1- كل قوة تؤثر على جسم ما فإنها تبذل شغلاً. شرح السؤال تذكر شروط بذل الشغل في الفيزياء. هل يكفي وجود قوة فقط؟ ماذا عن الإزاحة؟ وماذا عن الزاوية بين القوة والإزاحة؟ صح خطأ الإجابة الصحيحة هي (خطأ).لكي تبذل قوة شغلاً، يجب تحقق شرطين:يجب أن يتحرك الجسم (تحدث إزاحة).يجب أن تكون هناك مركبة للقوة في اتجاه الإزاحة.الحالات التي لا يُبذل فيها شغل تشمل:عندما لا يتحرك الجسم (\(d=0\)).عندما تكون القوة عمودية على اتجاه الحركة (\(\theta=90^\circ\)). مثال: قوة الاتصال العمودية على جسم يتحرك أفقياً.لذلك، ليس كل قوة تؤثر على جسم تبذل شغلاً.(الفصل الخامس: الشغل والطاقة والقدرة، 2.5: بعض التعميمات، صفحة 77)
2- عندما يتحرك جسم بأقصى سرعة يكون الشغل المبذول عليه بواسطة القوة في اتجاه الحركة مساوياً للشغل المبذول عليه بواسطة القوة المقاومة. شرح السؤال "أقصى سرعة" تعني سرعة ثابتة. ماذا يعني ذلك بالنسبة للتغير في طاقة الحركة؟ وماذا تخبرنا نظرية الشغل-الطاقة عن الشغل المحصل في هذه الحالة؟ صح خطأ الإجابة الصحيحة هي (صح).عندما يتحرك الجسم بأقصى سرعة (سرعة ثابتة)، فإن التغير في طاقة حركته يساوي صفراً (\(\Delta E_k = 0\)).وفقاً لنظرية الشغل-الطاقة، فإن الشغل المحصل المبذول على الجسم يساوي التغير في طاقة حركته:\[ W_{\text{net}} = \Delta E_k = 0 \]الشغل المحصل هو مجموع الشغل المبذول بواسطة القوة الدافعة (\(W_{\text{driving}}\)) والشغل المبذول بواسطة القوة المقاومة (\(W_{\text{resistance}}\)). الشغل المقاوم يكون سالباً.\[ W_{\text{net}} = W_{\text{driving}} + W_{\text{resistance}} = 0 \]\[ W_{\text{driving}} = -W_{\text{resistance}} \]هذا يعني أن الشغل المبذول بواسطة القوة الدافعة يساويمقدارالشغل المبذول بواسطة القوة المقاومة.(الفصل الخامس: الشغل والطاقة والقدرة، 1.5: معادلة الشغل - الطاقة، صفحة 76)
3- تجري فتاة كتلتها \((50 \, \mathrm{kg})\) إلى أعلى هضبة في زمن قدره \((12 \, \mathrm{s})\) فإذا كان ارتفاع الهضبة \((6 \, \mathrm{m})\) وسرعة الفتاة عند هذا الارتفاع \((5 \, \mathrm{m/s})\) فإن قدرة الفتاة هي: شرح السؤال القدرة هي معدل بذل الشغل. الشغل الكلي الذي بذلته الفتاة هو مجموع التغير في طاقة وضعها والتغير في طاقة حركتها. احسب هذا الشغل الكلي ثم اقسمه على الزمن للحصول على القدرة المتوسطة. \(302 \, \mathrm{W}\) \(52 \, \mathrm{W}\) \(120 \, \mathrm{W}\) \(42 \, \mathrm{W}\) الإجابة الصحيحة هي (\(302 \, \mathrm{W}\)).القدرة المتوسطة تساوي الشغل الكلي مقسوماً على الزمن. الشغل الكلي هو مجموع التغير في طاقتي الوضع والحركة.التغير في طاقة الوضع (\(\Delta E_p\)):\[ \Delta E_p = mgh = 50 \times 10 \times 6 = 3000 \, \mathrm{J} \]التغير في طاقة الحركة (\(\Delta E_k\)):(بافتراض أنها بدأت من السكون)\[ \Delta E_k = \frac{1}{2}mv_f^2 - \frac{1}{2}mv_i^2 = \frac{1}{2}(50)(5)^2 - 0 = 25 \times 25 = 625 \, \mathrm{J} \]الشغل الكلي (W):\[ W = \Delta E_p + \Delta E_k = 3000 + 625 = 3625 \, \mathrm{J} \]القدرة (P):\[ P = \frac{W}{t} = \frac{3625}{12} \approx 302.08 \, \mathrm{W} \]أقرب إجابة هي (\(302 \, \mathrm{W}\)).(الفصل الخامس: الشغل والطاقة والقدرة، 4.5: القدرة، صفحة 81)
4- تدفع رافعة قدرتها \(5 \, \mathrm{kW}\) صندوقاً كتلته \(m\) على مستوى يميل على الأفقي بزاوية \(40^\circ\) وبسرعة منتظمة قدرها \(5 \, \mathrm{m/s}\). فإن مقدار كتلة الصندوق هي: شرح السؤال من القدرة والسرعة، احسب قوة الدفع للرافعة. بما أن الحركة بسرعة منتظمة، فإن قوة الدفع هذه تتزن مع مركبة وزن الصندوق الموازية للمستوى. من هذه المعادلة يمكنك إيجاد الكتلة. \(1560 \, \mathrm{kg}\) \(156 \, \mathrm{kg}\) \(1131 \, \mathrm{kg}\) \(131 \, \mathrm{kg}\) الإجابة الصحيحة هي (\(156 \, \mathrm{kg}\)).الخطوة الأولى: حساب قوة الدفع للرافعة (\(F\))نستخدم العلاقة \(P = Fv\). يجب تحويل القدرة إلى واط. \(P = 5 \, \mathrm{kW} = 5000 \, \mathrm{W}\).\[ 5000 = F \times 5 \implies F = \frac{5000}{5} = 1000 \, \mathrm{N} \]الخطوة الثانية: تطبيق شرط الاتزانبما أن الصندوق يتحرك بسرعة منتظمة، فإن قوة الدفع \(F\) لأعلى المستوى تساوي مركبة الوزن \(W_{\text{parallel}}\) لأسفل المستوى. (نفترض عدم وجود احتكاك لعدم ذكره).\[ F = mg \sin\theta \]نعوض بالقيم:\[ 1000 = m \times 10 \times \sin(40^\circ) \]\[ 1000 \approx m \times 10 \times 0.6428 \]\[ m \approx \frac{1000}{6.428} \approx 155.57 \, \mathrm{kg} \]أقرب إجابة صحيحة للنتيجة المحسوبة هي (\(156 \, \mathrm{kg}\)). الفرق البسيط ناتج عن تقريب قيم الجيب أو عجلة الجاذبية.تدريب:إذا كانت قدرة الرافعة هي نفسها، ولكنها كانت تسحب الصندوق بسرعة \(2 \, \mathrm{m/s}\)، كم ستكون كتلة الصندوق الذي يمكنها سحبه بسرعة منتظمة؟(الفصل الخامس: الشغل والطاقة والقدرة، تمارين 5-B، سؤال 7، صفحة 83)
