الطاقة الحركية - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 الطاقة الحركية ونظرية الشغل - الطاقة

المفاهيم الأساسية

الطاقة: إحداث تغيير في ذاته أو فيما يحيط به.

الطاقة الحركية (KE): الطاقة الناتجة عن حركة الجسم.

نظرية الشغل – الطاقة: إذا بذل شغل على جسم ما فإن طاقة حركته تتغير.

الجول (J): وحدة قياس الطاقة، سُميت تكريماً للعالم جيمس بريسكوت جول.

النظام: الجسم موضع الدراسة.

المحيط الخارجي: كل شيء ما عدا الجسم.

خريطة المفاهيم

```markmap

الفصل: الشغل والطاقة والآلات البسيطة

ما ستتعلمه

التمييز بين الشغل والقدرة

• وصف تأثير المحيط في تغيير طاقة النظام

الربط بين القوة والشغل

• تفسير كيف تقلل الآلات القوة اللازمة لإنجاز شغل

الأهمية

تسهيل المهام اليومية

• الآلات البسيطة والمركبة تجعل المهام سهلة

مثال: الدراجة الهوائية الجبلية

• تتيح تكييف القدرات الجسدية
• تؤثر بقوة وتوفر القدرة لصعود التلال ونزولها
• تجعل اجتياز التضاريس المنبسطة سريعاً وآمناً

فكر

• كيف تساعد الدراجة متعددة السرعات على القيادة بتضاريس مختلفة بجهد قليل؟

4-1 الطاقة والشغل

الأهداف

• تصف العلاقة بين الشغل والطاقة.
• تحسب الشغل.
• تحسب القدرة المستهلكة.

المفردات

• الشغل
• الطاقة
• الطاقة الحركية
• نظرية الشغل - الطاقة
• الجول
• القدرة
• الواط

اشتقاق مفهوم الشغل

• من قانون نيوتن الثاني ومعادلات الحركة
• المعادلة: 2ad = v_f^2 – v_i^2
• بالتعويض: Fd = \frac{1}{2}mv_f^2 - \frac{1}{2}mv_i^2
• الطرف الأيسر (Fd) هو الشغل (W)
• الطرف الأيمن يتعلق بالطاقة الحركية

تعريف الشغل

• الشغل: W = Fd
• يحدث عندما تؤثر قوة ثابتة (F) في جسم في اتجاه حركته، وتتحرك مسافة (d).
• معنى فيزيائي محدد (يختلف عن المعنى العام لكلمة "شغل").

الطاقة الحركية

• تعريفها: الطاقة الناتجة عن الحركة.
• رمزها: KE
• معادلتها: KE = \frac{1}{2}mv^2
• وحدتها: الجول (J) أو kg.m^2/s^2

نظرية الشغل - الطاقة

• نصها: إذا بذل شغل على جسم ما فإن طاقة حركته تتغير.
• معادلتها: W = \Delta KE
• تفسيرها: الشغل يساوي التغير في الطاقة الحركية.

النظام والمحيط

• النظام: الجسم موضع الدراسة (مثل: صندوق).
• المحيط الخارجي: كل شيء آخر (مثل: الشخص، الأرض).
• انتقال الطاقة: يحدث بين المحيط والنظام عند إنجاز الشغل.
• إشارة الشغل:

- موجب: إذا بذل المحيط شغلاً على النظام (تزداد طاقة النظام).

- سالب: إذا بذل النظام شغلاً على المحيط (تتناقص طاقة النظام).

```

نقاط مهمة

• الطاقة الحركية لجسم ما تساوي حاصل ضرب نصف كتلته في مربع سرعته.
• الشغل هو انتقال الطاقة بطرائق ميكانيكية، وهو كمية قياسية.
• إشارة الشغل تدل على كسب أو فقد النظام للطاقة، وليس لها دلالة اتجاهية.
• عندما تؤثر قوة في اتجاه عمودي على اتجاه الحركة (مثل قوة الجاذبية على كوكب في مدار دائري)، لا يتغير مقدار سرعة الجسم ولا طاقته الحركية، وبالتالي لا يبذل شغل.

إحداث تغيير في ذاته أو فيما يحيط به تسمى الطاقة. فلكل من المركبة وكرة البيسبول طاقة مرتبطة مع حركة كل منهما. والطاقة الناتجة عن الحركة تسمى الطاقة الحركية، ويعبر عنها بالرمز KE.

الطاقة الحركية

KE = = mv²

الطاقة الحركية لجسم ما تساوي حاصل ضرب نصف كتلة الجسم في مربع سرعته.

عوض KE في المعادلة W = = = - - mv فينتج W = KE - KE، حيث يمثل الطرف الأيمن من المعادلة الأخيرة الفرق أو التغير في الطاقة الحركية. وهذا يسمى نظرية الشغل – الطاقة، والتي تنص على أنه إذا بذل شغل على جسم ما فإن طاقة حركته تتغير.

