1-4 – قانون پایستگی انرژی :
انرژی یک جسم هیچ گاه از بین نمی رود و خود به خود نیز بوجود نمی آید و همواره پایسته (ثابت) می ماند، مگر اینکه مقداری از آن را به جسم دیگری بدهد و یا اینکه از جسم دیگر انرژی دریافت کند.
در حالی که انرژی پایسته می ماند، ممکن است از یک نوع به نوع دیگر تبدیل شود.
تمرین 4:
در مثال 3، اگر در اثر ضربه، 5 ژول انرژی به توپ منتقل شود و جرم توپ 5/0 کیلوگرم باشد، سرعت آن چقدر می شود؟
انرژی منتقل شده به توپ برابر انرژی جنبشی توپ در لحظه ای شروع حرکت است ، پس :
1-5- انرژی پتانسیل گرانشی :
هر گاه جسمی به جرم m را به ارتفاع h از سطح زمین بالا ببریم، کاری که روی جسم انجام می دهیم به صورت انرژی پتانسیل درآن ذخیره می شود و اگر جسم به سطح اولیه خود باز گردد، همین مقدار کار را پس می دهد. این انرژی پتانسیل گرانشی گویند و از رابطه ی زیر محاسبه می گردد.
u=mgh
در رابطه بالا
| M جرم جسم بر حسب کیلوگرم g شتاب گرانشی زمین که برابر | 9/8 /s2 | است . |
H ارتفاع از سطح زمین بر حسب متر v انرژی پتانسیل گرانشی جسم بر حسب ژول
در رابطه فوق g شتاب گرانشی زمین است
| که تقریباً در تمام نقاط و سطح زمین مقدار ثابت | 9/8 m/s2 | است. | را دارد که تقریباً برابر | 10 m /s2 |
درنظر گرفته می شود. مقدار g در ارتفاع های بسیار زیاد تغییر می کند.
مثال :انرژی پتانسیل توپی به جرم 5/0 کیلوگرم که در ارتفاع 2 متری سطح زمین قرار دارد چقدر است؟
به عهده دانش آموز
تمرین 5
جرمی به جسم 200 گرم را با سرعت 10m/s در راستای قائم به طرف بالا پرتاب می کنیم. با نادیده گرفتن اتلاف انرژی،
الف : انرژی جنبشی آن در لحظه ی پرتاب چقدر است؟
ب) جسم تاچه ارتفاعی بالا می رود؟
اگر از مقاومت هوا صرف نظر شود در هر لحظه انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل تبدیل می گردد و در نقطه ای اوج که جسم برای یک لحظه ساکن می شود و تمام انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل تبدیل شده است پس می توان نوشت :
V 1= 0
K1= 1/2 m V0
یعنی جسم تا ارتفاع 5 متر بالا می رود.
پ ) سرعت توپ در نیمه ی راه چقدر است؟
اگر انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی گلوله در نیمه راه k3,v3 باشد، می توان نوشت :
V2 = V3 + K3
mgh = mg(h/2) + 1/2 m V23
0/2×10 × 5×= 0/2×10× 2/5 + 1/2 ×0/2 × V23 => V3 = 5?2 m/s
در تعیین انرژی پتانسیل گرانشی یک جسم انتخاب سطح پتانسیل صفر بسیار مهم است. اگر سطح زمین را پتانسیل صفر در نظر بگیریم، هر جسمی که بالاتر از سطح زمین است دارای انرژی پتانسیل مثبت و هر جسمی که پائین تر از سطح زمین است دارای پتانسیل منفی است.
1-6 – انرژی پتانسیل کشسانی
در شکل بالا گلوله با سرعت V به فنر افقی برخورد کرده و آن را فشرده می کند. در این حرکت انرژی جنبشی گلوله به فنر منتقل شده و در آن به صورت انرژی پتانسیل کشسانی ذخیره می شود پس از اینکه گلوله متوقف شد. انرژی پتانسیل کشسانی فنر باعث می شود گلوله این بار بر خلاف جهت قبلی شروع به حرکت کند و انرژی پتانسیل کشسانی فنر به انرژی جنبشی در گلوله تبدیل می گردد. اگر از اصطکاک صرف نظر شود، بر اساس قانون پایستگی انرژی، سرعت جدا شدن گلوله از فنر برابر سرعت برخورد گلوله با فنر خواهد بود.
انرژی پتانسیل ذخیره شده در فنر را انرژی پتانسیل کشسانی می گویند.
1-8- منابع انرژی :
منابع انرژی به دو دسته تجدید پذیر و تجدید ناپذیر تقسیم می شوند. انرژیهای تجدید ناپذیر فقط یکبار قابلیت مصرف دارند، اما انرژیهای تجدید پذیر تمام نمی شوند. برخی از این منابع عبارتند از :
الف – انرژی خورشیدی، باد، امواج دریا، انرژی هیدروالکتریک (برق آبی)، انرژی زمین گرمایی، سوخت های گیاهی (بیومس)
الف – منابع انرژیهای تجدید ناپذیر
این انرژیها فقط یکبار قابلیت مصرف دارند.
