Lílóye Agbára Ẹ̀rọ nínú Físíìsì
Agbára jẹ́ ọ̀kan lára àwọn èrò pàtàkì jùlọ nínú ìmọ̀-ẹ̀rọ-ìjìnlẹ̀ ...
Kí ni Agbára Ẹ̀rọ?
Agbára ẹ̀rọ ni agbára tí ohun kan ní nítorí ìṣípo rẹ̀ àti/tàbí ipò rẹ̀ nínú ètò kan. Nínú ìmọ̀ físíìsì, agbára ẹ̀rọ jẹ́ ọ̀nà tó wúlò láti “ṣírò” agbára ohun kan láti ṣe iṣẹ́ nítorí àwọn ohun tó ní í ṣe pẹ̀lú ẹ̀rọ, pàápàá jùlọ nígbà tí ohun náà bá ń gbé lábẹ́ agbára bíi agbára òòfà tàbí agbára ìrúwé.
Ni gbogbogbo, agbara ẹrọ jẹ apapọ ti:
1. Agbára Kinetic (Ek): Agbára tí ó jẹ́ nítorí ìṣípo ohun kan
2. Agbára tó ṣeéṣe (Ep): agbára tó jẹ́ nítorí ipò tàbí ipò ohun kan
Nitorinaa, agbara ẹrọ le kọ bi:
Em = Ek + Ep
Agbára ẹ̀rọ jẹ́ ìwọ̀n scalar (kò ní ìtọ́sọ́nà) àti pé ẹ̀rọ rẹ̀ nínú Ètò Àgbáyé (SI) ni Joule (J).
Àwọn Ẹ̀yà Agbára Mẹ́kínẹ́ẹ̀kì
1. Agbára Kinetic (Agbára Ìṣípo)
Agbára ìṣiṣẹ́ ni agbára tí ohun kan ní nígbà tí ó bá ń rìn. Bí ìwọ̀n ohun kan bá ṣe pọ̀ sí i tí iyára rẹ̀ sì pọ̀ sí i, bẹ́ẹ̀ náà ni agbára ìṣiṣẹ́ rẹ̀ ṣe pọ̀ sí i. Fọ́múlá fún agbára ìṣiṣẹ́ ìṣiṣẹ́ ìtumọ̀ (ìṣípo onílà) ni:
Iye = ½ m v²
Alaye:
– Ek = agbara kinetic (J)
– m = ìwọ̀n ohun kan (kg)
– v = iyàrá ohun (m/s)
Àpẹẹrẹ kan réré: bọ́ọ̀lù tí a gbá ní agbára ìfàsẹ́yìn. Tí a bá gbá bọ́ọ̀lù náà ní agbára ìfàsẹ́yìn, tí ó ń mú kí iyàrá rẹ̀ pọ̀ sí i, agbára ìfàsẹ́yìn rẹ̀ tún ń pọ̀ sí i ní ìbámu pẹ̀lú iyàrá ìfàsẹ́yìn náà. Èyí túmọ̀ sí wípé ìfàsẹ́yìn náà ṣe ìlọ́po méjì ní agbára ìfàsẹ́yìn náà ní ìlọ́po mẹ́rin.
2. Agbára Tó Lè Ṣeé Ṣe (Agbára Ipò)
Agbára tó ṣeé ṣe ni agbára tó wà ní ìpamọ́ nítorí ipò ohun kan nínú pápá agbára kan. Irú agbára méjì tó ṣeé ṣe tí a sábà máa ń sọ̀rọ̀ nípa rẹ̀ nínú agbára ẹ̀rọ ni:
a) Agbára Pàtàkì Ìwalẹ̀
Agbára agbára òòfà ní í ṣe pẹ̀lú gíga ohun kan ní ìbámu pẹ̀lú ibi ìtọ́kasí kan (fún àpẹẹrẹ, ojú ilẹ̀). Àgbékalẹ̀ náà ni:
Ep = mgh
Alaye:
– Ep = agbára agbára òòfà (J)
– m = ìwọ̀n (kg)
– g = isare nitori agbara walẹ (m/s²), lori Aye o maa n jẹ 9,8 m/s² (nigbagbogbo yipo si 10 m/s²)
– h = gíga (m)
Bí ohun kan bá ṣe ga tó, bẹ́ẹ̀ náà ni agbára òòfà rẹ̀ ṣe pọ̀ sí i. Fún àpẹẹrẹ, àpáta kan ní etí àpáta náà ní agbára tó pọ̀; tí ó bá ṣubú, agbára náà lè yí padà sí agbára ìṣiṣẹ́.
