تبلیغات
اخبار علم و فناوری - جزوه فصل اول فیزیک 1

ز گهواره تا گور دانش بجووی

جزوه فصل اول فیزیک 1

نویسنده :رضا ثمربخش
تاریخ:سه شنبه 13 مهر 1389-09:47 ب.ظ

جزوه فصل اول فیزیک1: انرژی                  به نام خدا                                              تهیه و تنظیم: بهشتی

انرژی: توانایی انجام کار یا ایجاد تغییر در اجسام است. انرژی به شکل ها یا صورت های مختلفی در اطراف ما مشاهده می شود. البته انرژی به هر صورتی که باشد تنها دو نوع جنبشی و پتانسیل دارد.

در ادامه، 8 صورت انرژی نوشته شده است. در مقابل هر یک، نوع آن را از لحاظ جنبشی یا پتانسیل بودن مشخص کنید:

*- انرژی ماهیچه ای:                                                      *- انرژی صوتی:

*- انرژی تابشی:                                                            *- انرژی گرمایی:

*- انرژی مکانیکی:                                                         *- انرژی الکتریکی:

*- انرژی هسته ای:                                                        *- انرژی شیمیایی:

یکای انرژی : یکای اندازه گیری انرژی، ژول (J)  می باشد.

تعریف انرژی شیمیایی: انرژی شیمیایی، در مولکول های مواد ذخیره شده و برای آزاد شده آن باید واکنش های شیمیایی انجام شود. مواد غذایی و همچنین سوخت ها، منابع پر کاربردی از انرژی شیمیایی هستند.

در ادامه به انرژی شیمیایی غذاها می پردازیم:

تذکر: انرژی شیمیایی موجود در غذاها بر حسب کیلوژول بر گرم بیان می شود. مثلاً اگر انرژی شکلات،   kJ/g 2/22 باشد، معنای آن اینست که در هر گرم شکلات، 2/22 کیلوژول انرژی شیمیایی وجود دارد و بدن ما با سوزاندن 1 گرم شکلات، ............ کیلوژول انرژی بدست می آورد. 

مثال1:انرژی شیمیایی سیب kJ/g 4/2 است. بدن ما با خوردن یک عدد سیب 100 گرمی، چه مقدار انرژی بدست  می آورد؟

مثال2: مقدار70 گرم شکلات می خوریم.چند کیلو ژول انرژی به ما می دهد؟



مثال3: با خوردن 200 گرم پلو، 100 گرم مرغ، 20 گرم کره، 100 گرم نوشابه و 50 گرم نان، چه مقدار انرژی بدست می آوریم؟

                                                                                                              kJ/g 6/4 : انرژی پلو

                                                                                                              kJ/g 7/6 : مرغ

                                                                                                       kJ/g 2/30 : کره

                                                                                                               kJ/g 5/1 : نوشابه

                                                                                                       kJ/g11: نان

آهنگ مصرف انرژی: مقدار انرژی مصرف شده در مدت زمان معین را آهنگ مصرف انرژی می گویند.

 آهنگ مصرف انرژی را توان مصرفی نیز می نامیم.

تذکر: آهنگ مصرف انرژی شیمیایی غذاها را در بدن، بر حسب kJ/min می سنجیم. مثلاً اگر آهنگ مصرف انرژی قدم زدن، kJ/min 16 باشد، معنای آن اینست که بدن ما، در هر دقیقه پیاده روی، ............ کیلوژول انرژی مصرف می کند.

مثال4: اگر 10 دقیقه بسكتبال بازی کنیم، چه مقدار انرژی مصرف می کنیم؟ (آهنگ مصرف انرژی در بازی بسكتبال، kJ/min 48 است)


مثال5: مدت نیم ساعت به حالت نشسته استراحت می کنیم.چند کیلو ژول انرژی مصرف می کنیم؟

(جدول ص7 کتاب درسی)



مثال6 : به مدت  1ساعت به آرامی راه می رویم:

الف) چندکیلوژول انرژی مصرف می کنیم؟

ب) برای تامین این مقدار انرژی، چند گرم بستنی باید مصرف کنیم؟





مثال7: با خوردن 500 گرم نان لواش:

الف)چند کیلوژول انرژی به دست می آوریم؟

ب )با این مقدار انرژی، چند دقیقه می توانیم بخوابیم؟







مثال8: اگر700g  شیر پرچرب و 100 گرم شکلات میل کنیم:

الف)چند کیلو ژول انرژی بدست می آوریم؟

ب )با این مقدار انرژی چند دقیقه می توانیم به طور معمولی بایستیم؟

 

 

بقیه در ادامه مطلب

انرژی جنبشی (Kinetic Energy): اجسام در حال حرکت، انرژی جنبشی دارند.

