المناهج

حل فيزياء 2 الفصل الثالث الشغل والطاقة والآلات البسيطة مقررات

فهرس المقاله

اعتمد على المثال 1 لحل المسألة التالية

  1. إذا أثر لاعب الهوكى بضعفى القوة , أى 00 N , فى تاقرص , فكيف يتأثر التغير فى طاقة حركة القرص

  2. إذا أثر اللاعب بقوة مقدارها 00 N فى القرص , و لكن بقيت العصا ملامسة للقرص لنصف المسافة فقط , أى 0.075 m , فما مقدار التغير فى الطاقة الحركية

الاجابة :

1. تؤدى مضاعفة القوة إلى مضاعفة الشغل و من ثم إلى مضاعفة التغير فى الطاقة الحركية ليصبح

Δ KE = 0.675 X 2 = 1.35 J

2. إن تقليل المسافة إلى النصف سيخفض الشغل إلى النصف و من ثم يؤدى إلى تخفيض التغير فى الطاقة الحركية بمقدار النصف فيصبح

Δ KE = 0.68 J

 

يؤثر طالبان معا بقوة مقدارها 825 N لدفع سيارة مسافة 35 m

a.ما مقدار الشغل الذى يبذله الطالبان على السيارة

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

الاجابة :

 

يتسلق رجل جبلا و هو يحمل حقيبة كتلتها 5 kg , و بعد 30.0 min  و صل إلى ارتفاع 8.2 m  فوق نقطة البداية

a. ما مقدار الشغل الذى بذله المتسلق على حقيبة الظهر

b.إذا كان وزن المتسلق 645 N , فما مقدار الشغل الذى بذله لرفع نفسه هو و حقيبة الظهر

c.ما مقدار التغير فى طاقة المتسلق

الاجابة :

 

إذا كان البحار الذى فى المثال 2 يسحب القارب بالقوة نفسها و لكن بزاوى 0O , فما مقدار الشغل يبذله

 الاجابة :

 

يرفع شخصان صندوقا ثقيلا مسافة 15 m بواسطة حبلين يصنع كل منها زاوية 15O     مع الرأسى , و يؤثر كل من الشخصين بقوة مقدارها 255 N  ما مقدار الشغل الذى يبذلانه

الاجابة :

 

يحمل مسافر حقيبة سفر وزنها 215 N إلى أعلى سلم , بحيث يعمل إزاحة مقدارها 20 m  فى الاتجاه الرأسى و 4.60 m فى الاتجاه الأفقى

a.ما مقدار الشغل الذى بذله المسافر

b.إذا حمل المسافر نفسه حقيبة السفر نفسها إلى أسفل السلم نفسه , فما مقدار الشغل الذى يبذله

الاجابة :

 

يستخدم حبل فى سحب صندوق معدنى مسافة 0 m على سطح الأرض

فإذا كان الحبل مربوطا بحيث يصنع زاوية مقدارها 46.0o فوق سطح الأرض و تؤثر قوة مقدارها 628 N فى الحبل , فما مقدار الشغل الذى تبذله هذه القوة

الاجابة :

 

دفع سائق دراجة هوائية كتلتها 13 kg إلى أعلى تل ميله 25o و طوله 275 m , فى اتجاه مواز للطريق و بقوة مقدارها 25 N , كما فى الشكل 4-3 , فما مقدار الشغل الذى

a.يبذله السائق على دراجته الهوائية

b.تبذله قوة الجاذبية الأرضية على الدراجة الهوائية

الاجابة:

 

رفع صندوق يزن 575 N إلى أعلى مسافة 0 m رأسيا بحبل قوى موصول بمحرك

فإذا تم إنجاز العمل خلال 10.0 s , فما القدرة التى يولدها المحرك بوحدة W و وحدة KW 

الاجابة :

 

إذا كنت تدفع عربة يدوية مسافة 0 m و بسرعة ثابتة المقدار مدة 25.0 s و ذلك بالتأثير بقوة مقدارها 145 N فى اتجاه أفقى

a.فما مقدار القدرة التى يولدها

b.و إذا كنت تحرك عربة اليد بضعف مقدار السرعة , فما مقدار القدرة التى يولدها

الاجابة :

 

ما مقدار القدرة التى تولدها مضخة فى رفع 35 L من الماء كل دقيقة من عمق 110 m  [كل 1 L من الماء كتلته 1.00 kg]

الاجابة :

 

يولد محرك كهربائى قدرة 65 KW لرفع مصعد مكتمل الحمولة مسافة 1.75 m خلال 0.35 s . ما مقدار القوة التى يبذلها المحرك

الاجابة :

 

صممت رافعة ليتم تثبيتها على شاحنة كما فى الشكل 7-3

 و لدى اختبار قدراتها ربطت الرافعة بجسم وزنه يعادل أكبر قوة تستطيع الرافعة التأثير بها , 6.8 x 103 N  , فرفعت الجسم مسافة 15 m  مولدة قدرة مقدارها 0.30 KW . ما الزمن الذى احتاجت إليه الرافعة لرفع الجسم

الاجابة :

 

توقفت سيارتك فجأة وقعت بدفعها , و لاحظت أن القوة اللازمة لجعلها تستمر فى الحركة اخذة فى التناقص مع استمرار حركة السيارة .

