ملف تدريبي: حفظ الطاقة

في هذا الملف التدريبي، سوف نتدرَّب على حساب التغيُّر في طاقة الحركة أو طاقة وضع الجاذبية لجسم عندما يُبذَل عليه شغلٌ.

س١:

بإهمال التفاصيل المتعلقة بالاحتكاك، بُذلت قوى إضافية بواسطة اليد وعضلات الذراع، وعوامل أخرى، يمكننا أن نعتبر أن القفز بالزانة كتحول طاقة حركة جري لاعب إلى طاقة وضع بسبب الجاذبية‎. إذا رفع اللاعب جسمه 4.8 m خلال الوثبة، فما السرعة التي يجب أن يكون عليها عند غرسه لزانته؟

س٢:

عدَّاء وزنه 60 kg يتسارع من 2.00 m/s إلى 8.00 m/s على مسافة 25.0 مترًا من مضمار سباق. يجري العدَّاء عكس اتجاه الرياح؛ ممَّا يؤثِّر عليه بقوة متوسطها 30.0 N. ما متوسط القوة التي يؤثِّر بها العدَّاء على المضمار؟

س٣:

عندما تكون القوة التي تؤثِّر على جسمٍ ما في نفس اتجاه حركة مركز الكتلة وموازيةً له، فإن الطاقة الميكانيكية . عندما تكون القوة التي تؤثِّر على جسمٍ ما في عكس اتجاه حركة مركز الكتلة وموازيةً له، فإن الطاقة الميكانيكية .

  • أتقل، تقل
  • بتزيد، تقل
  • جتقل، تزيد
  • دتظل كما هي، تقل
  • هتزيد، تزيد

س٤:

مُعلِّمة مريضة تبذل 3.40×10 J من الشغل المُستفاد، وتستهلك 600 kcal من الطاقة الغذائية. استخدِم القيمة 4‎ ‎184 J/kcal للتحويل بين الجول والكيلوسعر الحراري.

ما مقدار كفاءة المُعلِّمة؟

  • أ19.4%
  • ب13.5%
  • ج7.87%
  • د17.2%
  • ه0.341%

إذا بذل رياضيٌّ بصحة جيدة مقدار الشغل نفسه وكانت كفاءته 20%، فما عدد السعرات الحرارية التي يستهلكها؟

س٥:

مزلجة كتلتها 70 kg تبدأ حركتها من السكون وتنزلق لأسفل منحدرٍ زاويةُ ميله 10 وطوله 80 m. تقطع بعد ذلك مسافة 20 m أفقيًّا قبل أن تصعد منحدرًا آخر زاويةُ ميله 8، ثم تقطع مسافة 80 m على امتداد هذا المنحدر قبل أن تصل إلى حالة السكون. ما الشغل الكلي المبذول على المزلجة بفعل الاحتكاك؟‎‎

س٦:

وُضع جسم صغير على قمة منحدر أملس. ينزلق الجسم لأسفل المنحدر وصولًا إلى سطح أفقي خشن؛ فيصل إلى حالة السكون في 5.0 s؛ حيث يكون قد قطع مسافة 60 m.

ما سرعة الجسم عند أسفل المنحدر؟

ما مقدار عجلة الجسم على امتداد السطح الأفقي؟

ما ارتفاع المنحدر؟

س٧:

يساوي إجمالي كتلة فتاة ولوح تزلج 47 kg. تركب الفتاة لوح التزلج بسرعة أفقية مقدارها 13 m/s باتجاه منحدر يميل بزاوية 23 فوق الأفقي. تقطع الفتاة مسافة 12.5 m لأعلى على طول المنحدر قبل الوصول إلى حالة السكون. ما مقدار قوة الاحتكاك الكلية المؤثِّرة على لوح التزلُّج على طول المنحدر؟

س٨:

أمسك مغامر بغصن يتدلَّى رأسيًّا لأسفل من شجرة طويلة. في اللحظة التي أمسك فيها المغامر بالغصن كان يجري أفقيًّا بسرعة 7.4 m/s. ما مقدار أقصى إزاحة رأسية لأعلى يُمكن أن يحقِّقها المُغامر عندما يتأرجح ممسكًا بالغصن؟

س٩:

ينزلق صندوق كتلته 7.0 كجم على أرضية عديمة الاحتكاك بسرعة 1.7 m/s. اصطدم الصندوق بزنبرك مهمل الكتلة؛ فانضغط 23 cm قبل أن يصل الصندوق إلى السكون.

