ستة أمثلة على أسئلة الطاقة الميكانيكية
نظرية الشغل والطاقة الميكانيكية
١. انظر إلى الصورة التالية لإزاحة الجسم! افترض أن g = ١٠ م/ ث² . إذا كان معامل الاحتكاك الحركي بين الجسم والأرضية μk = ٠.٥، فإن قيمة إزاحة الجسم (s) هي...
أ. 5,00 م
ب. 4,25 م
ج. 3,00 م
د. 2,50 م
هـ. 2,00 م
مناقشة
من المعروف أن :
معامل الاحتكاك الحركي ( μk ) = 0,5
كتلة الكتلة (م) = 4 كجم
تسارع الجاذبية الأرضية (g) = 10 م/ ث²
وزن الكتلة (w) = mg = (4)(10) = 40 نيوتن
إذا كان الجسم موضوعًا على سطح مستوٍ فإن القوة العمودية (N) = الوزن (w) = 40 نيوتن.
السرعة الابتدائية (v 1 ) = 5 م/ث
السرعة النهائية (v2 ) = 0 م/ث
السؤال : إزاحة الجسم (الأجسام)؟
إجابة :
تنص نظرية الشغل والطاقة الميكانيكية على أن الشغل (W) المبذول بواسطة قوة غير محافظة يساوي التغير في الطاقة الميكانيكية للجسم، أو الطاقة الميكانيكية النهائية (EM2 ) مطروحًا منها الطاقة الميكانيكية الابتدائية (EM1 ) . الاحتكاك الحركي قوة غير محافظة، وهو القوة غير المحافظة الوحيدة المؤثرة على الجسم.
W = Δ EM
f k s = EM 2 – EM 1
الشغل المبذول بواسطة الاحتكاك الحركي:
W = f k s = ( μ k )(N)(s) = (0,5)(40)(s) = 20 s
التغيرات في الطاقة الميكانيكية:
Δ م = م 2 - م 1 = (إك + إب) 2 - (إك + إب) 1
يتحرك جسم على سطح مستوٍ دون أن يطرأ عليه أي تغيير في الارتفاع ( Δh = 0)، وبالتالي لا يوجد أي تغيير في طاقة الوضع التثاقلية ( ΔEP = EP2 – EP1 = 0). لذا، فإن التغيرات في الطاقة الميكانيكية لا تشمل سوى تغيرات في الطاقة الحركية.
Δ EM = EK 2 – EK 1 = ½ mv 2 2 – ½ mv 1 2 = ½ m (v 2 2 – v 1 2 )
Δ EM = ½ (4)(0 2 – 5 2 ) = (2)(25) = 50
إزاحة الكتلة هي:
W = Δ EM
20 ثانية = 50
s = 50 / 20 = 2,5 متر
الإجابة الصحيحة هي د.
قانون حفظ الطاقة الميكانيكية
٢. الجسمان أ و ب لهما نفس الكتلة. يسقط الجسم أ من ارتفاع h متر، ويسقط الجسم ب من ارتفاع ٢h متر. إذا اصطدم الجسم أ بالأرض بسرعة v متر/ثانية، فإن الجسم ب سيصطدم بالأرض بطاقة حركية مقدارها...
أ. 2 ملي فولت 2
ب. mv 2
ج. 3/4 ملي فولت 2
د. 1/2 mv 2
هـ. 1/4 ملي فولت 2
مناقشة
السرعة النهائية للجسم B الذي يسقط سقوطًا حرًا من ارتفاع 2h هي:
v 2 = 2 g (2h) = 4 gh
الطاقة الحركية للجسم B هي:
EK B = ½ mv 2 = ½ m (4 gh) = 2 mgh —– المعادلة 1
الطاقة الميكانيكية الابتدائية للجسم B هي طاقة الوضع التثاقلية = mg h. الطاقة الميكانيكية النهائية للجسم B هي الطاقة الحركية = ½ mv².
قانون حفظ الطاقة الميكانيكية :
mgh = ½ mv 2.
بما أن mgh = ½ mv 2، فيمكننا استبدال mgh في المعادلة 1 بـ ½ mv 2.
