الدرس 3: الشغل والآلات البسيطة

1. إذا دفعت عربة حاسوب مسافة 10 أمتار بقوة أفقية مقدارها 50 نيوتن فما مقدار الشغل الذي تبذله؟

المعطيات:

المسافة ف = 10 متر.

القوة ق = 50 نيوتن.

المطلوب: الشغل ش =؟ جول.

طريقة الحل:

بالتعويض في معادلة الشغل.

الشغل = ق(نيوتن) × ف (المتر)=50 نيوتن × 10 متر.

= 500 جول.

2. ما مقدار الشغل الذي يبذله متسابق أولمبي أثناء ركضه مسافة 200 متر بقوة 6 نيوتن؟

المعطيات:

المسافة ف = 200 متر.

القوة ق = 6 نيوتن.

المطلوب: الشغل: ش =؟ جول.

طريقة الحل:

بالتعويض في معادلة الشغل.

الشغل = ق (نيوتن) × ف (المتر) = 6 نيوتن × 200 متر.

= 1200 جول.

كيف تجعل الآلات البسيطة الشغل أسهل؟

إما بتغير مقدار القوة أو بتغير اتجاه القوة أو كليهما معاً.

ملاحظة الفائدة الآلية للبكرات

التحليل

1. صف ما شاهدت هل استطاع الطالبان الإبقاء على العصوين متباعدين؟

من غير الممكن تقريباً منع سحب العصوين معاً.

2. قارن النتائج في حالة لف الحبل لفتين ثم أربعاً ثم ثماني لفات حول العصوين.

كلما زاد عدد لفات الحبل حول العصوين كان منع سحبهما معاً أصعب.

كيف تسهل كل من الرافعة، والبكرة، والعجلة والمحور العمل؟

الرافعة: تضخم القوة المبذولة أو تزيد المسافة التي توثر خلالها القوة وهي في الحالتين تزيد من مقدار الشغل.

البكرة: تغير اتجاه القوة المبذولة ويمكن أن تزيدها.

العجلة والمحور: تزيد من القوة المبذولة وتغيران من اتجاهها أيضاً.

اختبر نفسك

1. صف ثلاث طرائق تبين أن استخدام الآلة يسهل العمل.

زيادة القوة المؤثرة وكذلك زيادة المسافة التي توثر خلالها وتغير اتجاه القوة.

2. فسر لماذا يكون الشغل الناتج أقل من الشغل المبذول في الآلات؟

لأن الاحتكاك يحول بعض الشغل المبذول إلى حرارة لا تشارك في إنجاز الشغل.

3. قارن بين العجلة والمحور وبين الرافعة.

العجلة والمحور هما في الواقع رافعة تدور 360 درجة حول محور ثابت ويمكن أن توثر القوة المبذولة أو تتولد القوة الناتجة في أي نقطة على نصف قطر العجلة أو المحور.

4. التفكير الناقد حدد جزأين من جسمك يعملان بوصفهما رافعتين إلى أي أنواع الروافع ينتمي كل منهما؟

الذراع والساق السفلية وكلاهما من النوع الثالث للروافع.

5. احسب الشغل اللازم لرفع حجر جيري يزن 10000 نيوتن مسافة 150 متراً.

المعطيات:

المسافة ف = 150 متر.

الوزن (القوة) ق = 10000 نيوتن.

المطلوب: الشغل: ش =؟ جول

طريقة الحل:

بالتعويض في معادلة الشغل.

ش= ق × ف = 10000 نيوتن × 150 متر.

= 1500000 جول.

6. احسب القوة المؤثرة اللازم لرفع حجر وزنه 2500 نيوتن باستخدام نظام بكرات فائدته الآلية 10.

المعطيات:

الفائدة الآلية = 10

القوة الناتجة = 2500 نيوتن.

المطلوب: القوة المؤثرة =؟ نيوتن

طريقة الحل:

باستخدام معادلة الفائدة الآلية يمكن حساب القوة المؤثرة.

الفائدة الآلية = القوة الناتجة / القوة المؤثرة.

القوة المؤثرة = القوة الناتجة / القوة الآلية.

القوة المؤثرة = 2500 نيوتن / 10 = 250 نيوتن.