59 فیزیک دهم

شخصی جسمی را یک بار با طنابی بلند (شکل الف) و بار دیگر با طنابی کوتاه‌تر (شکل ب) روی سطحی هموار می‌کشد.
اگر جابه جایی و کاری که این شخص در هر دو بار روی جعبه انجام می‌دهد یکسان باشد، توضیح دهید در کدام حالت، شخص نیروی بزرگ‌تری وارد کرده است. اصطکاک را در هر دو حالت، ناچیز فرض کنید.

جواب:

با توجه به رابطه کار ( ) و با در نظر گرفتن اینکه کار و جابه‌جایی در هر دو حالت برابر هستند، مقادیر Fcos در حالت‌های الف و ب نیز یکسان خواهد بود، یعنی:

توجه کنید که در حالت ب، با کوتاه‌تر بودن طناب، زاویه آن با افق بزرگ‌تر می‌شود. هرچه زاویه افزایش یابد، مقدار کسینوس آن کاهش می‌یابد، بنابراین…

چون هر چه زاویه بیشتر شود مقدار کسینوس کمتر می شود.

جواب تمرین 5-3 صفحه 60 فیزیک دهم

کشاورزی توسط تراکتور، سورتمه‌‌ای پر از هیزم را در راستای یک زمین هموار به اندازهٔ ۲۰۰m جابه‌جا می‌کند
وزن کل سورتمه و بار آن mg=۱۵۰۰N است. تراکتور نیروی ثابت F_۱=۵۵۰۰N را در زاویهٔ ^∘θ=۴۵ بالای افق یه سورتمه وارد می‌کند. نیروی اصطحکاک جنبشی f_k=۳۵۰۰N است که بر خلاف جهت حرکت به سورتمه وارد می‌شود. کار کل انجام ده روی سورتمه را محاسبه کنید.

جواب:

کار نیروی وزن و نیروی عمودی سطح برابر صفر است، زیرا حرکت جسم به سمت راست است در حالی که جهت این نیروها به سمت بالا و پایین می‌باشد. زاویه بین نیرو و جابه‌جایی ۹۰ درجه است و می‌دانیم که وقتی زاویه بین نیرو و جابه‌جایی ۹۰ درجه باشد، کار نیرو صفر خواهد بود.

جواب تمرین 6-3 صفحه 63 فیزیک دهم

شکل بالا شخصی را نشان می‌دهد که با وارد کردن نیروی ثابت ۱۵۰N، جعبه‌ای به جرم ۱۰kg را از حال سکون در امتداد قائم جابه‌جا می‌کند.

الف) کار انجام شده توسط شخص و کار انجام شده توسط نیروی وزن را روی جعبه در ارتفاع ۱/۵m به طور جداگانه حساب کنید.

جواب:

جواب تمرین 7-3 صفحه 63 فیزیک دهم

جرم یک خودروی الکتریکی به همراه راننده‌اش ۸۴۰ kg است. وقتی این خودرو از موقعیت A به موقعیت B می‌رود، کار کُل انجام شده روی خودرو ۷۳۵۰۰ J است. اگر تندی خودرو در موقعیت A برابر ۵۴/۰km/h باشد، تندی آن در موقعیت B چند متر بر ثانیه است؟

جواب: با استفاده از قضیه کار و انرژی داریم :

جواب تمرین 8-3 صفحه 63 فیزیک دهم

دو قایق بادبانی مخصوص حرکت روی سطوح یخ‌زده، دارای جرم‌های m و ۲m روی دریاچهٔ افقی و بدون اصطکاکی قرار دارند و نیروی ثابت و یکسان F^→ با وزیدن باد به هر دو وارد می‌شود (شکل زیر). هر دو قایق از حال سکون شروع به حرکت می‌کنند و از خط پایان به فاصلهٔ d می‌گذرند. انرژی جنبشی و تندی قایق‌ها را درست پس از عبور از خط پایان، با هم مقایسه کنید.

جواب:

قضیه کار – انرژی جنبشی را برای هر دو قایق مینویسیم:

جواب صفحه 64 فیزیک دهم

برای آنکه تندی خودرویی از حال سکون به v برسد، باید کار کل W_۱t روی آن انجام شود. همچنین برای آنکه تندی خودرو از v به ۲v برسد، باید کار کل W۲t روی آن انجام شود (شکل زیر). نسبت W_۱t/W_۲t  چقدر است؟

جواب:

جواب تمرین صفحه 66 فیزیک دهم

برای جسمی به جرم m که رو به بالا حرکت می‌کند و از سطح زمین دور می‌شود نشان دهید کار نیروی وزن، همچنان از رابطه ۳-۶ به دست می‌آید. فرض کنید که جسم به اندازه کافی نزدیک به سطح زمین بماند به .گونه‌ای که وزن آن ثابت باشد.

