ملف تدريبي: الطاقة الميكانيكية والديناميكا

في هذا الملف التدريبي، سوف نتدرَّب على تطبيق قانون حفظ الطاقة على الأنظمة التي تتضمَّن كينماتيكا وقوى مقاومة والقوى المتغيرة الأخرى.

س١:

قذف طفل كرة كتلتها 0.25 kg رأسيًّا لأعلى بسرعة ابتدائية 20 m/s. تتحرك الكرة رأسيًّا لأعلى ثم تتوقف لحظيًّا لتبدأ بالتسارع رأسيًّا لأسفل وتعود للنقطة التي قُذفت منها. عندما تعود إلى موضعها الأصلي، تصبح سرعتها 17 m/s. ما مقدار الشغل المبذول على الكرة من قِبَل الهواء أثناء رحلتها؟

س٢:

دُفِع صندوق كتلته 50 kg فوق سطح خشن بسرعة منتظمة 8.0 m/s، ثم تُرك فتوقف عن الحركة بعد 10 s. ما متوسط معدل الفقد في طاقة الحركة نتيجة لقوة الاحتكاك المؤثِّرة على الصندوق؟

س٣:

عدَّاء كتلته 80.0 kg يتسارع من السكون حتى سرعة 12.0 m/s خلال 2.90 s.

ما متوسِّط القدرة الناتجة من العدَّاء بالوات؟

ما متوسِّط القدرة الناتجة من العدَّاء بالحصان المتري؟ 1 hp = 735.5 W.

س٤:

يجذب ولدٌ عربةً وزنها 5.00 kg بقوة مقدارها 20.0 N وبزاوية 30.0 أعلى الأفقي لفترة زمنية. خلال هذا الوقت، تحرَّكت العربة مسافة قدرها 12.0 m على الأرض الأفقية.

أوجد الشغل المبذول على العربة بواسطة الولد.

ما الشغل المبذول بواسطة الولد، إذا جَذَب العربة بنفس القوة أفقيًّا وليس بزاوية قدرها 30.0 أعلى الأفقي لنفس المسافة؟

س٥:

ضُربت كرة بيسبول كتلتها 0.25 kg من القاعدة الرئيسية بسرعة 40 m/s. استقرت الكرة في أحد المقاعد بمدرجات الجهة اليسرى، على مسافة 120 m أفقيًّا، وارتفاع 20 m رأسيًّا لأعلى من القاعدة الرئيسية. سرعة الكرة لحظة هبوطها 30 m/s. ما مقدار الشغل المبذول من مقاومة الهواء على الكرة؟‎‎

س٦:

قُذف قرص هوكي كتلته 0.17 kg على أرضية خشنة تتفاوت خشونتها من موضع إلى آخَر. يمكن وصْف التفاوت في خشونة الأرضية عن طريق معامل احتكاك حركي — يعتمد على الموضع — بين القرص والأرضية. بالنسبة إلى قرص يتحرَّك على امتداد ارx، نحصل على معامل احتكاكه الحركي من المعادلة: 𝑢(𝑥)=0.10+0.050𝑥؛ حيث 𝑥 مقيسة بوحدة m.

أوجد الشغل المبذول على قرص الهوكي بواسطة قوة الاحتكاك عند تحرُّكه من 𝑥=0 إلى 𝑥=2.0m.

أوجد الشغل المبذول على قرص الهوكي بواسطة قوة الاحتكاك عند تحرُّكه من 𝑥=2.0 إلى 𝑥=4.0m.

س٧:

يرغب المهندسون في نمذجة مقدار قوة مرونة سلك مطاطي باستخدام المعادلة:𝐹(𝑥)=𝑎𝑥+9.009.009.00𝑥+9.00,mmmm

حيث 𝑥 تمثِّل امتداد السلك على طوله، 𝑎 تمثِّل الثابت. إذا لزم بذل 22.0 kJ من الشغل ليتمدَّد السلك بمقدار 16.7 m، فحدِّد قيمة الثابت 𝑎.

س٨:

صندوق كتلته 2.78 kg. يتحرَّك الصندوق بعجلة مقدارها 3.76 m/s2، عندما يُجذب لمسافة أفقية قدرها 16.2 cm بواسطة قوة أفقية. معامل احتكاك السطح مع الصندوق يساوي 0.445. افترض أن اتجاه حركة الصندوق يمثِّل إزاحة موجبة.

أوجد الشغل الذي تبذله القوة المؤثِّرة على الصندوق.

أوجد الشغل الذي تبذله قوة الاحتكاك على الصندوق.

أوجد الشغل الذي تبذله القوة المحصلة على الصندوق.

