دبیرستان علامه جعفری

فصل 1

انرژی : توانایی انجام کاری را انرژی میگویند و آن را با نماد ( E ) نشان میدهیم . واحد اندازه گیری آن ( ژول _ J ) میباشد و با واحد های دیگری مانند ( کیلو ژول _ Kj ) و ( کالری _ Q ) و  ( کیلو کالری _ KQ ) و ... نیز اندازه گیری میشود امّا در هر صورت باید واحد آن را به ژول تبدیل کنیم  .

انواع انرژی :

·        انرژی جنبشی

·        انرژی پتانسیل

·        انرژی مکانیکی

اقسام انرژی :

·        انرژی شیمیایی

·        انرژی نورانی

·        انرژی زمین گرمایی

·        انرژی باد

·        انرژی هسته ای

انرژی شیمیایی : انرژی که از سوختن مواد با واکنش های شیمیایی بین مواد آزاد میشود انرژی شیمیایی می گویند و واحد اندازه گیری کیلو ژول بر گرم میباشد .

آهنگ مصرف انرژی: مقدار انرژی که در یک زمان معین مصرف میشود را آهنگ مصرف انرژی یا توان مصرفی میگویند .

انرژی جنبشی : هر جسمی که در حال حرکت باشد دارای انرژی جنبشی است و نماد آن ( k ) میباشد و واحد اندازه گیری آن ( ژول _ j ) می باشد و فرمول محاسبه ی آن :

k = 0/5 mv²

انرژی جنبشی = k

جرم = m

سرعت = v

انرژی پتانسیل گرانشی : هر جسمی که با توجه به موقعیت مکانی خود در یک ارتفاع از سطح زمین قرار داشته باشد دارای انرژی پتانسیل گرانشی است . نماد آن ( Ug )  و واحد اندازه گیری آن ژول میباشد و فرمول محاسبه ی آن :

Ug = mgh

انرژی پتانسیل گرانشی = Ug

جرم = m

 شتاب جاذبه = g

انرژی درونی : مجموع انرژی های سازنده ی اجزای یک ماده را انرژی درونی میگوییم و آن را با نماد ( u یا u△ ) نشان میدهیم و اوحد اندازه گیری آن ژول میباشد .

انرژی پتانسیل کشسانی فنر: اگر فنری را بکشیم یا آنرا فشرده کنیم انرژی در آن ذخیره میشود که به آن انرژی پتانسیل کشسانی فنر گفته میشود . آن را با نماد ( u_e ) نشان میدهیم و واحد اندازه گیری آن ژول میباشد .

قانون پایستگی انرژی : انرژی خود به خود به وجود نمی آید و خود به خود از بین نمیرود بکه از صورتی به صورت دیگر تبدیل میشود .

تعریف انرژی مکانیکی : به مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل هر جسم انرژی مکانیکی گفته میشود . آن را با نماد ( E ) نشان میدهیم و واحد اندازه گیری آن ( ژول – J ) میباشد و از فرمول زیر به دست می آید :

E = k+u

قانون پایستگی انرژی مکانیکی : اگر اصطکاک یا مقاومت هوا نداشته باشیم انرژی مکانیکی در تمام نقاط یکسان است  .

E_{1 =} E₂

انرزی پتانسیل گرانشی با حرکت دادن جسم در خلاف جهت نیروی گرانشی در جسم ذخیره می‌شود. هر چه فاصله جسم از مرکز زمین بیشتر باشد و یا به عبارت دیگر ارتفاع بیشتری داشته باشد انرژی ذخیره شده در جسم بیشتر است. جسمی که در مرکز زمین قرار گرفته کمترین انرژی پتانسیل و جسمی که در فاصله بی‌نهایت از مرکز زمین قرار گرفته است بیشترین انرژی پتانسیل را داراست. آبی که در پشت سد ذخیره شده است دارای انرژی پتانسیل گرانشی می‌باشد که توربین-ژنراتور این انرژی را به انرژی الکتریکی تبدیل می نمایید. فرض کنید شخصی پایین یک تپه ایستاده است و به یک توپ ضربه می زند توپ شروع به حرکت می‌کند و از تپه بالا می رود سرعت توپ لحظه لحظه کم و بالاخره توپ برای یک لحظه متوقف می‌شود یعنی سرعت توپ صفر می‌شود انرژی که توپ در این لحظه دارد انرژی پتانسیل گرانشی نامیده می شود. انرژی پتانسیل گرانشی از رابطهٔ زیر به دست می‌آید :                                                  

