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:
قابلیت انجام کار یا ظرفیت انجام کار در یک جسم یا ماده انرژی آن جسم می گویند.
منبع انرژی زمین نور خورشید است. مقدار زیادی از انرژی مورد نیاز زمین از نور خورشید تأمین می شود. این انرژی لازم است به صورت های قابل استفاده در آید.
انرژی و شما :
بدن یک نوجوان روزانه به طور متوسط 12000 کیلوژول انرژی لازم دارد.
انرژی ذخیره شده در مواد غذایی با تغییرات شیمیایی در آنها آزاد می شود. با خوردن مواد غذایی و هضم آن ها در مواد غذایی تغییرات شیمیایی رخ می دهد و انرژی آنها آزاد می شود.
انرژی مواد غذایی را با یکای کیلوژول بر گرم KJ/g بیان می کنند.
قابلیت انجام کار به لحاظ انرژی که در مواد شیمیایی مختلف وجود دارد و انرژی شیمیایی می گویند.
بنزین و مواد سوختنی انرژی را در پیوندهای شیمیایی خود ذخیره کرده اند.
انرژی مورد نیاز بدن ما از طریق انرژی شیمیایی مواد غذایی تأمین می شود.
جدول زیر انرژی شیمیایی موجود در غذاها و سوخت های معمولی را بر حسب (kJ/g) نشان می دهد.
آهنگ مصرف انرژی :
مقدار انرژی است که در یک زمان معین مصرف می شود، به طور به هنگام خوابیدن در هر دقیقه 5 کیلو ژول انرژی مصرف می شود.آهنگ مصرف انرژی را توان مصرف انرژی نیز می نامند.
تمرین 1 :
الف) در ده دقیقه دوچرخه سواری با سرعت 21km/h چه مقدار انرژی مصرف می شود؟
با جدول (1-2) آهنگ مصرف انرژی برای دو چرخه سواری با سرعت 21km/h برابر 42kJ/min تعیین شده است که در این صورت انرژی مصرف شده در ده دقیقه به صورت زیر بدست می آید.
E=42×10=420khJ
یعنی در ده دقیقه دوچرخه سواری 420 کیلوژول انرژی مصرف می شود.
ب ) اگر بازده بدن شخص 15 درصد باشد، با خوردن چه مقدار شیر این انرژی برای او فراهم می شود؟
انرژی شیمیایی موجود در شیر 217kj/g می باشد.
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
ورزشکار باید 037/1 کیلوگرم شیر بخورد تا بتواند انرژی ده دقیقه دوچرخه سواری را از شیر کسب کند.
1-2 – انرژی جنبشی :
انرژی یک جسم متحرک را انرژی جنبشی می گویند. این انرژی با جسم متناسب و با مجذور سرعت جسم نیز متناسب است و از رابطه ی زیر محاسبه می شود:
در این رابطه k= 1/2 m v2
M جرم جسم بر حسب کیلوگرم (kg)
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
m/s × /13/6 km/h
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 :
گلوله ای به جرم 100g و انرژی جنبشی 20j با سرعت ثابت در حال حرکت است. سرعت این گلوله چقدر است ؟
ابتدا جرم را به کیلوگرم تبدیل می کنیم
1-3- انرژی درونی :
به مجموع انرژیهای جنبشی و پتانسیل ذرات یک ماده انرژی درونی آن جسم گویند. هر گاه به ماده گرما بدهیم. انرژی درونی آن افزایش می یابد در اثر مالش دو سطح بر روی یکدیگر مقداری انرژی به انرژی درونی دو جسم تبدیل می شود که به آن اصطلاحاً اصطکاک می گویند. در واقع انرژی حاصل از اصطکاک که به صورت گرما در می آید تلف نشده و فقط انرژی مکانیکی به انرژی درونی تبدیل شده است.
تمرین 3 :
| |
اتومبیلی به جرم 1000kg با سرعت |
20m/s |
(72km/h) |
در حال حرکت است. |
اگر اتومبیل ترمز کند و متوقف شود. چه مقدار انرژی به انرژی درونی جاده و لاستیک ها تبدیل می شود؟
وقتی اتومبیلی ترمز می کند، تمام انرژی جنبشی اتومبیل به انرژی درونی جاده و لاستیک ها تبدیل می شود، یعنی تغییر انرژی جنبشی اتومبیل برابر افزایش انرژی درونی جاده و لاستیک ها می باشد.
Q = -?K = -(K2 - K2)
K1 = 1/2 mv2 = 1/2 * 1000 * 202 = 200000 J
K2 = 0
Q = -(0-200000) = 200000 J
