انرژی انرژی چیست؟ انرژی نیز همانند کار اصطلاحی است که معانی زیادی دارد. در مکانیک انرژی به عنوان ظرفیت انجام کار تعریف می شود.

انرژی چیست؟ انرژی نیز همانند کار اصطلاحی معانی زیادی دارد. در مکانیک انرژی به عنوان ظرفیت انجام کار تعریف می شود. انرژی توانایی انجام کار است.بنا بر این کار و انرژی واحد های مشابهی دارند انجام کار بر انرژی سیستم می افزا ید و با لعکس انرژی یک سیستم میتواند برای انجام کار مورد استفاده قرار گیرد.

انواع انرژی مکانیکی شیمیایی الکتریکی انواع دیگر جنبشی پتانسیل گرمایی نور صوت هسته ای

انرژی مکانیکی انرژی مکانیکی مجموع انرژی یی است که یک شی به علت حرکت و یا انرژی ذخیره شده در نتیجه وضعیتش دارا میباشد

انرژی مکانیکی انرژی جنبشی انرژی پتانسیل انرژی حرکت متناسب با جرم جسم و سرعت آن )نه حرکت ,نه جنبش ,نه تغییر در حرکت و نه تغییر در جنبش( انرژی پتانسیل Energy of position Gravitational (varies with height) Elastic (varies with stretch/compression)

انرژی جنبشی انرژی جنبشی با جرم شی متناسب است. اشیاء با جرم بیشتر انرژی جنبشی بیشتری دارند. انرژی جنبشی با مجذور تندی متناسب است. اگر شما تندی خود را 2 برابر کنید(برای مثال از 30 متر به 60 متر در ثانیه برسانید) انرژی جنبشی شما به این صورت 4 برابر می شود . در سوانح اتومبیل قسمت جلوی ماشین انرژی را جذب کرده و مانع فشرده شدن بخش سرنشین و صدمه به آنان می گردد. در سرعت 60 متر در ثانیه اتومبیل باید 4 برابر 30 متر در ثانیه انرژی جذب کند. و اگر قادر به انجام آن نگردد سرنشینان صدمه می بینند.

انرژی جنبشی انرژی در حرکت انرژی جنبشی KE = (1/2) m v2 m جرم شی و vتندی شی است. واحد ها: اگر واحد جرم را کیلوگرم و واحد تندی را متر در ثانیه در نظر بگیریم,بنابراین واحد انرژی ژول است. 1 joule = 1 kg (m / sec)2 = 1 kg m2 / sec2

… Kinetic Energy Continued انرژی جنبشی یک شی مستقیما با جرم آن متناسب است. انرژی جنبشی یک شی با مجذور سرعت آن متناسب است,به این معنا که با افزایش سرعت به 2 برابر ,انرژی جنبشی 4 برابر و با افزایش آن به 3 برابر میزان قبلی انرژی جنبشی 9 برابر می گردد . انرژی جنبشی یک کمیت اسکالر است. واحد انرژی جنبشی Kg m2/s2 = 1 Joule

انرژی پتانسیل انرژی است که اشیا به خاطر خاصیت وضعیتی خود به دست می آورند. ساده ترین مثال در این زمینه انرژی پتانسیل جاذبه است . اگر شما در بالای یک تخته شیرجه بایستید شما این پتانسیل را دارید که انرژی پتانسیل جاذبه را به انرژی جنبشی حرکت تبدیل کنید.

انرژی پتانسیل دو نوع انرژی پتانسیل وجود دارد: انرژی پتانسیل جاذبه ای:به علت وضعیت اشیا نسبت به زمین ایجاد میگردد انرژِی کشش:انرژی یی که به خاطر تغییر شکل یک شی بوجود میآید

انرژی پتانسیل جاذبه انرژِی پتانسیل جاذبه با وزن جسم وارتفاع آن از سطح زمین ارتباط دارد. PE=W.h or PE=mgh

انرژی کشش نوع دیگری از انرژِی پتانسیل که در ورزشها مورد استفاده قرار میگیرد. _زمانی که یک نیزه پرش فایبر گلاس خم می شود ,انرژی کششی در آن ذخیره می شود.هر قدر میزان این تغییر شکل بیشتر باشد انرژی بیشتری ذخیره میگردد. انرژی کششی یک شی با سفتی ومیزان تغییر شکل ارتباط دارد.در این صورت : SE= 1/2KX2

… Potential Energy Continued

قانون ثبات انرژی انرژی نه خلق میشود و نه نابود می شود,تنها انتقال میابد و یا تغییر شکل میدهد. مجموع انرژی جهان همواره ثابت است. مجموع تغییرات انرژی یک سیستم برابر صفر است. این قوانین پایه و اساس علم است.

Conservation of Energy Energy can be neither created nor destroyed. It merely changes it form or is exchanged between objects. This principle (or law) is fundamental to science. The total energy content of the Universe was determined in the Big Bang and remains the same today.

… Mechanical Energy Continued مجموع انرژی مکانیکی یک سیستم برابر است با مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل آن.که به صورت زیر بیان میگردد: TME = Kinetic Energy + Potential Energy یک شی با انرژی مکانیکی خود قادر است که بر روی یک شی دیگر کار انجام دهد.