الطاقة الحركية للجسم B = 2 mgh = 2(½ mv² ) = mv²
الإجابة الصحيحة هي ب.
3. انظر إلى الصورة أدناه! يسقط جسم سقوطًا حرًا من ارتفاع 20 مترًا. إذا كان تسارع الجاذبية الأرضية 10 م/ث²، فإن سرعة الجسم عندما يكون على ارتفاع 15 مترًا فوق سطح الأرض هي...
أ. 2 م/ث
ب. 5 م/ث
ج. 10 م/ث
د. 15 م/ث
هـ. 20 م/ث
مناقشة
الطاقة الميكانيكية النهائية = الطاقة الميكانيكية الابتدائية
الطاقة الحركية للجسم عند النقطة 2 = انخفاض في طاقة الوضع التثاقلية بمقدار 5 أمتار
½ mv² = mgh
½ v 2 = (10)(20-15)
½ v 2 = (10)(5)
½ × 2 = 50
v 2 = (2)(50)
v 2 = 100
الخامس = 10 م / ث
الإجابة الصحيحة هي ج.
4. يُمسك جسمٌ في أعلى مستوى مائل كما هو موضح في الشكل. عند إفلاته، ينزلق الجسم دون احتكاك على طول المستوى المائل. سرعة الجسم عند وصوله إلى أسفل المستوى المائل هي...
ب. 8 مللي ثانية -1
ج. 10 مللي ثانية -1
د. 12 م /ث
هـ. 16 مللي ثانية -1
مناقشة
الطاقة الميكانيكية الابتدائية = طاقة الوضع التثاقلية = mgh = m (10)(5) = 50 م
الطاقة الميكانيكية النهائية = الطاقة الحركية = ½ mv²
ينص قانون حفظ الطاقة الميكانيكية على أن الطاقة الميكانيكية الابتدائية = الطاقة الميكانيكية النهائية.
EM o = EM t
50 م = 1/2 م س 2
٥٠ = ١/٢ ÷ ٢
2 (50) = v 2
100 = v 2
الخامس = 10 م / ث
الإجابة الصحيحة هي ج.
5. يُطلق جسم كتلته m كيلوغرام من ارتفاع h متر فوق سطح الأرض كما هو موضح في الصورة. نسبة طاقة الوضع (EP) إلى الطاقة الحركية (EK) عندما يكون الجسم عند النقطة M هي...
أ. 1 : 3 
ب. 1 : 2
ج. 2: 1
د. 2: 5
هـ. 3: 7
مناقشة
طاقة الوضع التثاقلية عند النقطة م:
EP M = mg (0,3 h)
الطاقة الحركية عند النقطة م = انخفاض طاقة الوضع التثاقلية بمقدار h - 0,3h = 0,7 h
EK M = EP = mg (0,7 h)
نسبة طاقة الوضع التثاقلية إلى الطاقة الحركية عند النقطة M هي:
EP M : EK M
ملغ (0,3 ساعة) : ملغ (0,7 ساعة)
0,3: 0,7
3: 7
الإجابة الصحيحة هي هـ.
6. انظر إلى صورة الجسم A وهو يسقط سقوطًا حرًا من النقطة P أدناه!
إذا كانت EP Q و EK Q هما طاقة الوضع والطاقة الحركية عند النقطة Q على التوالي (g = 10 m/s 2 )، فإن EP Q : EK Q هو...
أ. 16 : 9
ب. 9 : 16
ج. 3: 2
د. 2: 3
هـ. 2: 1
مناقشة
طاقة الوضع التثاقلية عند النقطة Q:
EP Q = mgh = (m)(10)(1,8) = 18 م
الطاقة الحركية عند النقطة Q = انخفاض طاقة الوضع التثاقلية بمقدار 5 - 1,8 = 3,2 متر
EK Q = EP = mgh = m (10)(3,2) = 32 m
نسبة طاقة الوضع التثاقلية إلى الطاقة الحركية عند النقطة Q هي:
EP Q : EK Q
18 م : 32 م
18: 32
9: 16
مصدر السؤال:
أسئلة امتحان الفيزياء الوطني لطلاب المرحلة الثانوية العليا/المهنية