ما مقدار طاقة حركة الصندوق قبل أن يصطدم بالزنبرك؟

احسب الشغل المبذول بواسطة الزنبرك.

احسب ثابت الزنبرك.

س١٠:

القوة المؤثِّرة على جسم كتلته 1.25 kg تتغيَّر مع الإزاحة طبقًا لـ 𝐹(𝑥)=(3.2𝑥+5.4𝑥) N. تؤثِّر أيضًا على الجسم قوة احتكاك. يتحرَّك الجسم بين الموضعين 𝑥=3.7 m، 𝑥=2.3 m. عند الموضع 𝑥=3.7 m كان الجسم في حالة سكون، وعند الموضع 𝑥=2.3 m كان الجسم يتحرَّك في الاتجاه السالب للمحور 𝑥 بسرعة 7.4 m/s. ما مقدار الشغل المبذول على الجسم بواسطة قوة الاحتكاك بين 𝑥=3.7 m، 𝑥=2.3 m؟

س١١:

أُطلق مقذوف كتلته 1.35 kg بسرعة 32 m/s وبزاوية 40 على الأفقي.

بافتراض أن طاقة وضع الجاذبية عند النقطة التي أُطلق منها المقذوف تساوي صفرًا، احسب الطاقة الكلية للمقذوف عند لحظة إطلاقه.

احسب طاقة حركة المقذوف عند أقصى إزاحة رأسية لأعلى.

احسب طاقة وضع الجاذبية للمقذوف عند أقصى إزاحة رأسية لأعلى.

احسب مقدار أقصى إزاحة رأسية لأعلى للمقذوف.

س١٢:

فأر كتلته 185 g سقط مسافة 70.0 m عموديًّا لأسفل في حفرة لغم وكان يهبط بسرعة 7.5 m/s. أثناء سقوط الفأر، ما الشغل المبذول عليه بفعل مقاومة الهواء؟ افترِض أن حركة السقوط عموديًّا لأسفل توافِق إزاحة موجبة.

س١٣:

جسم كتلته 0.25 kg، يتحرك لأعلى مستوًى مائل بزاوية قياسها 30 فوق الأفقي. معامل الاحتكاك بين الجسم والمستوى يساوي 0.37. بدأ الجسم الحركة عند النقطة ل على المستوى. سرعة الجسم الابتدائية تساوي 7.2 m/s.

كم يبعد الجسم الذي على المستوى عن النقطة ل قبل أن يصل إلى السكون لحظيًّا؟

يصل الجسم إلى نقطة؛ حيث يتوقَّف ويغيِّر من اتجاهه، ثم يبدأ في الانزلاق لأسفل المستوى المائل. عندما يرجع الجسم إلى النقطة ل منزلقًا لأسفل، ما سرعته؟

س١٤:

صُمِّم مصد سيارة ليصمد أمام اصطدام بسرعة 4.0 كم/ث بجسم ثابت دون حدوث تلف بجسم السيارة. يُخمِد المصد الصدمة بامتصاص قوة الصدمة خلال مسافة. احسب مقدار متوسِّط القوة على المصد التي تجعل المصد ينضغط مسافة 0.200 m عند جعل سيارة كتلتها 900 kg تصل إلى السكون من سرعة ابتدائية مقدارها 1.1 m/s.

س١٥:

يبذل مُتسوِّق قوة مقدارها 25.0 أسفل الاتجاه الموجب للمحور 𝑥 لتحريك عربة البقالة مسافة 20.0 m بسرعة ثابتة. تؤثِّر قوة احتكاك مقدارها 35.0 نيوتن على حركة العربة.

ما الشغل المبذول على العربة بواسطة الاحتكاك؟

ما الشغل المبذول على العربة بواسطة قوة الجاذبية؟

ما الشغل المبذول على العربة بواسطة المُتسوِّق؟

أوجد القوة التي يؤثِّر بها المُتسوِّق.

