ترمينالوژي  پايه و مفاهيم

ترمينالوژي  پايه و مفاهيم

تعريف و رياضيات كاربردي

در اول بخش 3 كلاس فيزيك ، ما قوانين نيوتن رابراي تحليل و تجزيه حركت اشياء مورد استفاده قرار مي دهيم . مجموعه اطلاعات و تأكيد بر آنها براي تعين سرعت يك شيء بكار برده شده است . اطلاعات تسريع يافته متعاقباً براي تعيين اطلاعات درباره سرعت و شتاب يا تغيير مكان يك شي ء پس از دادن يك دوره زماني بكار برده مي شود . در اين خالت ، قوانين نيوتن به عنوان يك برنامه مفيد براي تحليل  حركتي و پيش بيني درباره موقعيت نهايي حركت شي ء اجرا مي شود . در اين بخش ، يك برنامه كاملاً مختلف براي تجزيه و تحليل حركت اشياء بكار برده شده است . حركت از ادراك كاري و انرژي تلقي مي گردد . تأثيري كه كار بر انرژي يك شي ء ( يا سيستم اشيائ )  دارد مورد برسي خواهد بود . نتيجه سرعت و يا ارتفاع اشياء مي تواند از اطلاعات انرژي پيش بيني شود . به منظور درك اين روش انرژي كاري براي تجزيه و تحليل حركتي ، مهم است كه در ابتدا يك درك اساسي از چند عبارت اساسي داشته باشيد . بنابراين ، درس يك اين بخش بر تعاريف  و معاني چنين عباراتي به عنوان كار ، انرژي مكانيكي ، انرژي پتانسيل ، انرژي حركتي و قدرت توجه دارد .

 

در فيزيك ، كار به عنوان يك نيروي تأثير گزار بر شيئ تعريف شده است كه باعث جابجايي اشياء مي باشد . در اينجا سه لغت كليدي در اين تعريف وجود دارد – نيرو ، جابجايي ، هدف . به منظور اينكه نيرويي شرايط لازم براي انجام كار را بر روي شيء داشته باشد ، آنجا بايد يك جابجايي وجود داشته باشد  و نيرو بايد باعث جابجايي گردد . در اينجا چندين نمونه  جالب در مورد كار وجود دارد كه در زندگي روزمره قابل مشاهده مي باشد – اسب يك گاو آهن را بر روي زوين مي كشد ، پدري چرخ  خواروبار را در راهروي مغازه خواروبار فروشي هل مي دهد  ، يك دانشجو كوله پشتي پر از كتابش را بر روي شانه هاش حمل مي كند ، يك وزنه بردار يك وزنه را  به بالاي سرش مي برد ، يك ورزشكار در رشته پرتاب وزنه  ، وزنه را پرت مي كند و الي آخر . در همه مواردي كه در اينحا ذكر شد يك نيرو بروي شيء وارد شده است كه منجر به جابجايي شيء مي شود .

پنج جمله پائين  را بخوانيد و تعيين كنيد كه آيا آنها نمونه هايي از كار هستند يا نه ؟ سپس موس را بر روي منوي ظاهر شده حركت دهيد و پاسخ را برسي كنيد .

 

جملات

معلم يك نيرو را بر روي يك ديوار بكار مي برد و خسته مي شود . يك كتاب از روي ميز مي افتد و بر روي زمين سقوط آزاد مي كند . يك گارسون سيني پر از غذا را بالاي سرش بوسيله دستهايش در طول اتاق حمل مي كند . ( دقت كنيد ، اين سؤال مشكلي است كه بطور مفصل در بخش بعدي مورد بحث قرار خواهد گرفت ).

يك راكت سرتاسر فضا را به سرعت طي ميكند .

 

پاسخ با توضيح :

موس را بر روي پاسخ فشار دهيد .

از لحاظ رياضي ، كار بوسيله دنبال كردن اين تساوي بيان شده است :

W=f*d*cosθ

 

در اينجا  f  نيرو ، d جابجايي و زاويه تتا به عنوان زاويه بين نيرو و بردار ميزان جابجايي تعريف شده است . شايد مشكل ترين جنبه  تساوي بالا زاويه تتا باشد . ارزيابي زوايا به عنوان زاويه اي بين نيرو و جابجايي تعريف شده است . براي جمع آوري معني آن، سه طرح زير را دنبال كنيد :

 

 

طرح A :

يك نيرو در سمت راست بر روي شيء عمل مي كند كه آن به سمت راست جابجا مي شود . در يك چنين فاصله اي ، بردار نيرو و جابجايي بردار در مسير مشابه وجود دارد . بنابراين ، زاويه بين  F  و d   درجه  θ   مي باشد .

 

طرح B  :

يك نيرو بروي يك شيء بسمت چپ عمل مي كند كه بسمت راست جابجا شده است . در يك چنين فاصله اي ، بردار نيرو و بردار جابجايي در مسير مخالف وجود دارد . بنابراين ، زاويه بين F  و d   180 درجه مي باشد .

 

طرخ C  :

يك نيرو بروي شيء بسمت بالا عمل مي كند كه آن را بسمت راست جابجا كرده است . در يك چنين فاصله اي ، بردار نيرو و بردار جابجايي در گوشه راست بروي يكديگر وجود دارد . بنابراين گوشه بين  f و d   90 درجه است .

