كار
كار از جمله بحثهاي جالب فيزيك است. يه مدتي ميشد كه از مباحث سال دوم مطلبي در وبلاگ قرار نداده بودم. امروز ميخواهم درباره مفهوم كار صحبت كنم. بريم به سراغ اين بحث زيبا!
photo: http://olympic.iransports.net
در تصوير بالا، حسين توكلي، قهرمان وزنهبرداري جهان در المپيك 2000 سيدني، وزنه سنگين را در بالاي سر خود نگه داشته است. از نظر هر فرد عادي اين وزنهبردار به هنگام نگه داشتن وزنه بر بالاي سر كار انجام ميدهد؛ اما از نظر علم فيزيك نه!
كار يك كميت نردهاي است. آن را با حرف W كه حرف اول كلمه Work است، نشان ميدهند. چون كار از جنس انرژي است، پس يكاي آن هم ژول خواهد بود. كار به صورت زير تعريف ميشود
W = F. d. cosθ
در اين رابطه F اندازه نيروي وارد بر جسم بر حسب نيوتون، d اندازه جابهجايي جسم و θ زاويه بين F و d است.
با توجه به رابطه بالا ميتوان نتيجه گرفت كه موقعي كار صورت ميپذيرد كه اولاً به جسمي نيرو وارد شود، ثانياً آن جسم جابهجا شود، ثالثاً كسينوس زاويه بين بردار F و بردار d صفر نشود.
بين دو بردار ميتوان دو زاويه در نظر گرفت. منظور ما از θ هميشه زاويه كوچكتر است. با اين حساب زاويه θ هميشه بين 0 و 180 درجه است.
مثال
1. در شكل زير نيروي افقي F موجب جابهجايي جسم به اندازه d شده است. كار انجام گرفته توسط اين نيرو چند ژول است؟
photo: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html
جواب:
در شكل اندازه F و d مشخص است. با كمي دقت مشخص است كه چون F و d هم جهت هستند،θ صفر درجه است. حال در رابطه جاگذاري ميكنيم
W = F. d. cosθ → W = 10 × 5 × cos 0° → W = 50 J
2. در مثال 1 كار نيروي وزن وارد بر جسم چقدر است؟
جواب:
نيروي
وزن مطابق شكل زير به جسم در اين جابهجايي وارد ميشود. هر چند در صورت
سوال صحبتي از جرم جسم نشده اما نيازي به دانستن جرم جسم نيست؛ چون زاويه θ
برابر 90 درجه است، تحت هر شرايط كار نيروي وزن در اين جابهجايي صفر
خواهد بود
W = F. d. cosθ → W = mg × 5 × cos 90° → W = mg × 5 × 0 = 0
تمرين
1. تحت چه شرايطي مقدار كار يك عدد منفي ميشود؟
2. در شكل زير شخص بستهاي به جرم 5 كيلوگرم را در راستاي افقي 40 متر با سرعت ثابت جابهجا ميكند. نيروهاي وارد بر بسته را مشخص كرده و كار هر يك را حساب كنيد.
photo: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html
ملاحظات
اين بحث بسيار ساده است. اشكال عمده در تعيين زاويه θ است.
هدف این وبلاگ ارائه مطالب فیزیکی برای استفاده دانش آموزان عزیز و دبیران گرامی و بسط فرهنگ وبلاگ نویسی میباشد. منتظر راهنمایی ها و نظرات شما هستم .