افترض أنه خلال مسافة 15 m الأولى تناقصت قوتك بمعدل ثابت من 210.0 N إلى 40.0 N . فما مقدار الشغل المبذول على السيارة

الاجابة :

1.9 X 103 J

 

الشغل تدفع مريم جسما كتلته 20 kg مسافة 10 m على أرضية عرفة بقوة أفقية مقدارها 80 N . احسب مقدار الشغل الذى تبذله مريم

الاجابة :

W = Fd = 80 X 10 = 8 X 102 J

 

الشغل يدفع عامل ثلاجة كتلتها 185 kg بسرعة ثابتة إلى أعلى لوح مائل عديم الاحتكاك طوله 10.0 m و يميل بزاوية 11.0o على الأفقى , لتحميلها على سيارة نقل . ما مقدار الشغل الذى يبذله العامل

الاجابة :

 

الشغل و القدرة هل يعتمد الشغل اللازم لرفع كتاب إلى رف عال , على مقدار سرعة رفعة  و هل تعتمد القدرة رفع الكتاب على مقدار سرعة رفعه وضح إجابتك

الاجابة :

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

 

القدرة يرفع مصعد جسما كتلته 1.1 x 103 kg مسافة 40.0 m خلال 12.5 s . ما القدرة التى يولدها المصعد

الاجابة :

 

الشغل تسقط كرة كتلتها 0.180 kg مسافة 2.5 m , فما مقدار قوة الجاذبية الأرضية على الكرة

الاجابة :

الكتلة ترفع رافعة صندوقا مسافة 1.2 m , و تبذل عليه شغلا مقداره 7.0 kJ . ما مقدار كتلة الصندوق

الاجابة :

 

الشغل تحمل أنت و زميلك صندوقين متماثلين من الطابق الأول من مبنى إلى غرفة تقع فى نهاية ممر فى الطابق الثانى

فإذا اخترت أن تحمل الصندوق إلى أعلى الدرج ثم تمر عبر الممر لتصل إلى الغرفة , فى حين اختار زميلك أن يحمل صندوقه من الممر فى الطابق الأول ثم يصعد به سلما رأسيا إلى أن يصل إلى الغرفة , فأيهما يبذل شغلا أكبر

الاجابة :

كلاهما ينجز كمية الشغل نفسها .

 

الشغل و طاقة الحركة إذا تضاعفت الطاقة الحركية لجسم بفعل شغل مبذول عليه , فهل تتضاعف سرعة الجسم  إذا كان الجواب بالنفى فما النسبة التى تتغير بها سرعة الجسم

الاجابة :

تتناسب الطاقة الحركية مع مربع السرعة لذلك فإن مضاعفة الطاقة تؤدى إلى مضاعفة مربع السرعة فتتزايد السرعة بالمعامل 1.4 .

 

التفكير الناقد وضح كيفية إيجاد التغير فى طاقة النظام إذا أثرت فيه ثلاث قوى فى ان واحد

الاجابة :

لأن الشغل عبارة عن تغير فى الطاقة الحركية فاحسب الشغل المبذول بواسطة كل قوة يمكن أن يكون الشغل موجب أو سالب أو صفر و يعتمد على الزاوية بين القوة و إزاحة الجسم يمثل مجموع الكميات الثلاث للشغل التغير فى طاقة النظام .

 

إذا تضاعف نصف قطر ناقل الحركة فى الدراجة الهوائية فى المثال 4

فى حين بقيت القوة المؤثرة فى السلسلة و المسافة التى تحركتها حافة الدولاب دون تغيير , فما الكميات التى تتغير  و ما مقدار التغير

الاجابة :

 

 تستخدم مطرقة ثقيلة لطرق إسفين فى جذع شجرة لتقسيمه

فعندما ينغرس الإسفين مسافة 0.20 m فى الجذع فإنه ينفلق مسافة مقدارها 5.0 cm . إذا علمت أن القوة اللازمة لفلق الجذع هى 1.7 x 104 N , و أن المطرقة تؤثر بقوة 1.1 X 104 N , فاحسب مقدار

a. الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) للإسفين

b. الفائدة الميكانيكية (MA) للإسفين

c. كفاءة الإسفين إذا اعتبرناه الة

الاجابة :

 

يستخدم عامل نظام بكرة عند رفع صندوق كرتون كتلته 24.0 kg مسافة 16.5 m كما فى الشكل 14-3

فإذا كان مقدار القوة المؤثرة 129 N و سحب الحبل مسافة 33.0 m

a. فما مقدار الفائدة الميكانيكية (MA) لنظام البكرة

b. و ما مقدار كفاءة النظام

الاجابة:

إذا أثرت بقوة مقدارها 255 N فى رافعة لرفع صخرة وزنها 1.25 X 103 N مسافة 13 cm

و كانت كفاءة 88.7 % فما المسافة التى تحركها نهاية الرافعة من جهتك

الاجابة :

0.81 m

 