بيائيد طرح c   را با جزئيات بيشتري برسي كنيم . سناريو c  شامل موقعيتي مشابه به گارسوني است كه يك سيني پر از غذا را در بالاي سرش بوسيله  دو تا دستانش در طول اتاق حمل مي كند . آن  در ابتدا جابجا مي شود وقتي كه گارسون كاري را بروي سيني كه او در حال حمل كردن  در طول اتاق است انجام مي دهد ، نيروي ايجاد شده بوسيله گارسون بروي سيني يك نيروي بالابر مي باشد و جابجايي سيني يك جابجايي افقي مي باشد . در يك چنين مواردي ، زاويه بين نيرو و جابجايي 90 درجه است . اگر كار انجام شده بوسيله گارسون بروي سيني محاسبه شود ، پس نتيجه 0  خواهد بود . با توجه به گستردگي نيرو و جابجايي  f*d*  كوسينوس 90 درجه 0 مي باشد . ( بنابراين كسينوس 90 درجه 0 است ).

يك نيروي عمودي هرگز باعث جابجايي افقي نمي شود ، يك نيروي عمودي براي جابجايي اشياء افقي كار نمي كند .

تساوي براي كار سه متغير را ليست كرده است . هر متغير با يكي از اين سه لغت كليدي در تعريف كار مرتبط مي باشد . ( نيرو ، جابجايي ، هدف ) زاويه تتا در اين تساوي با ميزان نيرويي كه موجب جابجايي مي شود  در ارتباط است . همانطور كه در بخش قبلي ذكر شد، وقتي يك نيرو به شيء در يك زاويه افقي وارد مي شود ، تنها يك قسمت از نيرو در جابجايي افقي ناشي مي شود . بيائيد نيروي زنجيره اي كه بسمت بالا و به سمت راست نيرو وارد مي شود تا نيرو را بسمت راست بكشد . اين تنها مؤلفه افقي نيروي كششي در زنجيره اي است كه موجب مي شود نيرو بسمت راست جابجا شود . مؤلفه افقي بوسيله زياد كردن نيرو ي f  يافت مي شود كه بوسيله كوسينوس زاويه بين f وd  را در اين حالت مشخص كرده است ، كوسينوس تتا در تساوي كاري به عامل هدف مرتبط مي باشد – آن قسمت نيرويي را كه در واقع باعث جابجايي مي شود انتخاب مي كند .

وقتي فشار زاويه را در تساوي كاري تعيين كنيد ، تشخيص اينكه يك تعريف دقيق دارد مهم مي باشد – اين زاويه بين نيرو و بردار جابجايي وجود دارد . مطمئن شويد كه از كاربرد هر گونه زاويه ole در تساويها خودداري مي  كنيد . برا ينمونه ، فعاليت هاي شكل گرقته در آزمايشگاه كه همه آن سر بالايي است را مطالعه كنيد . نيرو يك گاري را براي بالا كشيدن از يك سرازيري  با سرعت يكنواخت  بكار برده مي شود . چندين زاويه در شيب سرازيري  بكار برده مي شود ؛ حتي ، نيرو هميشه موازي با شيب بكار  برده مي شود . جابجايي گاري نيز  موازي با شيب ميباشد . از f  و d   در مسير مشابه وجود دارد ، زاويه 0 درجه مي باشد . با وجود اين ، اغلب دانش آموزان وسوسه  قوي را براي فشار بر زاويه شيب تجربه مي كنند و آنرا بطور مساوي بكار مي برند . فراموش نكنيد ، زاويه در اين تساوي فقط زاويه ole نيست ؛ آن بعنوان زاويه اي بين نيرو و بردار جابجايي تعريف شده است .

هر جا يك كميت جديد در فيزيك ارائه شود ، واحدهاي متريك استاندارد با كميتهاي بحث شده  مرتبط مي باشد . در مورد كار ( و همچنين انرژي ) واحد متريك استاندارد joile  ( خلاصه شده بصورت “j ” ) مي باشد . يك joule  با يك نيوتن نيرو مساوي مي باشد كه منجر به جابجايي يك متر مي شود . به عبارت ديگر :

Joule  يك واحد كاري است  و

1 jole = 1 نيوتن *1 متر

در حقيقت ، هر واحد نيرو زمان را در هر واحد جابجايي را با يك واحد كاري مساوي مي كنند . بعضي واحد هاي غير استاندارد براي  كار در زير نشان داده شده است . توجه كنيد در هنگام تحليل و برسي ، هر بخش با يك واحد نيرو با يك واحد  جابجايي زمان بندي شده مساوي است .

 

واحدهاي غير استاندارد كاري :

بطور خلاصه ، كار نيرويي است كه بر يك شيء اعمال مي شود و باعث جابجايي آن مي گردد . وقتي يك نيرو اعمال مي شود تا يك شي ء را جابجا كند ، سه كميت  بايد به منظور محاسبه مقدار كار شناخته شود . اين سه كميت شامل ، نيرو ، جابجايي و زاويه بين نيرو و جابجايي مي باشد .

.