آموزش فیزیک عمومی 1؛ انرژی پتانسیل و پایستگی انرژی با مهندس زوارقی؛ جلسه 1

سلام دوستان عزیزم امیوارم حال دلتون عالی باشه.

خب به سلامتی رسیدیم به فصل هفتم از فیزیک عمومی یک و مبحث انرژی پتانسیل. اول اینکه ممنون تا اینجا همراه من بودید و مورد بعدی اینکه حتما در جریان هستید که برای دیدن توضیحات کامل هر جلسه میتونید به ویدئوهای کانال یوتیوب من مراجعه کنید.  جزوه هر مبحث هم براحتی از فروشگاه وبسایت قابل تهیه است. برای این جلسه هم طبق همین گفته میتونید ویدئوی آموزشی مربوط را از این لینک ملاحظه کنید و جزوه این جلسه رو هم از این آدرس تهیه کنید. 

خب بعد از این مقدمات ضروری بریم سراغ آموزش این جلسه.

این فصل مکمل فصل قبلی یعنی انرژی جنبشی هست. پس اگر بدون مطالعه فصل قبل اومدید سراغ یادگیری این فصل، بهتون توصیه میکنم برگردید و اول فصل 6 را مطالعه کنید.

در این فصل نوع دیگری از انرژی را که انرژی پتانسیل نامیده می شود معرفی می کنیم. هنگامی که اجزای یک دستگاه رده خاصی از نیروها را به یکدیگر وارد می کنند، در پیکربندی دستگاه می تواند انرژی ذخیره شود که این انرژی ذخیره شده انرژی پتانسیل نام دارد با در نظر گرفتن انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل یک دستگاه اصل پایستگی انرژی مکانیکی مطرح می شود که این اصل بر اساس قوانین نیوتن استوار است.

نیروهای پایستار:

حرکت یک جسم را تحت تاثیر سه نیروی مجزا بررسی می کنیم:

1- نیروی فنر (F = -kx)          2- نیروی گرانشی ( F_{Y =} mg)         3-نیروی اصطکاک (F = µN)

هدف ما محاسبه کار انجام شده توسط هر یک از این نیروها است، هنگامی که جسم تحت اثر آن نیرو در امتداد مسیر معینی جابجا می شود و سپس در امتداد همان مسیر به نقطه شروع حرکت خود بازمیگردد.

1- نیروی فنر:

جسمی به جرم m را در نظر بگیرید که به فنری با ثابت نیروی k متصل است. جسم بر روی سطح افقی بدون اصطکاک می لغزد. کاری که فنر در جابجایی جسم از X =+D به X = 0 بر روی آن انجام می دهد عبارتند از:

مطابق قضیه کار و انرژی این کار به صورت انرژی جنبشی جسم ظاهر میشود. پس از عبور جسم از نقطه X = 0 جهت نیروی وارد از طرف فنر عوض می شود و فنر سرعت حرکت را کم می کند و بر روی آن کار منفی انجام می دهد.

وقتی جسم برای لحظه ای در نقطه X = -d متوقف و سپس جهت حرکت آن عوض می شود. مقدار کار منفی انجام شده توسط نیروی فنر در جابجایی جسم از نقطه X = 0 تا نقطه X = -d برابر است با:

به همین ترتیب از نقطه X = -d تا نقطه X = 0 نیروی فنر به اندازه مقدار زیر کار انجام می دهد.

خب بعد از نیروی فنر بریم سراغ نیروی گرانش

2- نیروی گرانش:

 جسمی (توپی) توسط یک عامل خارجی به طرف بالا پرتاب می شود. این عامل خارجی به توپ سرعت اولیه و انرژی جنبشی اولیه می دهد. وقتی توپ بالا می رود زمین بر روی آن کار انجام می دهد. سرانجام توپ برای لحظه ای در ارتفاع y = +h متوقف می شود. کار انجام شده توسط زمین در جابجایی توپ از y = 0 تا y = h عبارتند از mgh_ یعنی نیروی ثابت mg ضربدر فاصله h ( علامت منفی نشان دهنده این کار است که بردار نیرو و بردار جابجایی هنگام بالا رفتن توپ در خلاف جهت یکدیگرند) کار انجام شده توسط نیروی گرانش در جابجایی توپ از y= h تا y =0 برابر mgh+ کل کاری که نیروی گرانش در یک چرخه کامل بر روی توپ انجام دهد برابر صفر است.

خب جلسه اول از این فصل رو همینجا به پایان میبریم. توی جلسه بعدی به ادامه ی نیروهای پایستار خواهیم پرداخت.