تبدیل انرژی مجموع انرژی یک سیستم مجزا ثابت باقی می ماند.سیستم مجزا سیستمی است که نیروهای خارجی و تغییرات جرم نداشته باشد انرژی قبل=انرژی بعد انرژی می تواند از شکلی به شکل دیگر تغییر پیدا کند,اما ناپدید نمی گردد. اگر موضوع بحث ما تنها انرژی مکانیکی باشد تبدیل انرژی به صورت ذیل انجام می پذیرد: E = Eo K + U +S= Ko + Uo+So (1/2)mv2 + mgh+(1/2)KX2 = (1/2)mvo2 + mgho+(1/2)KXo2

تئوری کار و انرژی سیستم های چند قسمتی مجموع انرژی سیستم به صورت ذیل می گردد: بنابراین تئوری کار و انرژی که برای سیستم بر حسب مجموع انرژی بیان می گردد برابر است با: It turns out that the total energy (the energy of the system and the energy of its surroundings) is a conserved quantity:

تئوری کار و انرژِی 􀂄این تئوری بیان می کند که مجموع کار انجام شده بر روی یک شی با تغییرات انرژی جنبشی آن برابر است. 􀂄 Wtotal = ΔK = (1/2)mvf2 - (1/2)mvi2 􀂄 دراین فرمول VfوViبه ترتیب تندی نهایی وآغازین شی هستند.

تبدیل انرژِی انرژِی جنبشی+انرژیِ پتانسیلE=constant= درسطح یک سیاره بزرگ یا ماه: با این استدلال: Initial state: v = 0, total energy = m g h Final state: h = 0, total energy = (1/2) m vfinal2 vfinal = ( 2 g h )1/2

vfinal = ( 2 g h )1/2 بنابر این اگر شما از ارتفاع بالاتری سقوط کنید سرعت نهایی شما بیشتر خواهد شد. اگر شما بر روی ماه سقوط کنید سرعت نهایی شما کمتر از زمانی است که بر روی زمین سقوط می کنید. توجه داشته باشید که سرعت نهایی مستقل از جرم بوده و تنها به ارتفاع سقوط بستگی دارد. با توجه به این اصل اشیاء سبک و سنگین که از ارتفاع یکسانی رها شده اند همزمان به زمین می رسند.

تبدیل انرژی پتانسیل به انرژِی جنبشی

تبدیل انرژی پتانسیل به انرژِی جنبشی

More examples of potential energy converting to kinetic energy Pendulum

Simple toss of ball into the air Click here

Work Energy Theorem روشهای زیادی برای دسته بندی نیروها وجود دارد: نیروهای داخلی و خارجی: :External forcesنیروهایی هستند که میتوانند مجموع انرژِی مکانیکی را زمان انجام کار بر روی سیستم تغییر دهند . :Internal forces نیروهایی هستند که مجموع انرژی مکانیکی را زمان انجام کار بر روی آن تغییر نمی دهند.

نیروهای داخلی نیروهای ذاخلی عبارتند از:نیروی جاذبه ای,نیروی مغناطیسی,نیروی الکتریکی,نیروی ارتجاعی. زمانی که کار انجام شده بر روی شی به وسیله یک نیروی داخلی صورت پذیرد مجموع انرژی مکانیکی شی ثابت باقی می ماند.ذر چنین حالتی انرژِی شی تنها تغییر شکل می دهد.

نیروهای خارجی applied forces, normal forces, tensional forces, friction forces, and air resistance forces. Work=change of mechanical energy

Work Work is defined as a force acting upon an object to cause a displacement. Be aware: If the acting force has no component in the direction of the movement (or if the force is acting perpendicular at the direction of the movement) then the force does not cause the movement and therefore it produces 0 work. No matter how big force one exerts to an object, if there is no resulting displacement the work produced will be zero. In the special case, however, in which a force is acting in the direction of the displacement, then and only then, one can claim that:

Work done by a Force Work done by a force=F x distance moved in the direction of force Be Extra Careful: Work is not always Force x Distance: If the acting force has no component in the direction of the movement (or if the force is acting perpendicular at the direction of the movement) then the force does not cause the movement and therefore it produces 0 work. No matter how big is the force acting upon an object if there is no displacement there is no work. However, in the case that an force is acting in the same direction of the displacement, then and only then, one can claim that: Work=Force x displacement.

Lets see if we got it right! The direction of the force is in the same direction that the object moves The force pushing a car along a road Force x distance The direction of the force is in the opposite direction that the object moves The force the brakes exert to stop a car. -Force x distance The direction of the force is perpendicular to the direction that the object moves The gravitational force the Earth exerts on the Moon The object doesn't move The force you exert when pushing on a wall

The truth of the matter a force will do work only if the force has a component in the direction that the object moves

Special cases we’ve seen so far Work = Force x Distance (cos00=1) Work = - Force x Distance (cos1800=-1) Work = 0 since cos900=0 If displacement is equal to zero then the work done is zero no matter the direction and magnitude of the Force . NO DISPLACEMENT = NO WORK

The roller coaster +Book http://www.physicsclassroom.com/mmedia/qt/energy/coaster.mov http://www.batesville.k12.in.us/Physics/PhyNet/Mechanics/Energy/lifting_a_book.htm http://www.batesville.k12.in.us/Physics/PhyNet/Mechanics/Energy/pushing_a_book.htm http://www.batesville.k12.in.us/Physics/PhyNet/Mechanics/Energy/Work_as_Area.html