تتكون رافعة (winch) من ذراع نصف قطره 45 cm

 يتصل الذراع بأسطوانة نصف قطرها 7.5 cm , ملفوف حولها حبل , و من الطرف الثانى للحبل يتدلى الثقل المراد رفعه . عندما تدور الذراع دورة واحدة تدور الأسطوانة دورة واحدة أيضا

a. ما مقدار الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) لهذه الالة

b. إذا كانت فاعليىة الالة 75 % فقط نتيجة تأثير قوة الاحتكاك , فما مقدار القوة لتى يجب التأثير بها فى مقبض الذراع ليؤثر بقوة مقدارها 750 N فى الحبل

الاجابة :

 

 

الالات البسيطة صنف الأدوات أدناه إلى رافعة , أو عجلة و محور , أو مستوى مائل , أو إسفين , أو بكرة

a. مفك براغى

b. كماشة

c. إزميل

d. نزاعة الدبابيس

الاجابة :

a. عجلة و محور.

b. الرافعة.

c. الإسفين .

d. الرافعة .

 

الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) يتفحص عامل نظام بكرات متعددة

 و ذلك لتقدير أكبر جسم يمكن أن يرفعه . فإذا كانت أكبر قوة عمودية يمكن للعامل التأثير بها إلى الأسفل مساوية لوزنه 875 N, و عندما يحرك الحبل مسافة 1.5 m فإن الجسم يتحرك مسافة 0.25 m , فما وزن أثقل جسم يمكن رفعه

الاجابة :

 

الالات المركبة للونش ذراع نصف قطر دورانه 45 cm

 أسطوانة نصف قطرها 7.5 cm خلال مجمزعة من نزاقل الحركة , بحيث يدور الذراع ثلاث دورات لتدور الأسطوانة دورة واحدة . فما مقدار الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) لهذه الالة المركبة

الاجابة :

 

الكفاءة إذا رفعت الة بسيطة , فهل تزداد الكفاءة الميكانيكية (MA) , و الفائدة الميكانيكية المثالية (IMA) ، أم تنقص أم تبقى ثابتة

الاجابة :

تتزايد الفائدة الميكانيكية بينما تبقى الفائدة الميكانيكية المثالية كما هى أو تتناقص الفائدة الميكانيكية المثالية بينما تبقى الفائدة الميكانيكية كما هى أو تتزايد الفائدة الميكانيكية بينما الفائدة الميكانيكية المثالية تتناقص

 

التفكير الناقد تتغير الفائدة الميكانيكية لدراجة هوائية متعددة نواقل الحركة بتحريك السلسلة بحيث تدور ناقل حركة خلفيا مناسبا

1. عند الانطلاق بالدراجة عليك أن تؤثر فى الدراجة بأكبر قوة ممكنة ، لتكسبها تسارعا ، فهل ينبغى أن تختار ناقل حركة صغيرا أم كبيرا

2. إذا وصلت إلى مقدار السرعة المناسب و أردت تدوير الدواسة بأقل عدد ممكن من الدورات , فهل تختار ناقل حركة كبيرا أم صغيرا

3. بعض أنواع الدراجات الهوائية تمنحك فرصة اختيار حجم ناقل الحركة الأمامى . فإذا كنت بحاجة إلى قوة أكبر لتحدث تسارعا فى أثناء صعودك تلا , فهل تتحول إلى ناقل الحركة الأمامى الأصغر أم الأكبر

الاجابة :

  1. كبير
  2. صغير
  3. الأصغر

 

كون خريطة مفاهيم مستخدما المفردات الاتية

القوة ، الإزاحة ، اتجاه الحركة ، الشغل ، التغير فى الطاقة الحركية

الاجابة :

 

ما وحدة قياس الشغل

الاجابة :

الجول

 

افترض أن قمرا صناعيا يدور حول الأرض فى مدار دائرى , فهل تبذل قوة الجاذبية الأرضية أى شغل على القمر

الاجابة :

لا ، إن قوة الجاذبية تتجه نحو مركز الأرض و متعامدة مع اتجاه إزاحة القمر الصناعى .

 

ينزلق جسم بسرعة ثابتة على سطح عديم الاحتكاك . ما القوى المؤثرة فى الجسم  و ما مقدار الشغل التى تبذله كل قوة

الاجابة :

قوة الجاذبية و قوة رد الفعل الرأسية إلى أعلى فقط تؤثران فى الجسم . لا يبذل شغل لان الإزاحة متعامدة مع هذه القوى .

 

عرف كلا من الشغل و القدرة

الاجابة :

الشغل : حاصل ضرب القوة فى المسافة التى قطعها الجسم فى اتجاه القوة .

و القدرة : هى المعدل الزمنى لبذل الشغل .

 

ماذا تكافىء وحدة الواط بدلالة وحدات الكيلو جرام و المتر و الثانية

الاجابة :

 

وضح العلاقة بين الشغل المبذول و التغيرفى الطاقة

الاجابة :

الشغل المبذول يساوى التغير فى الطاقة الحركية .