u=mgh                                                                  

اصطکاک

اصطکاک نیروی مقاومتی است که در برابر حرکت اجسام به وجود می‌آید. این نیرو همواره در خلاف جهت حرکت ایجاد شده و با حرکت اجسام مخالفت می‌کند. برای ایجاد حرکت در اجسام باید نیرویی بزرگ‌تر از نیروی اصطکاک در جهت حرکت اعمال کرد. اصطکاک به عواملی چون نیروی عمودی، شرایط سطح‌های تماس از نظر زبری، جنس سطح‌های تماس بستگی دارد و در صورتی که تغییرات دما به‌گونه‌ای باشد که موجب تغییر زبری سطح تماس شود، در افزایش یا کاهش اصطکاک موثر است.N نیروی عمودی تکیه‌گاه و μ ضریب اصطکاک است. ضریب اصطکاک می‌تواند بیشتر از 1 هم باشد ولی اغلب μ < 1 می‌باشد .

انواع اصطکاک

نیروی اصطکاک ایستایی

هرگاه به جسمی که بر یک سطح افقی در حالت سکون است نیروی افقی وارد شود و جسم حرکت نکند و در حال سکون باقی بماند، نشانگر آن است که برآیند نیروهای وارده بر آن صفر است. پس نیرویی به اندازه نیروی وارده، بر جسم وارد می‌شود که نیروی F را خنثی می‌کند. این نیرو، نیروی اصطکاک ایستایی نامیده می‌شود و از برهم‌کنش بین دو سطحی که نسبت به هم ساکن هستند و با هم در تماس‌اند به‌وجود می‌آید.

اگر نیروی F را بزرگ‌تر کنیم به‌طوری که جسم در آستانه حرکت قرار گیرد، در این حالت نیروی اصطکاک در آستانه حرکت نامیده می‌شود.

نیروی اصطکاک جنبشی

با حرکت جسم جامد بر سطح جسم جامدی دیگر، نیرویی موازی سطح تماس به هریک از دو جسم از طرف جسم دیگر، وارد می‌شود که نیروی اصطکاک جنبشی نام دارد. نیروی اصطکاک جنبشی از برهم‌کنش بین دو سطحی که نسبت به هم متحرک می‌باشند و با هم تماس دارند به وجود می‌آید. جهت نیروی اصطکاک جنبشی در خلاف جهت حرکت جسم است.

• در اکثر اوقات نیروی اصطکاک ایستایی بزرگ‌تر از نیروی اصطکاک جنبشی است. طبق قانون اول نیوتن که قانون اینرسی هم نامیده می‌شود، جسم در حال سکون تمایل دارد در حالت سکون باقی بماند و چنان‌چه حرکت یک‌نواخت دارد به حرکت خود ادامه دهد. زمانی که به جسمی ساکن نیرو وارد می‌شود تا شروع به حرکت کند باید بر نیروی اینرسی و نیروی اصطکاک غلبه کرد. اما زمانی که جسم در حال حرکت یک‌نواخت و بدون شتاب است تنها غلبه بر نیروی اصطکاک وجود دارد، پس به نیروی کمتری نیاز خواهد بود.

تقسیم‌بندی دیگری هم وجود دارد:

اصطکاکِ خشک

هرگاه بین دو جسم ماده سومی مانند روغن، آب و.. وجود نداشته باشد، اصطکاک به‌وجود آمده را اصطکاکِ خشک می‌نامند.

اصطکاکِ تر

اگر بین دو جسم ماده سومی مانند روغن، آب و... وجود داشته باشد، اصطکاک به‌وجود آمده را اصطکاکِ تر می‌نامند