الدرس الأول: الشغل والطاقة

أنظر وأتساءل

يشعر ركاب هذه اللعبة الأفعوانية بقوة تعادل ضعفي قوة الجاذبية الأرضية ما مصدر القوة المحركة لهذه الآلة في مسارها؟

مجموعة قوى منها الحركية والجاذبية.

أستكشف

أكون فرضية

تتغير طاقة الجسم بفعل الجاذبية. فماذا يحدث لكرة زجاجية إذا جعلتها تتدحرج داخل إطار دراجة؟ أكتب فرضية على النحو التالي:
"إذا زاد الارتفاع الذي أفلت منه الكرة الزجاجية فإن ...".

المسافة التي تقطعها الكرة تزيد.

أستخلص النتائج

4. أفسر البيانات. اعتماداً على ملاحظاتي، هل فرضيتي صحيحة أوضح ذلك.

كلما كان ارتقاع سقوط الكرة أكبر قطعت مسافة أكبر داخل الإطار وهذا يدعم فرضيتي.

5. أستنتج. أي المحاولات كانت طاقة الكرة فيها أكبر ما يمكن؟ وكيف أعرف ذلك؟

كانت سرعة الكرة أكبر ما يمكن عند أسفل الأنبوب ثم بدا تتناقص وكانت سرعتها تزداد كلما ازداد الارتفاع الذي أسقطت منه.

أستكشف أكثر

لماذا توقفت الكرة في النهاية هل لسطح الإطار علاقة بذلك أكتب فرضية، وأصمم تجربة، أتحقق فيها من ذلك.

توقفت في النهاية نتيجة لاحتكاك الكرة مع الإطار، كلما كان سطح الإطار أملس كلما زادت المسافة التي يقطعها وكلما كان خشن قلت المسافة بسبب زيادة قوة الاحتكاك.

أقرأ الشكل

أي الصناديق يتطلب شغلاً أكثر لوضعه على الرف إذا كانت جميعها مملوءة بالمادة نفسها؟ إرشاد. أنظر إلى حجم الصندوق وارتفاع الرف.

يبذل شغل أكثر عند رفع الصندوق الأثقل ووضعه على الرف الأعلى.

أقرأ الصورة

أي أشكال طاقة الوضع أكبر؟ إرشاد. أي ارتفاعات الكرة أعلى؟

الصورة في أقصى اليمين التي تكون فيها الكرة عند أعلى ارتفاع.

نشاط

4. أيهما يبتل شغلاً أكثر: رفع الكتاب إلى ارتفاع (1م) أم سحبه المسافة نفسها؟ أفسر ذلك.

تستخدم العلاقة ش = ق * ف حيث ش هي الشغل أما ق فهي القوة وتؤخذ من قراءة الميزان أما ف فهي المسافة = 1 متر الشغل المبذول لرفع كتاب 1 م أكبر من الشغل المبذول لسحب كتاب مسافة 1.

5. أستنتج. إذا رفعت الكتاب إلى ارتفاع معين فإنه يكتسب طاقة وضع. وإذا سحبته مسافة محددة فإنه لا يرفع بفعل الطاقة الحركية فأين ذهبت الطاقة من الشغل في أثناء سحب الكتاب؟

تحولت الطاقة الى حرارة بفعل الاحتكاك.

أستنتج. كيف يؤثر الاحتكاك في الشغل المبذول لدفع صندوق على الأرض؟

نحتاج إلى شغل لدفع صندوق بينه وبين الأرض احتكاك أكبر مما لو كان ليس بينه وبين الأرض احتكاك.

التفكير الناقد. إذا دفعت صندوقاً من فوق سطح الأرض ثم مشيت به بسرعة منتظمة، فأي المرحلتين أبذل فيها شغل؟

كلا المرحلتين أبذل فيها شغلاً لأن الجسم يتحرك في اتجاه القوة المؤثرة.

أستنتج. أيهما ينجز شغلاً أكثر: جول واحد من الطاقة الحرارية أم جول واحد من الطاقة الصوتية؟

كلاهما ينجز القدر نفسه من الشغل.

التفكير الناقد. أين توجد كل من الطاقة الوضع وطاقة الحركة عندما تقفز في بركة السباحة من مكان مرتفع؟

عندما أقف على لوحة الغطس فإن لي طاقة وضع وعندما اقفز في الماء تتحول طاقة الوضع إلى طاقة حركة.

أستنتج. عند سقوط كرة من ارتفاع ما لا ترتد إلى الارتفاع نفسه الذي سقطت منه. كيف تحقق هذه الحالة مبدأ حفظ الطاقة؟

الكرة الساقطة من ارتفاع معين لا ترتد إلى الارتفاع نفسه لأن جزء من طاقة الحركة يتحول إلى طاقة حرارية وطاقة صوتية بسبب الاحتكاك.

التفكير الناقد. كيف يمكن للطاقة الحرارية في الفرن أن تنتج شغلاً مطلوباً إنجازه وشغلاً غير مرغوب فيه.

يمكن أن تنتج الطاقة الحرارية في الفرن شغلاً مطلوباً عند استخدامها في عمل الأطعمة والخبز مثلاً أما في فصل الصيف فإن هذه الحرارة تعمل على رفع درجة حرارة المنزل وهذا شغل غير مرغوب فيه.

أفكر وأتحدث وأكتب.

1. المفردات. الطاقة الناتجة عن حركة الجسم تسمى الطاقة الحركية.

2. أستنتج. متى تتحول الطاقة الحركية إلى طاقة صوتية؟

3. التفكير الناقد. ما تحولات الطاقة التي تحدث في أثناء حركة بندول الساعة؟

للبندول أكبر طاقة وضع عندما يكون في أعلى موقع له أثناء تأرجحه وتتحول هذه الطاقة إلى طاقة حركة وتبلغ طاقة الحركة أعلى قيمة لها عندما يصل البندول إلى أقل نقطة انخفاضاً.

4. أختار الإجابة الصحيحة. في أثناء سقوط كرة تكتسب طاقة:

أ- كيميائية.

ب- حركية.

ج- ضوئية.

د- وضع.

5. أختار الإجابة الصحيحة. يقاس كل من الشغل والطاقة بوحدة:

أ- النيوتن.

ب- الجول.

ج- نيوتن/م.

د- نيوتن.م/ث.

6. السؤال الأساسي. ما العلاقة بين الشغل والطاقة؟

الطاقة ضرورية لإنتاج الشغل.

العلوم والرياضيات

حساب العمل

يحمل مصعد كهربائي كتلة وزنها 200 نيوتن مسافة 10 م، وببذل شغلاً ضد قوة الاحتكاك قدره 1000 جول، ما مقدار الشغل الذي ينجزه المصعد؟

الشغل المبذول في حركة الكتلة = القوة × المسافة = 200 × 10 = 2000 جول.

الشغل الكلي المبذول = الشغل المبذول في الحركة + الشغل ضد الاحتكاك = 2000 + 1000 = 3000 جول.

العلوم والكتابة

الكتابة الوصفية

تعد الشمس مصدراً للطاقة. أبحث في إمكانية استعمال الإنسان الطاقة الشمسية في إنجاز الأعمال.

تستخدم الشمس لتوليد الكهرباء، ومن أهم تطبيقاتها السخانات الشمسية والتي تستخدم في: تسخين المياه، صناعة منتجات الألبان، صناعة الغزل والنسيج، تسخين الهواء لأغراض التدفئة وتجفيف الحاصلات الزراعية طهي الطعام قديماً، تستخدم في صهر المواد.