 

هل يمكن لاله ما أن تعطى شغلا ناتجا أكبر من الشغل المبذول عليها

الاجابة :

 

فسر كيف يمكن اعتبار الدواسات التى فى الدراجة الهوائية ألة بسيطة

الاجابة :

تنتقل الدواسة من السائق إلى الدراجة خلال الدولاب و المحور .

 

أى الحالتين التاليتين تطلب بذل شغل أكبر

حمل حقيبة ظهر وزنها 420 N إلى أعلى تل أرتفاعه 200 m , أو حمل حقيبة ظهر وزنها 210 N إلى أعلى تل أرتفاعه 400 m  و لماذا

الاجابة :

كل منها يحتاج نفس كمية الشغل نفسها لأن حاصل ضرب القوة فى المسافة متساوى .

 

الرفع يقع صندوق كتب تحت تأثير قوتين فى أثناء رفعك له عن الأرض لتضعه على سطح طاولة

إذ تؤثر فيه الجاذبية الأرضية بقوة مقدارها (mg) إلى أسفل و تؤثر فيه أنت بقوة مقدارها (mg) إلى أعلى , و لأن هاتين القوتين متساويتان فى المقدار و متعاكستان فى الاتجاه فيبدو كأنه لا يوجد شغل مبذول , و لكنك تعلم أنك بذلت شغلا . فسر ما الشغل الذى بذل

الاجابة :

أنت بذلت شغلا موجبا على الصندوق لأن القوة و الحركة فى الاتجاه نفسه و قوة الجاذبية بذلت شغلا سالبا على الصندوق لان قوة الجاذبية فى عكس اتجاه الحركة . و كل من الشغل الذى بذلته الجاذبية الأرضية مستقل عن الاخر و لا يلغى احدهما الاخر .

 

يحمل عامل صناديق كرتونية إلى أعلى السلم ثم يحمل صناديق مماثلة لها فى الوزن إلى أسفله

غير أن معلم الفزياء يرى أن هذا العامل لم “يشتغل” مطلقا , لذا فإنه لا يستحق أجرا . فكيف يمكن أن يكون المعلم على صواب  و كيف يمكن إيجاد ريقة ليحصل بها العامل على اجره

الاجابة :

الشغل المحصل يساوى صفر لان حمل صندوق الكرتون إلى الطابق الأعلى يتطلب بذل شغل موجب ز حمله ثانية إلى أسفل يتطلب بذل شغل سالب و الشغل المبذول فى الحالتين متساوى فى المقدار و متعاكس فى الإشارة لان المسافتين فى الحالتين متساويتان فى المقدار و متعاكستان فى الاتجاه . قد يحسب الطلاب أجر العامل على أساس الزمن الذى يحتاج إليه لحمل الصناديق , إما إلى أعلى أو إلى أسفل , ليس على أساس الشغل المبذول .

 

إذا حمل العمل فى المسألة السابقة الكراتين إلى أسفل درج , ثم سار بها مسافة 15 m  فى ممر , فهل يبذل شغلا الان فسر إجابتك

الاجابة :

لا , القوة المؤثرة فى الصندوق رأسية إلى أعلى و الإزاحة أفقية على امتداد الممر . و هما متعامدتان و لا يبذل شغل فى هذه الحالة .

 

صعود الدرج يصعد شخصان لهما الكتلة نفسها العدد نفسه من الدرجات  فإذا صعد الشخص الأول الدرجات حلال 25 s , و صعد الثانى الدرجات خلال 35 s

1. فأى الشخصين بذل شغلا أكبر فسر إجابتك

2. أى الشخصين أنتج قدرة أكثر فسر إجابتك

الاجابة :

  1. يبذل الشخصين كمية الشغل نفسها لأنهما يصعدان عدد الدرجات نفسه و لهما الكتلة نفسها .
  2. الشخص الذى يصعد خلال 25 s ينفق قدرة أكبر لذا يلزمه زمن اقل لقطع المسافة.

 

وضح أن القدرة المنقولة يمكن كتابتها على النحو التالى

 

كيف تستطيع زيادة الفائدة الميكانيكية المثالية للالة

الاجابة :

بزيادة نسبة de / dr  لزيادة الفائدة الميكانيكية المثالية IMA للالة .

 

 الإسفين كيف تستطيع زيادة الفائدة الميكانيكية للإسفين دون تغيير فائدته الميكانيكية المثالية

الاجابة :

قلل الاحتكاك ما ظامكن لتقليل قوة المقاومة .

 

المدارت فسر لماذا لا يتعارض دوران كوكب حول الشمس من نظرية الشغل و الطاقة

الاجابة :

افترض مدارا دائريا القوة العائدة للجاذبية الأرضية متعامدة مع اتجاه الحركة و هذا يعنى أن الشغل المبذول يساوى صفرا , و لأنه لا يوجد تغير فى الطاقة الحركية للكوكب لذلك فان سرعته لا تتزايد و لا تتناقص

 

المطرقة ذات الكماشة تستخدم المطرقة ذات الكماشة لسحب مسمار من قطعة خشب كما فى الشكل 3-16

فأين ينبغى أن تضع يدك على المقبض  و أين ينبغى أن يكون موقع المسمار بالنسبة لطرفى الكماشة لجعل القوة ( المسلطة ) أقل ما يمكن

الاجابة :

يجب أن تكون يدك بعيدة قدر الإمكان عن الرأس لجعل de كبيرة ما أمكن و يجب أن يكون المسمار قريبا إلى الرأس قدر الإمكان لجعل dr صغيرة ما أمكن .

