پاسخ تمرين هاي فصل اول سال اول

1-با توجه با جدول (1-2) کتاب به پرسش هاي زير پاسخ دهيد:

 الف- اگر شخصي يك شبانه روز بخوابد، چه مقدار انرژي مصرف مي كند؟

ب- انرژي اي كه براي يك ساعت نشستن در كلاس مصرف مي شود بيشتر است يا انرژي اي كه صرف ده دقيقه دوچرخه سواري مي شود؟

جواب: با استفاده از جدول(1-2) كتاب درسي خواهيم داشت:

(الف

   5 kj =انرژي لازم براي يك دقيقه خواب

دقيقه   =يك شبانه روز بر حسب دقيقه

= انرژي لازم براي خواب يك شبانه روز

(ب

=   انرژي لازم براي يكساعت نشستن در كلاس

=  انرژي لازم براي ده دقيقه دوچرخه سواري

بنابراين هنگام يك ساعت نشستن در سر كلاس بيشتر از ده دقيقه دوچرخه سواري انرژي مصرف مي شود.

2- گلوله اي به جرم 50 گرم با سرعت 200 به مانع برخورد مي كند و در آن فرو رفته  و متوقف مي شود. انرژي دروني گلوله و مانع چه اندازه افزايش مي يابد؟

جواب: علت توقف گلوله وجود اصطكاك شديد بين سطح گلوله و جداره داخلي مانع است. لذا بنا به قانون پايستگي انرژي، انرژي جنبشي گلوله به صورت گرما به انرژي دروني گلوله و مانع تبديل مي شود. خواهيم داشت

افزايش انرژي دروني گلوله و مانع

3- توپي را از ارتفاع يك متري سطح زمين از حال سكون رها مي كنيم. توپ بعد از برخورد با زمين، تا ارتفاع كمتر از يك متر بالا مي رود. اين مثال را براساس پايستگي انرژي توضيح دهيد.

جواب: در اثر برخورد توپ با زمين، مقداري از انرژي جنبشي آن به صورت انرژي گرمايي به زمين منتقل شده و انرژي دروني مجموعه زمين و توپ افزايش مي يابد. در نتيجه تمام انرژي پتانسيل  را كه توپ  در ارتفاع يك متري داشت دوباره به طور كامل به انرژي جنبشي تبديل نمي شود و توپ نمي تواند مجدداً تا ارتفاع يك متر بالا رود.

4- گلوله اي به جرم يك كيلوگرم به فنري كه در يك سطح افقي قرار دارد نزديك شده و با سرعت   10 به آن برخورد مي كند. اگر از صطكاك چشم پوشي كنيم. حداكثر انرژي پتانسيل كشساني كه در فنر ذخيره مي شود چقدر است؟

جواب: چون از اصطكاك چشم پوشي شده است، پس بنا به قانون پايستگي انرژي تمام انرژي جنبشي گلوله به انرژي پتانسيل كشساني فنر تبديل مي شود. نتيجه مي شود:

5- استفاده از رابطه انرژي پتانسيل گرانشي جدول زير را کامل کنيد.

با توجه به رابطه U=mgh داريم :

6- توپي به جرم 0.5 كيلوگرم را با سرعت  20 در امتداد قائم به طرف بالا پرتاب مي كنيم.هرگاه 10% انرژی گلوله صرف غلبه بر مقاومت هوا شود ، گلوله تا چه ارتفاعی بالا می رود ؟ ( g=10 m/s2 )

جواب:

K=100 j انرژي در لحظه پرتاب

k*%10=100*%10=10 j ميزان انرژي اتلافی

U= K- 10 j=100-10=90j ميزان انرژي پتانسيل در نقطه اوج

U=mgh  --> h=U/mg=90/(0.5*20)=9 m

7- سه گلوله A و B و C با جرمهای مساوی از ارتفاع معيني رها مي شوند ( شکل 1-22) کتاب.

الف ) سرعت کدام يک به هنگام رسيدن به زمين بيشتر است ؟

ب) کداميک زودتر مي رسند؟

پاسخ خود را يک با ر با در نظر گرفتن اصطکاک و با ر ديگر با ناديده گرفتن اصطکاک بيان کنيد.

جواب :

بدون در نظر گرفتن اصطکاک :
الف )  سرعت همه با  هم برابر است زيرا هيچ مقاومتي در مقابل حرکت گلوله ها وجود ندارد . ضمن اينکه هر سه گلوله با شتاب g با سمت پايين کشيده مي شوند.
ب) هرسه با هم به زمين مي رسند. زيرا هرسه با شتاب g به  طرف زمين کشيده مي شوند.

 با در نظر گرفتن اصطکاک
الف ) سر عت A بيشتر است . زيرا اتلاف انرژی در حين مسير آن صفر است . پس کل انرژی پتانسيل آن به انرژی جنبشی انتهاي مسير تبديل مي شود . ولی در دو تاي ديگر بخشي از انرژي پتانسيل اوليه صرف غلبه بر اصطکاک مسير مي شود.
ب) باز هم A . به همان دليل شرح داده شده در بالا.

در کل : A زودتر  از B و B زودتر از C

8- توپي به جرم 1 کيلو گرم را با سرعت 5 متر بر ثانيه در امتداد قائم به طرف بالا پرتاب مي کنيم . انرژي پتانسيل گرانشي در بالاترين ارتفاعي که توپ به آن مي رسد ، چقدر است ؟ سرعت آن در نيمه را چقدر است ؟ از مقاومت هوا چشم پوشي کنيد .