b) Agbára Ìrúwé (Rírọ)
Fún àwọn ohun tí a so pọ̀ mọ́ àwọn orísun omi tàbí tí ó ní ìrírí ìrọ̀rùn, a lè tọ́jú agbára tí ó ṣeé ṣe nítorí fífún tàbí fífún orísun omi náà ní ìfúnpọ̀. Àgbékalẹ̀ náà ni:
Ep(ìrúwé) = ½ k x²
Alaye:
– k = ìdúróṣinṣin orísun omi (N/m)
– x = ìbísí gígùn tàbí ìkúrú orísun omi (m)
Agbára ìgbóná omi sábà máa ń wà nínú àwọn ohun èlò ìgbóná omi, àwọn ẹ̀rọ ìdènà ọkọ̀, tàbí àwọn nǹkan ìṣeré orí omi.
Fọ́múlá Agbára Ẹ̀rọ
Níwọ́n ìgbà tí agbára ẹ̀rọ jẹ́ àròpọ̀ agbára ìṣiṣẹ́ àti agbára tó ṣeé ṣe, nígbà náà:
Em = Ek + Ep
Fún ọ̀ràn òòfà:
Em = ½ m v² + mgh
Fún àwọn ètò ìrúwé (fún àpẹẹrẹ, àwọn ìrúwé lórí ilẹ̀ títẹ́jú láìsí agbára òòfà tí ó ní ipa ńlá lórí ìtọ́sọ́nà ìṣípo):
Em = ½ m v² + ½ k x²
Fọ́múlá yìí ń ràn wá lọ́wọ́ láti ṣàyẹ̀wò àwọn ìyípadà agbára nígbà tí ohun kan bá yí ipò tàbí iyàrá padà.
Òfin Ìpamọ́ Agbára Ẹ̀rọ
Ọ̀kan lára àwọn ìlànà pàtàkì nínú fisiksi ni òfin ìpamọ́ agbára ẹ̀rọ. Òfin yìí sọ pé tí kò bá sí agbára tí kò ní ìyípadà (bí ìforígbárí, ìdènà afẹ́fẹ́, tàbí ìfúnpá ẹ̀rọ tí ń yí agbára padà sí ooru), nígbà náà agbára ẹ̀rọ gbogbogbòò ti ètò kan yóò dúró ṣinṣin.
Ni awọn ọrọ miiran, labẹ awọn ipo ti o dara julọ:
Ìbẹ̀rẹ̀ Em = Ìparí Em
Èyí túmọ̀ sí wípé agbára máa ń yípadà láti agbára sí kinetic tàbí ìyípadà mìíràn, ṣùgbọ́n iye gbogbo rẹ̀ máa ń yípadà bákan náà.
Sibẹsibẹ, ni igbesi aye gidi, ija ati resistance afẹfẹ nigbagbogbo waye, eyiti o fa ki agbara ẹrọ kan yipada si agbara ooru tabi ohun. Ni awọn ipo wọnyi, agbara ẹrọ ko ni fipamọ mọ, botilẹjẹpe agbara lapapọ (itumo agbara ni gbogbo awọn fọọmu) wa ni ipamọ gẹgẹbi ofin gbogbogbo ti itoju agbara.
Àwọn Àpẹẹrẹ Agbára Ẹ̀rọ ní Ìgbésí Ayé Ojoojúmọ́
1. Èso tí ń jábọ́ láti inú igi
Èso lórí igi ní agbára òòfà nítorí gíga rẹ̀. Bí èso náà ṣe ń bẹ̀rẹ̀ sí í jábọ́, agbára òòfà yìí a máa dínkù, a sì máa yípadà sí agbára òòfà. Kí ó tó dé ilẹ̀, agbára òòfà èso náà yóò pọ̀ sí i (tí a kò bá fojú fo agbára òòfà afẹ́fẹ́).