 

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

الاجابة :

W = Fd = mgd

= 150 x 9.8 x 8 = 1 x 104 J

 

يبذل ماهر شغلا مقداره 176 J لرفع نفسه مسافة 0.300 m . ما كتلة ماهر

الاجابة :

 

كرة قدم بعد أن سجل لاعب كتلته 84.0 kg هدفا , قفز سطح الأرض فرحا . فما الشغل الذى بذله اللاعب

الاجابة :

W = mgd

= 84.5 x 9.8 x 1.2 = 988 J

 

لعبة شد الحبل بذل الفريق A خلال لعبة شد الحبل شغلا مقداره 2.20 x  103 j عند سحب الفريق B مسافة 2.00 m , فما مقدار القوة التى أثر بها الفريق A

الاجابة :

 

تسير سيارة بسرعة ثابتة

فى حين يؤثر محركها بقوة مقدارها 551 N لموازنة قوة الاحتكاك , و المحافظة على ثبات السرعة , ما مقدار الشغل الذى تبذله السيارة ضد قوة الاحتكاك عند انتقالها بين مدينتين تبعدان مسافة 161 m إحداهما عن الاخرى

الاجابة :

W = Fd = 552 x 161 x 103 = 8.87 x 107 J

 

 قيادة الدراجة يؤثر سائق دراجة هوائية بقوة مقدارها 15.0 N عندما يقود دراجته مسافة 251 m لمدة 30.0 s ما مقدار القدرة التى ولدها

الاجابة :

 

يرفع أمين مكتبة كتابا كتلته 2.2 kg من الأرض إلى أرتفاع 1.25 m

ثم يحمل الكتاب و يسير مسافة 8.0 m  إلى رفوف المكتبة و يضع الكتاب على رف يرتفع مسافة 0.35 m فوق مستوى الأرض . ما مقدار الشغل الذى بذله على الكتاب

الاجابة :

W = Fd = mgd

= (2.2) (9.80) (0.35) = 7.5 J

 

تستخدم قوة مقدارها 300.0 N لدفع جسم كتلته 145 kg أفقيا مسافة 30.0 m خلال 30.0 s

a. احسب مقدار الشغل المبذول على الجسم

b. احسب مقدار القدرة المتولدة

الاجابة:

 

 العربة يتم سحب عربة عن طريق التأثير فى مقبضها بقوة مقدارها 38.0 N

و تصنع زاوية 42.0o مع خط الأفق , فإذا سحبت العربة فى مسار دائرى نصف قطره 25.0 m , فما مقدار الشغل المبذول

الاجابة :

مجز العشب بدفع عامل مجز عشب بقوة مقدارها 88.0 N

مؤثرا فى مقبضه الذى يصنع زاوية 41.0o على الأفقى . ما مقدار الشغل الذى يبذله العامل فى تحريك المجز مسافة 1.2 km لجز العشب فى فناء المنزل

الاجابة :

 

يلزم بذل شغل مقداره 1210 j لسحب قفص كتلته 17.0 kg مسافة 20.0 m

فإذا تم إنجاز الشغل بربط القفص بحبل و سحبه بقوة مقدارها 75.0 N , فما مقدار زاوية ربط الحبل بالنسبة للأفقى

الاجابة :

 

جرار زراعى يصعد جرار زراعى كتلته 120 kg أعلى طريق مائل بزاوية 21o على لأفقى كما فى الشكل 3-17 , فإذا قطع الجرار مسافة 12.0 m بسرعة ثابتة خلال 2.5 s , فاحسب القدرة التى أنتجها الجرار

 

 

إذا كنت تدفع صندوقا إلى أعلى مستوى يميل بزاوية 30.0o على الأفقى عن طريق التأثير فيه بقوة مقدارها 225 N فى اتجاه مواز للمستوى المائل

, فتحرك الصندوق بسرعة ثابتة , و كان معامل الاحتكاك يساوى 0.28 , فما مقدار الشغل الذى بذلته على الصندوق إذا كانت المسافة الراسية المقطوعة 1.15 m

الاجابة :

 

زلاجة بسحب شخص زلاجة كتلتها 4.5 kg على جليد بقوة مقدارها 225 N بواسطة حبل يميل بزاوية 35.0o على الأفقى كما فى الشكل 3-18

فإذا تحركت الزلاجة مسافة 63.3 m , فما مقدار الشغل الذى بذله الشخص

 

درج كهربائى يقف شخص كتلته 52 kg على درج كهربائى طوله 227 m

و يميل 31o على الأفقى فى متنزه المحيط فى مدينة هونج كونج و الذى يعد أطول درج كهربائى فى العالم ما مقدار الشغل الذى يبذله الدرج على الشخص

الاجابة :

 

مدحلة العشب تدفع مدحلة عشب بقوة مقدارها 115 N فى اتجاه مقبضها الذى يميل بزاوية 22.5o على الأفقى

