שאלות לדוגמה על עבודה ואנרגיה פוטנציאלית כבידתית

4 דוגמאות לעבודה ואנרגיה פוטנציאלית כבידתית

1. Benda bermassa 1 kg jatuh bebas dari ketinggian 10 meter hingga mencapai permukaan tanah. Tentukan :
(א) העבודה שמבצע כוח הכבידה על הגוף
(ב) שינויים אנרגיה פוטנציאלית כּוֹחַ מְשִׁיכָה
תאוצה עקב כוח הכבידה (g) = 10 מטר/שנייה²
דִיוּן
זה ידוע :
מסת העצם (מ') = 1 ק"ג
גובה (h) = 10 מטרים
תאוצה עקב כוח הכבידה (g) = 10 מטר/שנייה²
תשובה:
(א) עבודה הנעשית על ידי כוח הכבידה
כאשר גוף נופל בחופשיות, כיוון תנועתו הוא כלפי מטה וכיוון כוח הכבידה הפועל על הגוף (משקל הגוף) הוא גם כלפי מטה. מכיוון שהם באותו כיוון, כוחות הכבידה חופפים או יוצרים זווית של 0.^o עם כיוון תנועת האובייקט. Cos 0 = 1 וכל מספר כפול 1 זהה למספר זה, לכן אין צורך לכלול את cos 0 בנוסחת העבודה.
נוסחת העבודה היא W = F s, כאשר W = עבודה, F = כוח ו-s = תזוזה. אם מתאימים אותה לבעיה זו, נוסחת העבודה משתנה ל- W = wh = mgh, כאשר W = עבודה, w = כוח הכבידה, h = שינוי בגובה העצם, m = מסת העצם, g = תאוצת הכבידה.
אז העבודה שמבצע כוח הכבידה היא:
W = wh = mgh = (1)(10)(10) = 100 ג'אול

(ב) שינוי באנרגיה פוטנציאלית כבידתית
בגובה של 10 מטרים מעל הקרקע, האנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית של הגוף היא 100 ג'אול. ככל שהוא נע כלפי מטה, גובהו של הגוף יורד, וכך פוחתת האנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית שלו. כאשר הוא מגיע לקרקע, שם גובהו של הגוף הוא אפס, האנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית שלו היא אפס. לכן, האנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית של הגוף יורדת ב-100 ג'אול.

2. גוף שמשקלו 10 ניוטון נמצא על מישור משופע חלק עם זווית נטייה של 30°.^oאורך ההיפוטנוס הוא 2 מטרים. העבודה שכוח המשיכה מבצע על הגוף כשהוא מחליק לאורך ההיפוטנוס היא...
דִיוּן
זה ידוע :
כוח משיכה (w) = 10 ניוטון
w_x = w חטא טטה = (10)(חטא 30^o) = (10)(0,5) = 5 ניוטון
אורך היתרון (שניות) = 2 מטרים
תאוצה עקב כוח הכבידה (g) = 10 מטר/שנייה²
נשאל עבודה שנעשית על ידי כוח הכבידה
ג'וואב :
ניתן לפתור בעיה זו באמצעות שתי דרכים.
הדרך הראשונה :
נוסחת העבודה היא W = F s. אם מתאימים את עצמה לבעיה זו, נוסחת העבודה משתנה ל- W = w_x s. לכן העבודה שנעשית על ידי כוח הכבידה היא W = w_x s = (5)(2) = 10 ג'אול.
דרך שנייה :
העבודה שנעשית על ידי כוח משמר, כמו כוח הכבידה, אינה תלויה במסלול שהגוף לוקח, אלא תלויה בשינוי הגובה. לכן, כדי לחשב את העבודה שנעשית על ידי כוח הכבידה, יש לחשב תחילה את גובה הגוף.
בלי 30^o = צלע אנכית / יתרון
0,5 = צלע אנכית / 2
צלע אנכית = (0,5)(2)
צלע אנכית = מטר אחד
גובה החפץ הוא מטר אחד.
העבודה שנעשית על ידי כוח המשיכה כאשר הגוף נע כלפי מטה היא W = wh = (10)(1) = 10 ג'אול.

3. 5000 ג'אול של אנרגיה משמשים להרמת חפץ בעל מסה של 50 ק"ג. החפץ יתרומם לגובה של... g = 10 מטר/שנייה²
א. 5 מטר
ב. 10 מטר
כ-12 מטר
15 מטר ד.
מזרח 20 מטר
דיון:
זה ידוע :
כוח משיכה EP = 5000 ג'אול, מטר = 50 ק"ג, גרם = 10 מטר/שנייה².
נשאל :
ח?
ג'וואב :
EP = mgh
5000 = (50)(10)(ח)
5000 = 500 שעות
h = 5000 / 500 = 10 מטרים
התשובה הנכונה היא ב'.

4. גוף בעל מסה של 2 ק"ג נמצא בגובה 5 מטרים מעל הקרקע. תאוצת הכבידה = 10 מטר/שנייה²המאמץ הנדרש כדי להרים חפץ לגובה של 15 מטרים מעל פני כדור הארץ הוא...
א. 100 ג'אול
B. 200 ג'אול
כ-300 ג'אול
ד. 400 ג'אול
500 ג'אול (E. 1,250 ג'אול)
דיון:
זה ידוע :
מטר = 2 ק"ג, שעה₁ = 5 מטרים, שעה₂ = 15 מטרים, g = 10 מטר/שנייה²
נשאל :
וו?
ג'וואב :
עבודה (W) = שינוי באנרגיה פוטנציאלית כבידתית (EP)₂ – EP₁).
W = EP₂ – EP₁
W = mgh₂ – mgh₁
W = מ"ג (שעה₂ - ח₁)
W = (2)(10)(15-5) = (2)(10)(10) = 200 ג'אול.
התשובה הנכונה היא ב'.