ما مقدار التغيُّر في طاقة حركة الصندوق بسبب القوى المؤثِّرة عليه؟

س٩:

راكب كتلته 74.3 kg في سيارة رياضية مُتعدِّدة الأغراض تتحرَّك بسرعة 91.4 km/h، كان رابطًا لحزام الأمان. فجأةً، ضغط السائق على المكابح فتوقَّفت السيارة. تحرَّكت السيارة مسافة 51.4 m بين استخدام المكابح ووصولها إلى حالة السكون. أوجد القوة المؤثِّرة بواسطة حزام الأمان على الراكب.

س١٠:

يرفع كبل مصعدًا بعجلة مقدارها 0.800 m/s2 ضد قوة احتكاك مقدارها 200 N. كتلة المصعد المُحمَّل 1‎ ‎500 kg.

كم يجب أن تساوي القوة في كبل المصعد؟

  • أ9.99×10 N
  • ب1.61×10 N
  • ج2.31×10 N
  • د1.74×10 N
  • ه1.84×10 N

ما مقدار الشغل المبذول عن طريق الكبل عند رفع المصعد مسافة 20.0 m؟

  • أ1.90×10 J
  • ب3.22×10 J
  • ج3.14×10 J
  • د4.32×10 J
  • ه2.22×10 J

ما السرعة النهائية للمصعد إذا بدأ الحركة من السكون؟

ما مقدار الشغل المفقود في صورة طاقة حرارية؟

س١١:

يقوم لاعب رمي الجُلَّة بتحريك جُلَّة كتلتها 7.27 kg لتتسارع من السكون إلى 14.0 m/s خلال 1.20 s، ويرفعها مسافة 0.800 m أثناء تسارعها.

احسب القدرة الناتجة عن رامي الجُلَّة بالوات عند قيامه بذلك، مع إهمال القدرة المستنفدة لتسارع جسمه.

احسب القدرة الناتجة عن رامي الجُلَّة بالحصان المتري عند قيامه بذلك، مع إهمال القدرة المستنفدة لتسارع جسمه. 1 hp = 735.5 W.

س١٢:

في سباق تزلج لأسفل تل، الميزة المكتسبة من الانطلاقة السريعة في بداية السباق تكون صغيرة؛ لأن طاقة الحركة الابتدائية تكون صغيرة مقارنةً بطاقة وضع الجاذبية المكتسبة حتى على التلال الصغيرة.

متزلج يتزلج مسافة 80.0 m لأسفل منحدر يميل بزاوية قياسها 35.0. تجاهَلْ أيَّ تأثيرات للاحتكاك.

أوجد السرعة النهائية إذا بدأ المتزلج من السكون.

أوجد الزمن المُستغرَق إذا بدأ المتزلج من السكون.

أوجد السرعة النهائية إذا بدأ المتزلج بسرعة ابتدائية 2.50 m/s.

أوجد الزمن المُستغرَق إذا بدأ المتزلج بسرعة ابتدائية 2.50 m/s.

س١٣:

سيارة لُعبة كتلتها 100 g تُدفع بواسطة زنبرك مضغوط يجعلها تتحرَّك. تحرَّكت السيارة لأعلى مضمار منحني. ما السرعة النهائية للسيارة، إذا كانت سرعتها الابتدائية 2.00 m/s وتحركت لأعلى المضمار الأملس؛ حيث اصبحت على ارتفاع 0.180 m؟

س١٤:

كويكب على مسافة 6.0×10 km من سطح الأرض كتلته تساوي 1.5×10 kg. يتحرَّك الكويكب مباشرةً نحو الأرض بسرعة نسبية مقدارها 2.0 km/s في طريقه نَحْوَ التصادم.

ما سرعة الكويكب بالنسبة إلى الأرض مباشرةً قبل اصطدامه بسطحها؟

  • أ55×10 m/s
  • ب16×10 m/s
  • ج63×10 m/s
  • د13×10 m/s
  • ه11×10 m/s

ما طاقة حركة الكويكب مباشرةً قبل اصطدامه بسطح الأرض؟

  • أ15×10 J
  • ب9.7×10 J
  • ج3.2×10 J
  • د3.6×10 J
  • ه3.5×10 J

س١٥:

لُوحظ مُذَنَّب على مسافة 6.50 AU من مركز الشمس، يتحرك بسرعة 36.4 km/s. كتلة المُذَنَّب 1.00×10 kg. أوجد الطاقة الكلية للمُذَنَّب. اعتبر 1.496×10 m قيمة وحدة فلكية واحدة.

  • أ2.36×10 J
  • ب5.26×10 J
  • ج2.36×10 J
  • د0.230×10 J
  • ه0.620×10 J

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