ما إجمالي الشغل المبذول على العربة؟

س١٦:

تقف عربة على قمة تل. أُعطيت العربة دفعة زادت من سرعتها زيادة مهملة، ولكنها كانت كافية لجعل العربة تتحرك لأسفل طريق مستقيم منحدِر. سارت العربة مسافة 53.9 m لأسفل المنحدر الذي يميل بزاوية 16.5 على الأفقي، ووصلت إلى قاع المنحدر. إذا كان الاحتكاك مهملًا، فما سرعة العربة عندما وصلت إلى قاع التل؟

س١٧:

افترض أن احتياج العالم من الطاقة في العام الواحد يساوي 4.0×10 J. إذا كانت الطاقة الناتجة عن انفجار قنبلة هيدروجينية شدة انفجارها تعادل 9 ميجا طن تساوي 3.8×10 J، ويمكن تحويل كل الطاقة الناتجة إلى أشكال مفيدة من الطاقة، فما عدد الانفجارات اللازمة كلَّ عام لتلبية احتياج العالم من الطاقة؟

  • أ 1 . 5 × 1 0
  • ب 2 . 2 × 1 0
  • ج 2 . 5 × 1 0
  • د 1 . 7 × 1 0
  • ه 1 . 1 × 1 0

س١٨:

يُطلِق مدفعُ قمصان القميص بسرعة 4.20 m/s، وبزاوية قياسها 36.0 أعلى الأفقي من منصة ترتفع رأسيًّا بمقدار 3.00 m فوق سطح الأرض. يُمسِك بأحد القمصان شخص يداه موجودتان على ارتفاع 0.515 m رأسيًّا فوق سطح الأرض، ويمسك بقميص آخر شخص يداه موجودتان على ارتفاع 3.25 m رأسيًّا فوق سطح الأرض. ما الفرق بين سرعة القميصين عند الإمساك بهما؟

س١٩:

سيارة كتلتها 750 كجم عند أسفل تل، تتحرَّك بسرعة 1.10×10 km/h لأعلى التل. يميل التل بزاوية 2.50 فوق الأفقي، وسطحه خشن. إزاحة السيارة رأسيًّا لأعلى عندما تصل إلى حالة سكون على التل تساوي 22.0 m.

إذا كانت قيمة الاحتكاك مهملة، فما قيمة إزاحة السيارة رأسيًّا لأعلى عندما تصل إلى حالة سكون على التل؟

ما قيمة طاقة الحركة التي فقدتها السيارة أثناء صعود التل؟

ما متوسط قوة الاحتكاك التي يؤثِّر بها سطح التل على السيارة؟

س٢٠:

يبدأ متزلِّج التحرك من السكون، ثم ينزلق لأسفل على امتداد منحدر، فينتج عن ذلك إزاحة رأسية لأسفل قدرها 15 m. ما سرعة المتزلِّج عند قاع المنحدر؟ مع إهمال أي مقاومة للهواء وأي احتكاك بين المِزْلَجة والثلج.

س٢١:

طارد دبٌّ شخصًا يمارس رياضة الهايكنج فجرى إلى حافة منحدر ثم قفز.

كان هذا الشخص يجري أفقيًّا بسرعة 4.5 m/s عندما وصل إلى حافة المنحدر. كانت سرعة هذا الشخص عندما اصطدم بالأرض تساوي 16 m/s. ما المسافة التي سقطها هذا الشخص رأسيًّا لأسفل؟

إذا قفز هذا الشخص من حافة المنحدر بسرعة أفقية مُهمَلة، فما سرعته عندما اصطدم بالأرض؟

س٢٢:

سعة التخزين الحية لخزَّان سد هوفر (كمية الماء التي يُمكِن استخدامها لتوليد الكهرباء) تساوي 1.96×10 L. متوسِّط ارتفاع الماء في الخزَّان (من مستوى الماء خارج السد) يساوي 90 m. كثافة الماء تساوي 1000 kg/m3.

ما مقدار طاقة وضع الجاذبية التي تُخزَّن في الخزَّان عندما يكون ممتلئًا؟

  • أ 8 . 7 6 × 1 0 J
  • ب 1 . 3 5 × 1 0 J
  • ج 1 . 7 3 × 1 0 J
  • د 2 . 0 1 × 1 0 J
  • ه 1 . 4 1 × 1 0 J

إذا كان 20000 L من الماء يخرج من الخزَّان بسرعة 3.00 m/s، فما مقدار الطاقة التي يولِّدها السد؟ افترِض أن التغيُّر في مستوى الماء في الخزَّان مُهمَل وكفاءة المولِّدات 100%.

  • أ 8 . 8 1 × 1 0 J
  • ب 1 . 7 6 × 1 0 J
  • ج 2 . 4 0 × 1 0 J
  • د 1 . 3 3 × 1 0 J
  • ه 1 . 9 2 × 1 0 J

إذا كان الماء يخرج من السد عَبْر أنبوب أسطواني قطره 3.00 m، فما القدرة التي ينتجها السد؟

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.