انرژی جنبشی جسم متحرک، از رابطه مقابل محاسبه می شود:                  

K mv2

                                                                                            

m ، جرم جسم بر حسب کیلوگرم و V سرعت، بر حسب متر بر ثانیه می باشد.

Jنکته: انرژی جنبشی با جرم جسم متحرک و مجذور سرعت آن، رابطه مستقیم دارد.

مثال9: اگر بخواهیم انرژی جنبشی جسم متحرکی 16 برابر شود، سرعت حرکت آن را چند برابر کنیم؟

مثال10: توپی به جرم g 500  با سرعت 30 متر بر ثانیه در حال حرکت است. انرژی جنبشی توپ چند ژول است؟



مثال11: اتوموبیلی به جرم kg1500 با سرعت 10متر بر ثانیه در حال حرکت است. انرژی جنبشی آن چقدر است؟


مثال12: گلوله ای به جرم kg 10با انرژی جنبشی20 کیلوژول پرتاب می شود. سرعت آن را محاسبه کنید.




انرژی درونی: مجموع انرژی های ذرات تشکیل دهنده یک جسم، انرژی درونی آن نامیده می شود.

Jنکته: هر چقدر دمای جسمی بیشتر باشد انرژی درونی آن بیشتر خواهد بود. اغلب اوقات با افزایش انرژی درونی یک جسم، آن جسم گرم تر می شود.

پرسش: چه موقع افزایش انرژی درونی یک جسم، به صورت گرم تر شدن آن ظاهر نمی شود؟


توجه: بر اثر اصطکاک، انرژی جنبشی به انرژی درونی تبدیل می گردد. مثلاً وقتی دست های خود را به هم      می مالیم، انرژی جنبشی دست ها به انرژی درونی تبدیل می شود. در این مواقع، اصطلاحاً می گوییم انرژی، تلف شده است.

پرسش: ماشینی که باسرعت در حال حرکت است، ترمز می کند و می ایستد. لاستیک های آن داغ میشوند. علت چیست؟

مثال13: ظرف مخلوط آب و یخ را روی شعله گاز قرار می دهیم. دمایش تغییر نمی کند. آیا انرژی درونی زیاد شده است؟

مثال14: مثال5: اتومبیل 800 كیلو گرمی كه با سرعت 36 کیلومتر بر ساعت در حال حركت است، با دیدن مانعی ترمز میكند و می ایستد.

الف) این اتومبیل هنگام حرکت چه نوع انرژی دارد؟

ب) این انرژی هنگام ترمز چه میشود؟ 

ج) افزایش انرژی درونی زمین و لاستیك های اتومبیل را محاسبه كنید.

انرژی پتانسیل گرانشی : نوعی از انرژی که اجسام به دلیل ارتفاعشان از سطح زمین دارند.

 این انرژی از رابطه مقابل محاسبه می شود:

U=m g h


Jنکته1: همان گونه که می بینید، انرژی پتانسیل گرانشی با جرم و ارتفاع جسم رابطه مستقیم دارد.

Jنکته2: اجسامی که بر روی کره زمین قرار دارند، انرژی پتانسیل گرانشی آن ها بیشتر از حالتی است که با همان ارتفاع در کره ماه باشند زیرا قدرت جاذبه ی زمین بیشتراست. (شتاب گرانش در سطح زمین بزرگتر از سطح ماه است.)

Jنکته3: انرژی پتانسیل همواره نسبت به یک مبدأ پتانسیل سنجیده می شود که معمولاً سطح زمین در نظر گرفته می شود. حال مثلاً اگر سطح میز را مبدآ پتانسیل در نظر بگیریم، انرژی پتانسیل کیفی که روی آن قرار دارد، صفر است.