 فإذا أنتجت قدرة 64.6 W لمدة 90.0 s , فما مقدار المسافة التى دفعتها المدحلة

الاجابة :

 

 يدفع عامل صندوقا على أرضية مصنع متغيرة الخشونة بقوة أفقية

حيث يجب على العامل أن يؤثر بقوة مقدارها 35 N لمسافة 12 m , و أخيرا يؤثر بقوة مقدارها 10 N مسافة 8 m

a. ارسم المنحنى البيانى للقوة – المسافة

b. ما مقدار الشغل الذى بذله العامل لدفع الصندوق

الاجابة :

 

يدفع شخص صندوقا كتلته 60.0 kg إلى أعلى مستوى مائل طوله 2.0 m متصل بمنصة أفقية ترتفع 1.0 m فوق مستوى الأرض ,  كما فى الشكل 3-19

حيث تلزم قوة مقدارها 400.0 N تؤثر فى اتجاه يوازى المستوى المائل لدفع الصندوق إلى أعلى المستوى بسرعة ثابتة المقدار

a. ما مقدار الشغل الذى بذله الشخص فى دفع الصندوق إلى أعلى المستوى المائل

b. ما مقدار الشغل الذى يبذله الشخص إذا رفع الصندوق رأسيا إلى أعلى من سطح الأرض إلى المنصة

 

محرك القارب بدفع محرك قاربا على سطح الماء بسرعة ثابتة مقدارها 15 m/s

 و يجب أن يؤثر المحرك بقوة مقدارها 6.0 KN ليوازن قوة مقاومة الماء لحركة القارب . ما قدرة محرك القارب

الاجابة :

يوضح الرسم البيانى فى الشكل 3-20 منحنى القوة – الاستطالة (المسافة التى يستطليها النابض تحت تأثير القوة) لنابض معين

a. احسب ميل المنحنى البيانى K , و بين أن F = kd , حيث k = 25 N/m

b. احسب مقدار الشغل المبذول فى استطالة النابض من 00 m إلى 0.20 m , و ذلك بحساب المساحة تحت المنحنى البيانى من 0.00 إلى 0.20 m

c. بين أن إجابة الفرع (b) يمكن التوصل إليها باستخدام المعادلة W = 1/2kd2 , حيث W الشغل , k = 25 N/m (ميل المنحنى البيانى) , و d مسافة استطالة النابض (20m)

الاجابة :

 استخدم الرسم البيانى فى الشكل 3-20 لإيجاد الشغل اللازم لاستطالة النابض من 0.12 m إلى 0.28 m

الاجابة:

W = Fd

=0.80 J

 

يدفع عامل صندوقا يزن 93 N إلى أعلى مستوى مائل , لكن اتجاه دفع العامل أفقى يساوى سطح الأرض . انظر الشكل 3-21

a. إذا أثر العامل بقوة مقدارها 85 N . فما مقدار الشغل الذى يبذله

b. ما مقدار الشغل الذى تبذله قوة الجاذبية الأرضية ؟ (انتبه إلى الإرشارات التى تستخدمها)

c. إذا كان معامل الاحتكاك الحركى 0.20, فما مقدار الشغل المبذول بواسطة قوة الاحتكاك ؟ (انتبه إلى الإشارات التى تستخدمها)

 

مضخة الزيت تضخ مضخة 0.550 m3 من الزيت خلال 35.0 s فى برميل يقع على منصة ترتفع 25.0 m فوق مستوى أنبوب السحب

فإذا كانت كثافة الزيت 0.820 g/cm3 فأحسب

a. الشغل الذى تبذله المضخة

b. القدرة التى تولدها المضخة

الاجابة :

 

حزام نقل يستخدم حزام نقل طوله 12.0 m يميل بزاوية 30.0o على الأفقي لنقل حزم من الصحف من عرفة البريد إلى مبنى الشحن

فإذا كانت كتلة كل صحيفة 1.0 kg وتتكون كل حزمة من 25 صحيفة، فأحسب القدرة التي يولدها حزام النقل إذا كان ينقل 15 حزمة في الدقيقة

الإجابة:

 

تسير سيارة على الطريق بسرعة ثابتة مقدارها 76 km/h

فإذا كان محرك السيارة يولد قدرة مقدارها 48 kW، فأحسب متوسط القوة التي تقاوم حركة السيارة

الإجابة:

 

يوضح الرسم البياني في الشكل 3-22 منحنى القوة  الإزاحة لعملية سحب جسم

a. احسب الشغل المبذول لسحب الجسم مسافة 0 m

b. احسب القدرة المتولدة إذا تم إنجاز الشغل خلال 0 s

 

رفع شخص صندوقاً وزنه 1200 N مسافة 5.00m باستخدام مجموعة بكرات، بحيث سحب من الحبل طولاً مقداره 20.0m، فما مقدار

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

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

c. الشغل الناتج

d. الشغل المبذول

e. الفائدة الميكانيكية

الإجابة: 

 

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

الإجابة:

 

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

b. ما مقدار الفائدة الميكانيكية

c. ما كفاءة النظام

الإجابة:

رفع شخص صندوقاً وزنه 1200 N مسافة 5.00m باستخدام مجموعة بكرات، بحيث سحب من الحبل طولاً مقداره 20.0m، فما مقدار

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

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

c. الشغل الناتج

d. الشغل المبذول

e. الفائدة الميكانيكية

الإجابة: 

 

 يؤثر طالب بقوة مقدارها 250 N في رافعة، مسافة 1.5 m فيرقع صندوقاً كتلته 150 kg

فإذا كانت كفاءة الرافعة 90%، فاحسب المسافة التي ارتفعها الصندوق

الإجابة:

ما مقدار الشغل اللازم لرفع جسم كتلته 215 kg مسافة 5.65 m باستخدام آلة كفائتها 72.5%

الإجابة:

 

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

b. الفائدة الميكانيكية المثالية للمستوى المائل

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

 

الدراجة الهوائية يحرك صبي دواسات (بدالات) دراجة هوائية نصف قطر ناقل الحركة فيها 5.00 cm ونصف قطر دولابها 38.6 cm

كما فى الشكل 3-24، فإذا دار الدولاب دورة واحدة، فما طول السلسلة المستخدمة

 

 الونش يشغل محرك كفاءته 88% ونشأ كفاءته 42%، فإذا كانت القدرة المزودة للمحرك 5.5 kW

فما السرعة الثابتة التي يرفع الونش فيها صندوقاً كتلته 410 kg

الإجابة:

0.5 m/s

 

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 الميكانيكة المثالية IMA للآلة المركبة تساوي 0

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

c. إذا تحركت جهة تأثير القوة من الرافعة مسافة 0 cm، فما المسافة التي رفع إليها الصندوق

الإجابة:

 

المستويات المائلة إذا أرادت فتاة نقل صندوق إلى منصة ترتفع 2.0 m عن سطح الأرض

ولديها الخيار أن تستخدم مستوى مائلاً طوله 3.0 m أو مستوى مائلاً طوله 4.0 m، فأى المستويين ينبغي أن تستخدم الفتاة إذا أرادت أن تبذل أقل كمية من الشغل، علماً بأن المستويين عديما الاحتكاك

الإجابة:

أى مستوى مائل: المسافة الرأسية فقط مهمة إذا استخدمت الفتاة مستوى مائلا طويلا فسوف تحتاج إلى قوة أقل. الشغل المبذول سوف يكون نفسه

 

يرفع لاعب ثقلا كتلته 240 kg مسافة 2.35 m

a. ما مقدار الشغل الذى يبذله اللاعب لرفع الثقل

b. ما مقدار الشغل الذى يبذله اللاعب للإمساك بالثقل فوق رأسه

c. ما مقدار الشغل الذى يبذله اللاعب لإنزال الثقل مرة أخرى على الأرض

d. هل يبذل اللاعب شغلا إذا ترك الثقل يسقط فى اتجاه الأرض

e. إذا رفع اللاعب الثقل خلال 5 s , فما مقدار قدرته على الرفع

الاجابة :

 

يتطلب جر صندوق عبر أرض أفقية بسرعة ثابتة قوة أفقية مقدارها 805 N

فإذا ربطت الصندوق بحبل , و سحبته , بحيث يميل الحبل بزاوية 32o على الأفقى

a. فما مقدار القوة التى تؤثر بها فى الحبل

b. و ما مقدار الشغل الذى بذلته على الصندوق إذا حركته مسافة 22 m

c. إذا حركت الصندوق خلال 0 s , فما مقدار القدرة الناتجة

الاجابة :

 

العربة و المستوى المائل تستخدم عربة متحركة لنقل ثلاجة كتلتها 115 kg  إلى منزل

و قد وضعت العربة التى تحمل الثلاجة على مستوى مائل , ثم سحبت بمحرك يسلط عليها قوة مقدارها 496 N, فإذا كان طول المستوى المائل 2.10 m , و ارتفاعه 0.85 m, و كونت العربة و المستوى المائل الة , فاحسب كلا مما يأتى

a. مقدار الشغل الذى يبذله المحرك

b. مقدار الشغل المبذول على الثلاجة بواسطة الالة

c. كفاءة الالة

الاجابة :

 

تبذل سمر شغلا مقداره 11.4 kj لجر صندوق خشبى بواسطة حبل مسافة 25.0 m على أرضية غرفة بسرعة ثابتة المقدار حيث يصنع الحبل زاوية 48.0o على الأفقى

a. ما مقدار القوة التى يؤثر بها الحبل فى الصندوق

b. ما مقدار قوة الاحتكاك المؤثرة فى الصندوق

c. ما مقدار الشغل المبذول من أرضية الغرفة بواسطة قوة الاحتكاك بين الأرض و الصندوق

الاجابة :

 

 

تزلج سحبت مزلجة (عربة التنقل على الجليد) وزنها 845 N مسافة 185 m

حيث تطلبن هذه العملية بذل شغل مقداره 1.20 x 104 j عن طريق التأثير بقوة سحب مقدارها 125 N فى حبل مربوط بالمزجلة . ما مقدار الزاوية التى يصنعها الحبل بالنسبة للأفقى