2. Ìyípo (Pándúlùmù)
Lórí ìyípo, ní ibi gíga jùlọ rẹ̀, iyàrá náà fẹ́rẹ̀ẹ́ jẹ́ òdo, nítorí náà agbára ìyípo náà kéré, ṣùgbọ́n agbára ìyípo náà pọ̀jù. Bí ìyípo náà ṣe ń lọ sí ibi tí ó rẹlẹ̀ jùlọ, agbára ìyípo náà ń dínkù, agbára ìyípo náà sì ń pọ̀ sí i. Ìlànà yìí ń tún ṣe, ó ń ṣẹ̀dá ìṣípopadà.
3. Roller Coaster
Àwọn ọkọ̀ ojú irin tí a ń pè ní roller coasters gbára lé àwọn ìyípadà nínú agbára ẹ̀rọ. Bí wọ́n ṣe ń gun orí ọ̀nà náà, agbára tó ṣeé ṣe máa ń pọ̀ sí i. Bí wọ́n ṣe ń sọ̀kalẹ̀, agbára tó ṣeé ṣe máa ń yípadà sí agbára kinetic, èyí tó máa ń mú kí ọkọ̀ ojú irin yára sí i. Ètò ìdábùú náà á wá yí agbára ẹ̀rọ padà sí agbára ooru nípasẹ̀ ìjà láti dá ọkọ̀ ojú irin dúró láìléwu.
4. Àwọn tafàtafà àti àwọn ọfà
Ọrun tí a fà yọ máa ń tọ́jú agbára ìrọ̀rùn. Nígbà tí a bá tú u sílẹ̀, agbára ìrọ̀rùn yìí a yípadà sí agbára ìrọ̀rùn nínú ọfà náà, tí yóò sì máa tì í síwájú.
Àwọn Ohun Tó Ń Fa Àgbára Ẹ̀rọ
Iye agbara ẹrọ ni o ni ipa nipasẹ ọpọlọpọ awọn oniyipada pataki:
– Ibi (m): bí ibi tí ó pọ̀ sí i, bẹ́ẹ̀ náà ni agbára ìbísí àti agbára tí ó lè ṣe pọ̀ sí i.
– Iyára (v): Agbára kinetic ní ipa gidigidi lórí iyára nítorí pé ó sinmi lórí v².
– Gíga (h): bí ipò ohun náà bá ṣe ga tó, bẹ́ẹ̀ náà ni agbára agbára òòfà ṣe pọ̀ sí i.
– Ìdúróṣinṣin orísun omi (k) àti ìyípòpadà (x): pinnu agbára agbára rírọ̀.
Lílóye àwọn kókó wọ̀nyí ṣe pàtàkì fún ṣíṣàyẹ̀wò àwọn ètò ẹ̀rọ, nínu àwọn ìdánwò fisiksi àti nínú ìmọ̀ ẹ̀rọ bíi ṣíṣe àwòrán ọkọ̀, ohun èlò eré ìdárayá, àti àwọn ẹ̀rọ ilé iṣẹ́.
Ipari
Agbára ẹ̀rọ nínú fisiksi jẹ́ agbára gbogbo tí ohun kan ní nítorí ìṣípo rẹ̀ (agbára kinetic) àti ipò rẹ̀ (agbára tó ṣeéṣe). Ní ti ìṣirò, a ń fihàn agbára ẹ̀rọ gẹ́gẹ́ bí Em = Ek + Ep. Lábẹ́ àwọn ipò tó dára láìsí ìforígbárí tàbí ìdènà, a ń pa agbára ẹ̀rọ mọ́, èyí tí ó túmọ̀ sí wípé ó máa ń yípadà ní ìrísí láìdínkù ní iye gbogbo. Èrò yìí wúlò gan-an fún òye onírúurú ìṣẹ̀lẹ̀ ìṣípo nínú ìṣẹ̀dá àti àwọn ohun èlò ìmọ̀-ẹ̀rọ, láti àwọn ohun tó ń jábọ́, àwọn ìyípadà, àwọn ohun tí ń yípo, sí àwọn ètò spring àti bow.
Tí o bá fẹ́, mo tún lè fi àwọn ìbéèrè ìdánrawò àti ìjíròrò wọn kún un kí àpilẹ̀kọ yìí lè jẹ́ ohun èlò ìkẹ́kọ̀ọ́ tó péye jù.