 مثال15: سنگی به جرم 2 کیلوگرم را به ارتفاع 200 متری سطح زمین می بریم. انرژی پتانسیل گرانشی سنگ را حساب کنید.



مثال16: پرنده ای به جرم 5/0کیلوگرم در ارتفاع 150متری زمین پرواز می کند. انرژی پتانسیل گرانشی پرنده را حساب  کنید.


مثال17: زنبوری به جرم 2 گرم درارتفاع 100متری زمین پرواز میکند. انرژی پتانسیل گرانشی زنبور چند میلی ژول است؟



مثال18: انرژی پتانسیل گرانشی توپی 1500ژول است. اگر جرم توپ  500 گرم باشد، ارتفاع توپ را از سطح زمین محاسبه کنید.



انرژی پتانسیل کشسانی: انرژی ذخیره شده در فنر کشیده یا فشرده شده، انرژی پتانسیل کشسانی نامیده می شود.

(این انرژی از رابطه  محاسبه می شود که در آن K ضریب سختی فنر بر حسب   و x مقدار فشردگی یا کشیدگی فنر بر حسب متر است.)

مثال19: فنری به ضریب سختی   1000 را 20 سانتی متر فشرده می کنیم. انرژی پتانسیل کشسانی ذخیره شده در آن چند ژول می شود؟

مثال20: گلوله ای به جرم 10 كیلوگرم با سرعت 6 متر بر ثانیه به فنری برخورد كرده و آن را فشرده میكند.

الف) تبدیل انرژی را در این فرایند بیان کنید.

ب)حداكثر انرژی پتانسیل كشسانی فنر را محاسبه کنید.


قانون پایستگی انرژی: انرژی موجود در یک جسم، از بین نمی رود و خود به خود نیز به وجود نمی آید و همواره پایسته می ماند مگر آن که مقداری از انرژی آن به جسم دیگری منتقل شود و یا از جسم دیگر، انرژی دریافت کند.

مثال21: با پا به توپی ضربه می زنیم. توپ پس از مقداری حرکت می ایستد. این مثال را با استفاده از قانون پایستگی انرژی توضیح دهید.

مثال22: آونگی را از حالت تعادل خارج کرده و رها می کنیم. این آونگ پس از تعدادی نوسان می ایستد. حرکت آن را بر اساس قانون پایستگی انرژی توضیح دهید.





حل مسایل با استفاده از قانون پایستگی انرژی:

    در حل مسایل این بخش، انرژی مکانیکی جسم را که مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل آن می باشد، با حرف E نشان می دهیم. بنابراین:        E = K + U

در حل این مسایل، دو حالت پیش می آید:

الف- اصطکاک وجود نداشته باشد: انرژی مکانیکی مکان اولی که جسم در آن قرار دارد با انرژی مکانیکی مکان دوم برابر است:                                      E1=E2                                                       

                                                                                         K1+U1= K2+U2  :در نتیجه

ب- اصطکاک وجود داشته باشد: چون در طول مسیر، مقداری از انرژی به دلیل وجود اصطکاک تلف می شود، انرژی مکانیکی مکان دوم با مکان اول برابر نیست. در این حالت می نویسیم:   

                                                                                                = E2 E1 – Wfk

Wfk  مقدار انرژی است که در اثر اصطکاک در طول مسیر تلف می شود.

مثال23 : سنگی به جرم kg 2 را از بالای ساختمانی به ارتفاع 100متر رها می کنیم:

الف) انرژی پتانسیل گرانشی سنگ هنگام رها شدن، چند ژول است ؟

ب) سرعت سنگ هنگام برخورد با زمین چندمتر برثانیه است؟ (به شرط آن که اتلاف انرژی نداشته باشیم)

مثال24: سنگی را با سرعت 20 متر بر ثانیه از سطح زمین به سمت بالا پر تاب می کنیم. اگر جرم سنگ kg 2 باشد:
الف) انرژی جنبشی سنگ را هنگام پرتاب محاسبه کنید؟

ب ) سنگ تا چه ارتفاعی بالا میرود؟ (از وجود اصطکاک صرف نظر می شود.)

مثال25: توپی به جرم 500 گرم از بالای سطح شیبداری به ارتفاع 200 سانتی متر رها می شود. اگر در طول مسیر، 2 ژول از انرژی توپ به دلیل وجود اصطکاک تلف شود، سرعت آن را در پایین سطح شیبدار محاسبه کنید.

