ينزلق متزلج كتلته 60 كجم وانخفضت سرعته من 3 إلى 2 م/ث، فما التغير في طاقته الحركية؟
حل مسألة التغير في الطاقة الحركية للمتزلج خطوة بخطوة
حل مسألة التغير في الطاقة الحركية للمتزلج خطوة بخطوة
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته،
أهلًا وسهلًا بكم زوار ومتابعي منتديات صقور الإبداع.
نقدم لكم في هذا الموضوع حل سؤال فيزياء عن التغير في الطاقة الحركية لجسم انخفضت سرعته نتيجة تأثير قوة معاكسة لاتجاه حركته.
السؤال
الإجابة الصحيحة
التغير في الطاقة الحركية = −150 جول
والإشارة السالبة تعني أن الطاقة الحركية للمتزلج انخفضت بمقدار 150 جولًا.
القانون المستخدم
تُحسب الطاقة الحركية من العلاقة:
الطاقة الحركية = ½ × الكتلة × مربع السرعة
ويُحسب التغير في الطاقة الحركية من العلاقة:
ΔK = ½ × m × (v² − u²)
حيث:
- m = الكتلة.
- u = السرعة الابتدائية.
- v = السرعة النهائية.
- ΔK = التغير في الطاقة الحركية.
المعطيات
- كتلة المتزلج = 60 كجم.
- السرعة الابتدائية = 3 م/ث.
- السرعة النهائية = 2 م/ث.
التعويض في القانون
ΔK = ½ × 60 × (2² − 3²)
ΔK = 30 × (4 − 9)
ΔK = 30 × (−5)
ΔK = −150 جول
طريقة أخرى للحل
يمكن حساب الطاقة الحركية الابتدائية والطاقة الحركية النهائية كلًّا على حدة.
أولًا: الطاقة الحركية الابتدائية
K₁ = ½ × 60 × 3²
K₁ = 30 × 9
K₁ = 270 جول
ثانيًا: الطاقة الحركية النهائية
K₂ = ½ × 60 × 2²
K₂ = 30 × 4
K₂ = 120 جول
التغير في الطاقة الحركية:
ΔK = K₂ − K₁
ΔK = 120 − 270
ΔK = −150 جول
ماذا تعني الإشارة السالبة؟
الإشارة السالبة لا تعني أن الطاقة الحركية نفسها سالبة، بل تعني أن مقدارها قد انخفض.
فقد كانت الطاقة الحركية في البداية:
270 جولًا
ثم أصبحت:
120 جولًا
إذن فقد المتزلج:
150 جولًا من طاقته الحركية
وذلك بسبب تأثير القوة المعاكسة لاتجاه الحركة.
ما مقدار الشغل المبذول على المتزلج؟
وفقًا لنظرية الشغل والطاقة:
الشغل الكلي = التغير في الطاقة الحركية
لذلك يكون الشغل الذي أثرت به القوة المعاكسة:
−150 جول
والإشارة السالبة تدل على أن القوة كانت في اتجاه معاكس لحركة المتزلج، فأدت إلى تقليل سرعته وطاقته الحركية.
تنبيه على الأخطاء الشائعة
- وحدة الطاقة الحركية هي الجول، وليست م/ث².
- القيمة −150 كجم·م²/ث² تساوي مباشرة −150 جول.
- لا تُقسم النتيجة على 1000 عند تحويلها إلى الجول.
- الجول الواحد يساوي 1 كجم·م²/ث².
- مقدار الانخفاض هو 150 جولًا، أما التغير الجبري فهو −150 جولًا.
الإجابة النهائية
أسئلة شائعة
ما قانون الطاقة الحركية؟
الطاقة الحركية تساوي نصف الكتلة مضروبًا في مربع السرعة.
لماذا كانت النتيجة سالبة؟
لأن السرعة النهائية أقل من السرعة الابتدائية، ولذلك انخفضت الطاقة الحركية.
هل الطاقة الحركية تساوي −150 جول؟
لا، الطاقة الحركية النهائية تساوي 120 جولًا، أما التغير فيها فيساوي −150 جولًا.
كم كانت الطاقة الحركية الابتدائية؟
كانت 270 جولًا.
كم أصبحت الطاقة الحركية النهائية؟
أصبحت 120 جولًا.
ما مقدار النقص في الطاقة الحركية؟
انخفضت بمقدار 150 جولًا.
ما وحدة قياس الطاقة الحركية؟
الجول، ويرمز إليه بالرمز J.
خلاصة الحل
عندما انخفضت سرعة المتزلج من 3 م/ث إلى 2 م/ث، انخفضت طاقته الحركية من 270 جولًا إلى 120 جولًا.
لذلك:
التغير في الطاقة الحركية = −150 جول
أما مقدار النقص في الطاقة الحركية فهو:
150 جولًا
التعديل الأخير بواسطة المشرف: