پایستگی انرژی مکانیکی؛
اگر اصطکاک کار می‌کند، آن را در تراز بنویس

روش اجرای کاربرگ

هر کمیت را در ستون حالت آغاز یا پایان قرار بده و کار نیروهای ناپایستار را میان دو ستون بنویس. مرور در راهنمای انرژی مکانیکی و اصطکاک آمده است.

سؤال 1: تعریف انرژی مکانیکی

پرسش: انرژی مکانیکی سامانه از چه بخش‌هایی ساخته می‌شود؟

پاسخ: جمع انرژی جنبشی و انرژی‌های پتانسیلِ منظورشده مانند گرانشی و کشسانی.

سؤال 2: حالت بی‌اصطکاک

پرسش: در نبود کار نیروهای ناپایستار خارجی، رابطهٔ دو حالت چیست؟

پاسخ: K₁+U₁=K₂+U₂؛ انرژی مکانیکی سامانه ثابت می‌ماند.

سؤال 3: سقوط ساده

پرسش: جسم ۲kg از ارتفاع ۵m از سکون رها می‌شود. با g=10 و بدون مقاومت، انرژی جنبشی پایین چقدر است؟

پاسخ: کاهش پتانسیل mgh=۲×۱۰×۵=۱۰۰ ژول به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود.

سؤال 4: سرعت پایین

پرسش: سرعت جسم سؤال قبل در پایین چقدر است؟

پاسخ: از ½mv²=۱۰۰، داریم v²=۱۰۰ و v=۱۰ متر بر ثانیه.

سؤال 5: کار اصطکاک

پرسش: نیروی اصطکاک ثابت ۵N در مسیر ۴m خلاف حرکت است. کار آن چیست؟

پاسخ: Wf=−fd=−۵×۴=−۲۰ ژول.

سؤال 6: کاهش انرژی

پرسش: اگر انرژی مکانیکی آغاز ۸۰J و کار اصطکاک −۲۰J باشد، انرژی مکانیکی پایان چیست؟

پاسخ: E₂=E₁+Wnc=۸۰−۲۰=۶۰ ژول.

سؤال 7: معنای اتلاف

پرسش: آیا کاهش انرژی مکانیکی به معنای نابودی انرژی است؟

پاسخ: خیر؛ انرژی به انرژی درونی سامانه و محیط یا شکل‌های دیگر تبدیل می‌شود و انرژی کل پایسته است.

سؤال 8: سطح مرجع

پرسش: تغییر سطح مرجع انرژی پتانسیل چه اثری بر جواب فیزیکی دارد؟

پاسخ: مقادیر U هر حالت را با یک ثابت تغییر می‌دهد، اما اختلاف انرژی پتانسیل و نتیجهٔ نهایی ثابت می‌ماند.

سؤال 9: فنر

پرسش: فنری با k=200N/m به اندازهٔ ۰٫۱m فشرده است. انرژی کشسانی چیست؟

پاسخ: Us=½kx²=۰٫۵×۲۰۰×۰٫۰۱=۱ ژول.

سؤال 10: نیروی خارجی

پرسش: اگر شخصی هم‌زمان روی جسم کار مثبت انجام دهد و اصطکاک کار منفی، رابطهٔ انرژی چگونه است؟

پاسخ: تغییر انرژی مکانیکی برابر مجموع کار نیروهای خارجی یا ناپایستارِ لحاظ‌نشده در U است؛ هر کار با علامت خودش وارد می‌شود.

خودتصحیح

علامت کار اصطکاک، ثابت‌بودن سطح مرجع و بازهٔ سرعت یا ارتفاع را کنترل کن. برای کار و توان از نمونه سؤال کار و انرژی کمک بگیر.