منابع انرژی محدود است و پس از مدتی تمام می شود
سوخت های فسیلی و سوخت های هسته ای از منابع انرژی تجدید ناپذیر هستند
سوخت های فسیلی ( منابع انرژی تجدید ناپذیر) :
1.سوخت های فسیلی چگونه تشکیل می شوند؟ به چه کاربردی در صنایع پالایش دارند؟
جواب : تنه های پوسیده درختان و باقی مانده ی جانوران در زیر گل و لای در طی میلیون ها سال تحت فشار و دمای مناسب به زغال سنگ نفت و گاز تبدیل می شوند که به آنها سوخت های فسیلی می گویند.
با استفاده از سوخت های فسیلی هزاران ماده چون قطران، بنزین، نفت سفید، نفت ، گاز ، روغن موتور، رنگ ، کود شیمیایی، دارو، پلاستیک و حتی غذا در صنایع پالایش و پتروشیمی بدست می آید.
2 – سوخت هسته ای چیست و چگونه از آن استفاده می شود؟
جواب :
الف) هسته اتمهای سنگین مانند اورانیوم و توریسم می توانند با واکنش شکافت هسته ای انرژی زیادی را آزاد کنند. به این مواد سوخت هسته ای می گویند.
ب ) در واکنش شکافت هسته ای، هسته ی اتم سنگین بر اثر واکنش با نوترون به دو هسته ی سبک تر شکافته می شود و گرمای زیاد آزاد می شود. این واکنش معمولاً در راکتور هسته ای انجام می شود.
3 – راکتور هسته ای چیست؟
کوره ای که سوخت آن ماده ی شکافت پذیر است مانند اورانیوم
4 – استفاده از سوخت های هسته ای چه مشکلاتی دارد؟
جواب
الف. مقدار عناصر شکافت پذیر محدود و تمام شدنی است.
ب : بهره برداری از راکتورهای هسته ای مشکل و پرهزینه می باشد.
پ : سوخت های هسته ای (هسته ی اتم های شکافت پذیر) پرتو او بسیار خطرناک است.
ت: محصولات حاصل از شکافت شدیداً پرتوزا نگهداری و دفن آنها از نظر زیست محیطی بسیار مشکل و پرهزینه است.
ث: حوادث راکتورها خطرناک است و در صورت وقوع محیط زیست آلوده می شود.
فصل 1 – انرژی: | |||||||||||||||||||
|
هنگامی که به اطراف خود نگاه می کنیم، با پدیده های مختلفی مواجه می شویم و سؤال های زیادی برای ما مطرح می شود. با استفاده از علم فیزیک می توان به این پرسشها پاسخ داد. امروزه فیزدانان به بررسی و مطالعه پدیده ها، از ذره های خیلی ریزی همچون اجزای تشکیل دهنده اتم ها گرفته تا اجسام بسیار بزرگی همچون ستارگان و کهکشان ها می پردازند. شکل های (1-1 تا 1-8) نمونه ای از نتایج پژوهش های گسترده فیزیک دانان را نشان می دهد که موجب دگرگونی بینش ما نسبت به جهان شده است. تعریف انرژی: E=42×10=420khJ یعنی در ده دقیقه دوچرخه سواری 420 کیلوژول انرژی مصرف می شود. E=42kj
E / E0 = 15/100 => 420 / E0 = 15 / 100 => E 0 = 2800 KJ برای انجام این ورزش لازم است ورزشکار 2800kJ انرژی از شیر بگیرد، پس : m = E 0 / 2/7 = 2800 / 2/7 = 1037 gr => m = 1/037 kg در این رابطه k= 1/2 m v2 V سرعت جسم بر حسب متر بر ثانیه( K(m/s ، انرژی جنبشی جسم بر حسب ژول (J) برای تبدیل یکای Km/h به متر بر ثانیه و بالعکس به صورت زیر عمل می کنیم . Km/h × /13/6 m/s نکته :انرژی جنبشی یک جسم با جرم جسم و مجذور سرعت آن نسبت مستقیم دارد. اگر جرم جسم دو برابر شود . انرژی جنبشی دو برابر و اگر سرعت جسم دو برابر شود، انرژی جنبشی آن چهار برابر می شود. تمرین 2 : 1-3- انرژی درونی : اگر اتومبیل ترمز کند و متوقف شود. چه مقدار انرژی به انرژی درونی جاده و لاستیک ها تبدیل می شود؟ Q = -?K = -(K2 - K2) K1 = 1/2 mv2 = 1/2 * 1000 * 202 = 200000 J K2 = 0 Q = -(0-200000) = 200000 J |
