تعریف و ریاضیات کاربردی
در اول بخش 3 کلاس فیزیک ، ما قوانین نیوتن رابرای تحلیل و تجزیه حرکت اشیاء مورد استفاده قرار می دهیم . مجموعه اطلاعات و تأکید بر آنها برای تعین سرعت یک شیء بکار برده شده است . اطلاعات تسریع یافته متعاقباً برای تعیین اطلاعات درباره سرعت و شتاب یا تغییر مکان یک شی ء پس از دادن یک دوره زمانی بکار برده می شود . در این خالت ، قوانین نیوتن به عنوان یک برنامه مفید برای تحلیل حرکتی و پیش بینی درباره موقعیت نهایی حرکت شی ء اجرا می شود . در این بخش ، یک برنامه کاملاً مختلف برای تجزیه و تحلیل حرکت اشیاء بکار برده شده است . حرکت از ادراک کاری و انرژی تلقی می گردد . تأثیری که کار بر انرژی یک شی ء ( یا سیستم اشیائ ) دارد مورد برسی خواهد بود . نتیجه سرعت و یا ارتفاع اشیاء می تواند از اطلاعات انرژی پیش بینی شود . به منظور درک این روش انرژی کاری برای تجزیه و تحلیل حرکتی ، مهم است که در ابتدا یک درک اساسی از چند عبارت اساسی داشته باشید . بنابراین ، درس یک این بخش بر تعاریف و معانی چنین عباراتی به عنوان کار ، انرژی مکانیکی ، انرژی پتانسیل ، انرژی حرکتی و قدرت توجه دارد .
در فیزیک ، کار به عنوان یک نیروی تأثیر گزار بر شیئ تعریف شده است که باعث جابجایی اشیاء می باشد . در اینجا سه لغت کلیدی در این تعریف وجود دارد – نیرو ، جابجایی ، هدف . به منظور اینکه نیرویی شرایط لازم برای انجام کار را بر روی شیء داشته باشد ، آنجا باید یک جابجایی وجود داشته باشد و نیرو باید باعث جابجایی گردد . در اینجا چندین نمونه جالب در مورد کار وجود دارد که در زندگی روزمره قابل مشاهده می باشد – اسب یک گاو آهن را بر روی زوین می کشد ، پدری چرخ خواروبار را در راهروی مغازه خواروبار فروشی هل می دهد ، یک دانشجو کوله پشتی پر از کتابش را بر روی شانه هاش حمل می کند ، یک وزنه بردار یک وزنه را به بالای سرش می برد ، یک ورزشکار در رشته پرتاب وزنه ، وزنه را پرت می کند و الی آخر . در همه مواردی که در اینحا ذکر شد یک نیرو بروی شیء وارد شده است که منجر به جابجایی شیء می شود .
پنج جمله پائین را بخوانید و تعیین کنید که آیا آنها نمونه هایی از کار هستند یا نه ؟ سپس موس را بر روی منوی ظاهر شده حرکت دهید و پاسخ را برسی کنید .
جملات
معلم یک نیرو را بر روی یک دیوار بکار می برد و خسته می شود . یک کتاب از روی میز می افتد و بر روی زمین سقوط آزاد می کند . یک گارسون سینی پر از غذا را بالای سرش بوسیله دستهایش در طول اتاق حمل می کند . ( دقت کنید ، این سؤال مشکلی است که بطور مفصل در بخش بعدی مورد بحث قرار خواهد گرفت ).
یک راکت سرتاسر فضا را به سرعت طی میکند .
پاسخ با توضیح :
موس را بر روی پاسخ فشار دهید .
از لحاظ ریاضی ، کار بوسیله دنبال کردن این تساوی بیان شده است :
W=f*d*cosθ
در اینجا f نیرو ، d جابجایی و زاویه تتا به عنوان زاویه بین نیرو و بردار میزان جابجایی تعریف شده است . شاید مشکل ترین جنبه تساوی بالا زاویه تتا باشد . ارزیابی زوایا به عنوان زاویه ای بین نیرو و جابجایی تعریف شده است . برای جمع آوری معنی آن، سه طرح زیر را دنبال کنید :
طرح A :
یک نیرو در سمت راست بر روی شیء عمل می کند که آن به سمت راست جابجا می شود . در یک چنین فاصله ای ، بردار نیرو و جابجایی بردار در مسیر مشابه وجود دارد . بنابراین ، زاویه بین F و d درجه θ می باشد .
طرح B :
یک نیرو بروی یک شیء بسمت چپ عمل می کند که بسمت راست جابجا شده است . در یک چنین فاصله ای ، بردار نیرو و بردار جابجایی در مسیر مخالف وجود دارد . بنابراین ، زاویه بین F و d 180 درجه می باشد .
طرخ C :
یک نیرو بروی شیء بسمت بالا عمل می کند که آن را بسمت راست جابجا کرده است . در یک چنین فاصله ای ، بردار نیرو و بردار جابجایی در گوشه راست بروی یکدیگر وجود دارد . بنابراین گوشه بین f و d 90 درجه است .
بیائید طرح c را با جزئیات بیشتری برسی کنیم . سناریو c شامل موقعیتی مشابه به گارسونی است که یک سینی پر از غذا را در بالای سرش بوسیله دو تا دستانش در طول اتاق حمل می کند . آن در ابتدا جابجا می شود وقتی که گارسون کاری را بروی سینی که او در حال حمل کردن در طول اتاق است انجام می دهد ، نیروی ایجاد شده بوسیله گارسون بروی سینی یک نیروی بالابر می باشد و جابجایی سینی یک جابجایی افقی می باشد . در یک چنین مواردی ، زاویه بین نیرو و جابجایی 90 درجه است . اگر کار انجام شده بوسیله گارسون بروی سینی محاسبه شود ، پس نتیجه 0 خواهد بود . با توجه به گستردگی نیرو و جابجایی f*d* کوسینوس 90 درجه 0 می باشد . ( بنابراین کسینوس 90 درجه 0 است ).
یک نیروی عمودی هرگز باعث جابجایی افقی نمی شود ، یک نیروی عمودی برای جابجایی اشیاء افقی کار نمی کند .
تساوی برای کار سه متغیر را لیست کرده است . هر متغیر با یکی از این سه لغت کلیدی در تعریف کار مرتبط می باشد . ( نیرو ، جابجایی ، هدف ) زاویه تتا در این تساوی با میزان نیرویی که موجب جابجایی می شود در ارتباط است . همانطور که در بخش قبلی ذکر شد، وقتی یک نیرو به شیء در یک زاویه افقی وارد می شود ، تنها یک قسمت از نیرو در جابجایی افقی ناشی می شود . بیائید نیروی زنجیره ای که بسمت بالا و به سمت راست نیرو وارد می شود تا نیرو را بسمت راست بکشد . این تنها مؤلفه افقی نیروی کششی در زنجیره ای است که موجب می شود نیرو بسمت راست جابجا شود . مؤلفه افقی بوسیله زیاد کردن نیرو ی f یافت می شود که بوسیله کوسینوس زاویه بین f وd را در این حالت مشخص کرده است ، کوسینوس تتا در تساوی کاری به عامل هدف مرتبط می باشد – آن قسمت نیرویی را که در واقع باعث جابجایی می شود انتخاب می کند .
وقتی فشار زاویه را در تساوی کاری تعیین کنید ، تشخیص اینکه یک تعریف دقیق دارد مهم می باشد – این زاویه بین نیرو و بردار جابجایی وجود دارد . مطمئن شوید که از کاربرد هر گونه زاویه ole در تساویها خودداری می کنید . برا ینمونه ، فعالیت های شکل گرقته در آزمایشگاه که همه آن سر بالایی است را مطالعه کنید . نیرو یک گاری را برای بالا کشیدن از یک سرازیری با سرعت یکنواخت بکار برده می شود . چندین زاویه در شیب سرازیری بکار برده می شود ؛ حتی ، نیرو همیشه موازی با شیب بکار برده می شود . جابجایی گاری نیز موازی با شیب میباشد . از f و d در مسیر مشابه وجود دارد ، زاویه 0 درجه می باشد . با وجود این ، اغلب دانش آموزان وسوسه قوی را برای فشار بر زاویه شیب تجربه می کنند و آنرا بطور مساوی بکار می برند . فراموش نکنید ، زاویه در این تساوی فقط زاویه ole نیست ؛ آن بعنوان زاویه ای بین نیرو و بردار جابجایی تعریف شده است .