U=K=12.5 j  انرژي پتانسيل گرانشي در بالاترين ارتفاعي که توپ به آن مي رسد

U = 12.5 j = mgh --> h= U/mg= 12.5/(1*10)=1.25 m

h/2=1.25/2=0.625 m

U0.625=1*10*0.625=6.25 j

K0.625=U0.625=6.25 j = 1/2 mv2 -->V2=(2*6.25)/1 --> V=3.53 m/s سرعت در نيمه راه

9- مطابق شكل مقابل(1-10 کتاب) توپي به جرم يك كيلوگرم در نقطه B از حال سكون رها مي شود. اگر ارتفاع نقطه B از پايين تپه 5 متر باشد:

الف) سرعت آن در پايين تپه چه اندازه است؟ از اصطكاك چشم پوشي مي شود.

ب) اگر 10 در صد انرژي توپ در اثر اصطكاك تلف شود. سرعت توپ در پايين تپه چه اندازه مي شود؟

جواب: انرژي پتانسيل گرانشي توپ در نقطه B برابر است با:

در اين حالت چون از اصطكاك چشم پوشي شده است پس بنا به قانون پايستگي انرژي تمام انرژي پتانسيل گرانشي جسم در نقطه B هنگام پايين رفتن از تپه به انرژي جنبشي توپ تبديل مي شود. در نتيجه خواهيم داشت:

ب) 10درصد انرژي پتانسيل گرانشي توپ در نقطه B برابر است با:

انرژي تلف شده در اثر اصطكاك

نتيجه مي شود هنگام رسيدن توپ به پايين تپه از انرژي آن در اثر اصطكاك به اندازه 5 ژول كاسته مي شود. نتيجه خواهد شد:

10- جمله هاي زير را كامل كنيد:0

الف- در يك لامپ روشنايي، انرژي...............به انرژي نوراني تبديل مي شود.

ب- در پنكه، انرژي الكتريكي به ..................تبديل مي شود.

پ- به وسيله...............مي توانيم انرژي جنبشي را به انرژي دروني تبديل كنيم.

ت- در پر كردن باتري ماشين انرژي..................به انرژي شيميايي تبديل مي شود.

جواب: الف- در يك لامپ روشنايي، انرژي الكتريكي به انرژي نوراني تبديل مي شود.

ب- در پنكه، انرژي الكتريكي به انرژي جنبشي تبديل مي شود.

پ- به وسيله برخورد و مالش مي توانيم انرژي جنبشي را به انرژي دروني تبديل كنيم.

ت- در پر كردن باتري ماشين انرژي الكتريكي به انرژي شيميايي تبديل مي شود.

11-  سوخت هايي مانند زغال سنگ و نفت و گاز به هنگام مصرف مقداري گاز متصاعد مي كنند كه سبب آلودگي هوا مي شود. تحقيق كنيد براي جلوگيري از آلودگي هوا چه بايد کرد؟ و نتيجه تحقيقات خود را به صورت پيشنهاد ارائه دهيد.

جواب الف- منابع مصرف سوخت هاي فسيلي غالباً عبارتند از: كارخانه ها، نيروگاههاي حرارتي، خودروهاي عمومي و شخصي، وسايل گرمازاي عمومي و خصوصي و غيره. براي كاهش ميزان آلودگي توسط اين منابع بايد تا حدي كه امكان دارد در مصرف آنها صرفه جويي كرد و استفاده  بهينه به عمل آورد. در مورد كارخانه ها و نيروگاههاي حرارتي بايد از فيلترهاي مخصوص تسويه كننده گازهاي خروجي استفاده كرد و نيز بايد اين تأسيسات را در فاصله مناسب و دور از شهرها احداث نمود. در مورد خودروهاي عمومي و شخصي بايد ضمن رسيدگي و تنظيم مداوم موتور، در صورت امكان سوخت گازوئيل يا بنزين آنها را با سوخت گاز طبيعي جايگزين كرد و خودروهاي عمومي برقي چون قطار و مترو را بكار گرفت. سالم ترين نوع منبع انرژي، انرژي الكتريكي است و جانشين مناسبي براي سوخت هاي فسيلي چون نفت، گاز، گازوئيل مي باشد. انرژي الكتريكي امروزه توسط نيروگاههاي بزرگ آبي، حرارتي، بادي و به خصوص هسته اي به مقدار زياد قابل توليد مي باشد. مناسب است تا حد امكان وسايلي كه با سوخت هاي فسيلي كار مي كنند، با وسايل مشابه آنها كه با برق عمل مي كنند جايگزين شوند.

12- تحقيق کنيد که در محل زندگي شما ، امکان استفاده از کدام يک از انرژی هاي تجديد پذير وجود دارد ؟

جواب :  بسته محل زندگي شما ، ممکن است يکی از منابع انرژي تجديد پذير قابل استفاده با شد . مثلا چنانچه شما در منطقه منجيل يا رودبار استان گيلان زندگي مي کنيد ، مي توانيد از انرژي باد يا آب استفاده نماييد.

13- انرژی زمين گرمايي در چه صورت تجديد پذير محسوب مي شود ؟
جواب : در صورتيکه انرژی برداشت شده بيش از انرژي اي که از طريق مرکز زمين جايگزين مي شود نباشد.