جواب:

وقتی جسم به سمت بالا حرکت می‌کند، جهت حرکت به سمت بالا و نیروی وزن به سمت پایین است، بنابراین زاویه بین این دو برابر ۱۸۰ درجه خواهد بود.

جواب تمرین صفحه 68 فیزیک دهم

انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل گرانشی (نسبت به زمین) یک هواپیمای مسافربری به جرم ۷/۵۰×۱۰^۴kg که با تندی ۸۶۴km/h در ارتفاع ۹/۶۰×۱۱۰^۳m حرکت می‌کند چقدر است؟ مقدار این انرژی‌ها را با هم مقایسه کنید.

جواب:

 

جواب تمرین 12-3 صفحه 68 فیزیک دهم

جرم موتور سواری با موتورش ۱۵۰kg است. این موتورسوار، پرشی مطابق شکل زیر انجام می‌دهد.
الف) انرژی پتانسیل گرانشی موتور سوار را روی هر یک از تپه‌ها حساب کنید .(g=۹/۸m/s۲

جواب:

جواب پرسش صفحه 69 فیزیک دهم

شکل زیر، چهار وضعیت متفاوت را برای حرکت جسمی نشان می‌دهد. در وضعیت الف، جسم از حال سکون سقوط می‌کند و در سه وضعیت دیگر جسم از حال سکون روی مسیری بدون اصطکاک و رو به پایین حرکت می‌کند. تندی جسم را در نقطهٔ B برای هر چهار وضعیت با هم مقایسه کنید.

جواب:

از آنجا که ارتفاع جسم در چهار حالت برابر است، انرژی پتانسیل گرانشی آن در این نقاط یکسان است. همچنین با فرض نبودن اصطکاک، تمام این انرژی پتانسیل گرانشی هنگام رسیدن جسم به نقطه B به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. بنابراین، سرعت جسم در تمام حالت‌ها برابر خواهد بود.

جواب تمرین 13-3 صفحه 70 فیزیک دهم

جواب تمرین 14-3 صفحه 70 فیزیک دهم

 

جواب پرسش صفحه 71 فیزیک دهم

شخصی توپ در حال حرکتی را با دست خود می‌گیرد (شکل زیر). پس از توقف توپ، انرژی جنبشی آن کجا رفته است؟

جواب:

انرژی جنبشی توپ بر اثر برخورد با مولکول‌های هوا و در نهایت برخورد با دست، به انرژی درونی محیط اطراف و دست منتقل شده و موجب افزایش آن می‌گردد.

جواب تمرین صفحه 73 فیزیک دهم

جواب:

جواب تمرین صفحه 74 فیزیک دهم

جواب:

جواب تمرین 17-3 صفحه 76 فیزیک دهم

جواب:

جواب فعالیت 1-3 صفحه 76 فیزیک دهم

ب) با توجه به نتیجه قسمت الف، درک خود از هشدار معروف «لامپ اضافی خاموش!» را بیان کنید.

جواب: تلفات قابل‌توجه انرژی در مسیر تولید تا مصرف، مصرف حدود ۶ لیتر گازوئیل برای روشن نگه داشتن هر لامپ رشته‌ای در یک ماه، استفاده از منابع تجدیدناپذیر مانند سوخت‌های فسیلی و آلودگی شدید ناشی از مصرف آن‌ها، این هشدار را بسیار جدی و قابل توجه می‌کند.

پ) اگر در سراسر ایران، هر خانه در طول یک ماه، معادل انرژی الکتریکی مصرف شده در قسمت الف، صرفه جویی کند، مرتبهٔ بزرگی گازوئیل صرفه جویی شده را تخمین بزنید.

جواب: اگر تعداد خانواده ها را برابر ۲۰ میلیون (۲۰/۰۰۰/۰۰۰) فرض کنیم پس ۱۰^۷ × ۲ خانوار داریم
گازوییل مصرفی هر خانواده نیز برابر ۱۰ در نظر میگیریم پس داریم :

کل گازوئیل مصرفی  10⁸

جواب فعالیت 2-3 صفحه 76 فیزیک دهم

مدت زمانی را که طول می‌کشد تا با دویدن به بالای یک راه پله برسید اندازه بگیرید. آهنگ انجام این کار را محاسبه کنید. پاسخ خود را برحسب وات و اسب بخار بیان کنید.

جواب: ابتدا کاری را که در اثر بالا رفتن از پله‌ها انجام می‌دهید محاسبه کرده و سپس آن را بر زمان صرف‌شده برای بالا رفتن تقسیم می‌کنیم؛ به این ترتیب آهنگ انجام کار به دست می‌آید.