مثال26: تخته چوبی را از ارتفاع 100 متری رها می کنیم. اگر جرم آن kg 2 باشد و هنگام فرود، 10درصد از انرژی آن به دلیل وجود اصطکاک تلف شود، سرعت برخورد تخته را با زمین محاسبه کنید.

مثال27: توپی به جرم kg 2 را با سرعت 30 متر بر ثانیه به سمت بالا پرتاب می کنیم:

الف) انرژی جنبشی توپ را هنگام پرتاب محاسبه کنید.  

ب) اگرهنگام بالا رفتن 25درصد انرژی تلف شود توپ تاچه ارتفاعی بالا می رود؟

منابع انرژی: منابع انرژی را می توان به دو دسته تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر تقسیم کرد. مطالب مربوط به این قسمت را در صفحات 18 تا 26 کتاب درسی مطالعه کنید.

JJنکاتی از قسمت منابع انرژی:

نكته1: هسته بعضی از اتم های سنگین مانند اورانیوم و توریم میتواند بر اثر واكنش شكافت هسته ای، انرژی قابل ملاحظه ای آزاد كند. در این واكنش، هسته اتم های سنگین بر اثر واكنش با نوترون به دو هسته سبكتر سكافته میشود و گرمای بسیار زیادی تولید می شود.

نكته2: سوخت های هسته ای آلاینده هایی همچون Co2 و So2 تولید نمی كنند.

نكته3: مقدار عناصر شكافت پذیر كه سوخت راكتور های هسته ای را تشكیل میدهند، محدود و تمام شدنی است.

نكته4: آماده سازی این عناصر برای شكافت در راكتور های هسته ای فرآیندی دشوار و پر هزینه است.

نكته5: هسته اتم های شكافت پذیر، پرتوزا هستند و كاركردن با آنها زیانبار است.

نكته6: پسماند محصولات شكافت نیز خود پرتوزا هستند و نگهداری و دفن آنها، مسائل زیست محیطی فراوانی را به دنبال دارد كه راه حل این مسئله، خود هزینه زیادی دارد.

نكته7: وقوع حوادث در راكتورها باعث پخش ماده های پرتوزا در محیط زیست و آلودگی آن می شود. از این رو حفظ ایمنی راكتور های شكافت، كاری بسیار مهم و پرهزینه است.

نكته8: مقدار انرژی كه زمین از خورشید در طول یك ثانیه دریافت میكند، معادل انرژی حاصل از سوختن 3 میلیون تن بنزین است.

نكته9: راحت ترین راه بهره گیری از انرژی خورشید در آبگرم كن های با دمای كم است. در این وسیله از صفحه های خورشیدی استفاده می شود و می توان در آن آب را تا حدود 70 درجه گرم نمود. برای تولید دماهای بالا (تا 3000 درجه سانتی گراد) از آینه های مقعر استفاده می کنند.

نكته10: سلول های خورشیدی، انرژی تابشی خورشید را مستقیما به الكتریسیته تبدیل میكنند.

نكته11: انرژی زمین گرمایی به گرمای موجود در زیر سطح كره زمین گفته میشود.

نکته 12: انرژی زمین گرمایی در صورتی تجدیدپذیر محسوب می شود که انرژی برداشت شده بیش از انرژی ای که از طریق مرکز زمین جایگزین می شود نباشد و همچنین مقدار آب تزریق شده و آب خارج شده برابر باشد.

نكته13: سوخت های گیاهی (بیومس) شامل محصولات زراعی (مانند تفاله دانه های روغنی)، بقایای محصولات (مانند کاه)، چوب درختان، فضولات حیوانی و فاضلاب های انسانی است.

نکته 14: زیست گاز مخلوطی از متان و كربن دی اكسید و با انرژی حدود70% گاز طبیعی است.

نكته15: هر گونه مصرف انرژی، در نهایت صرف گرم كردن محیط میشود.

نكته16: در هر 10 سال مصرف انرژی دو برابر میشود.



نوع مطلب : مطالب درسی 

داغ کن - کلوب دات کام
نظرات() 
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر




Admin Logo
themebox Logo