الاجابة :

 

يسحب زنش كهربائى صندوقا وزنه 875 N إلى أعلى مستوى يميل بزاوية 15o على الأفقى و بسرعة مقدارها 0.25 m/s

إذا كان معامل الاحتكاك الحركى بين الصندوق و المستوى المائل 0.45, فأجب عن الاتى

a. ما القدرة التى أنتجها الونش

b. إذا كانت كفاءة الونش 85 % , فما القدرة الكهربائية التى يجب تزويد الونش بها

الاجابة :

 

حلل ثم استنتج افترض أنك تعمل فى مستودع , و تقوم بحمل صناديق إلى طابق التخزين الذى يرتفع 12 m فوق سطح الأرض

 و لديك 30 صندوقا كتلتها الكلية 150 kg يجب نقلها بأقصى سرعة ممكنة , لتحقيق ذلك لديك أكثر من خيار , إذ يمكن أن تحمل صندوقين معا فى المرة الواحدة , كما يمكن أن تحمل أكثر من صندوقين , لكنك ستصبح بطيئا , و ترهق نفسك , مما يضطرك للإكثار من الاستراحات , و يمكن فقط أن تحمل صندوقا واحدا فقط فى كل مرة , و بذلك تستهلك معظم طاقتك فى رفع جسمك إن القدرة (بوحدة الواط) التر يستطيع جسمك إنتاجها مدة طويلة تعتمد على الكتلة التى تحملها , كما فى الشكل 25-3, الذى يعد مثالا على منحنى القدرة الذى يطبق على الالات كما يطبق على الإنسان . بالأعتماد على الشكل حدد عدد الصناديق التى ستحملها كل مرة و التى تقلل الزمن المطلوب , و حدد كذلك الزمن الذى تقضيه فى إنجاز هذا العمل ؟ ملاحظة : أهمل الزمن اللازم لتعود إلى أسفل السلالم و رفع كل صندوق و إنزاله

الاجابة :

القدرة القصوى تساوى 25 W للصناديق الثلاثة . الزمن يساوى 12 دقيقة تقريبا .

 

تطبيق المفاهيم يجتاز عداء كتلته 75 kg مضمارا طوله 50.0 m خلال 8.50 s افترض أن تسارع ثابت فى أثناء السباق

a. ما متوسط قدرة العداء خلال السباق

b. و ما أقصى قدرة بولدها العداء

c. ارسم منحنى بيانيا كميا للقدرة مقابل الزمن يمثل مسار السباق من بدايته لنهايته

الاجابة :

 

تطبيق المفاهيم إذا اجتاز العداء فى السؤال السابق مضمار السباق نفسه (طوله50.0 m ) خلال الزمن نفسه (8.50 s)

 لكنه هذه المرة تسارع فى الثانية الأولى فقط , ثم أخذ يعدو خلال الزمن المتبقى للسباق بسرعة منتظمة , فاحسب ما يأتى

a. متوسط القدرة المتولدة خلال الثانية الأولى

b. أقصى قدرة يولدها العداء

الاجابة :

 

تعد الدراجة الهوائية اله مركبة و كذلك السيارة أيضا

أوجد كفاءة مكونات مجموعات القدرة (المحرك , ناقل الحركة , و الإطارات), و استكشف التحسينات الممكنة فى كفاءة كل منها

الاجابة :

الكفاءة الإجمالية تساوى (30-15) % . كفاءة ناقل الحركة تساوى 90% تقريبا . احتكاك التدحرج فى الإطارات 1% تقريبا (نسبة قوة الدفع إلى الوزن المتحرك) إن الاكتساب الأكبر ممكن فى المحرك.

 

غالبا ما تستخدم المصطلحات الاتية بوصفها مترادفات فى الحياة اليومية : القوة , و الشغل , و القدرة , و الطاقة

أحصل على أمثلة من الصحف و الإذاعة و التلفاز تستخدم فيها هذه المصطلحات بمعان مختلفة عن معانيها فى الفيزياء

الاجابة :

إنها ليست مجرد طاقة إنها قدرة و تظهر فى المراجع الشائعة

 

يقول بعض الناس أحيانا إن القمر يبقى فى مساره لأن “قوة الطرد المركزى توازن تماما قوة الجذب المركزى , و النتيجة أن القوة المحصلة تساوى صفرا”

وضح مدى صحة هذا القول. (الفصل 1)

الاجابة :

هناك قوة واحدة على القمر قوة الجاذبية للكتلة الأرضية المؤثرة فيه هذه القوة المحصلة تؤدى إلى تسارع القمر و هو تسارع مركزى فى اتجاه مركز الأرض.

 

يبين الرسم التوضيحى أدناه صندوقا يسحب بواسطة حبل بقوة مقدارها 200N على سطح أفقى

بحيث يصنع الحبل زاوية 45 على الأفقى , احسب الشغل المبذول على الصندوق و القدرة الازمة لسحبه مسافة 5m فى زمن قدره 10s

السابق
حل فيزياء 2 الفصل الثاني الزخم وحفظه مقررات
التالي
حل فيزياء 2 الفصل الرابع الطاقة وحفظها مقررات