ويمكن تمثيل هذه النظرية بالمعادلة الآتية:

W = AKE

نظرية الشغل - الطاقة

الشغل يساوي التغير في الطاقة الحركية.

إن العلاقة بين الشغل المبذول والتغير في الطاقة الناتجة تم تحديدها في القرن التاسع عشر على يد العالم جيمس بريسكوت جول، وتكريما لجهوده أطلق اسمه "جول" على وحدة الطاقة (joule (J. فمثلاً ، إذا تحرك جسم كتلته 2kg بسرعة m/s فإن طاقته الحركية 1 1 أو kg.m²/s²

تذكر أن النظام هو الجسم موضع الدراسة، والمحيط الخارجي هو كل شيء ما عدا الجسم. فمثلاً قد يكون أحد الأنظمة صندوقا في مستودع، ويمكن أن يتكون المحيط الخارجي منك أنت وكتلة الأرض وكل ما هو خارج الصندوق. ويمكن أن تنتقل الطاقة بين المحيط الخارجي والنظام خلال عملية إنجاز الشغل.

ويمكن أن تنتقل الطاقة في كلا الاتجاهين. فإذا بذل المحيط الخارجي شغلاً على النظام فإن الشغل W يكون موجبًا، وتزداد طاقة النظام. أما إذا بذل النظام شغلاً على المحيط الشكل 2-4 إذا كان كوكب يدور في الخارجي فإن الشغل W يكون سالبا، وتتناقص طاقة النظام. أي أن الشغل هو انتقال مدار دائري، فإن القوة التي يتأثر بـهـا تكون متعامدة مع اتجاه حركته؛ ولذا الطاقة بطرائق ميكانيكية. وليس لإشارة الشغل دلالة اتجاهية؛ فالشغل كمية قياسية، ونستدل من الإشارة على كسب أو فقد النظام للطاقة. فإن قوة الجذب لا تبذل شغلاً على الكوكب.

Calculating Work حساب الشغل

إن المعادلة الأولى التي استخدمت لحساب الشغل هي W =Fd ، وتستخدم هذه المعادلة عندما تؤثر قوى ثابتة في اتجاه حركة الجسم فقط. والآن، ماذا يحدث عندما تؤثر القوة في اتجاه متعامد مع اتجاه الحركة؟ للإجابة عن هذا السؤال سندرس حركة كوكب ما حول الشمس، انظر الشكل 2-4. فإذا كان المدار دائريا فإن القوة تكون دائما متعامدة مع اتجاه الحركة. وقد درست سابقًا أن القوة العمودية على اتجاه حركة جسم ما لا تغير مقدار سرعته، وإنما تغير اتجاه حركته؛ لذا فإن مقدار سرعة الكوكب لا يتغير ، أي أن طاقته الحركية ثابتة أيضًا.

إحداث تغيير في ذاته أو فيما يحيط به تسمى الطاقة. فلكل من المركبة وكرة البيسبول طاقة مرتبطة مع حركة كل منهما. والطاقة الناتجة عن الحركة تسمى الطاقة الحركية، ويعبر عنها بالرمز KE. --- SECTION: الطاقة الحركية --- الطاقة الحركية KE = = mv² الطاقة الحركية لجسم ما تساوي حاصل ضرب نصف كتلة الجسم في مربع سرعته. عوض KE في المعادلة W = = = - - mv فينتج W = KE - KE، حيث يمثل الطرف الأيمن من المعادلة الأخيرة الفرق أو التغير في الطاقة الحركية. وهذا يسمى نظرية الشغل – الطاقة، والتي تنص على أنه إذا بذل شغل على جسم ما فإن طاقة حركته تتغير. ويمكن تمثيل هذه النظرية بالمعادلة الآتية: W = AKE --- SECTION: نظرية الشغل - الطاقة --- نظرية الشغل - الطاقة الشغل يساوي التغير في الطاقة الحركية. إن العلاقة بين الشغل المبذول والتغير في الطاقة الناتجة تم تحديدها في القرن التاسع عشر على يد العالم جيمس بريسكوت جول، وتكريما لجهوده أطلق اسمه "جول" على وحدة الطاقة (joule (J. فمثلاً ، إذا تحرك جسم كتلته 2kg بسرعة m/s فإن طاقته الحركية 1 1 أو kg.m²/s² تذكر أن النظام هو الجسم موضع الدراسة، والمحيط الخارجي هو كل شيء ما عدا الجسم. فمثلاً قد يكون أحد الأنظمة صندوقا في مستودع، ويمكن أن يتكون المحيط الخارجي منك أنت وكتلة الأرض وكل ما هو خارج الصندوق. ويمكن أن تنتقل الطاقة بين المحيط الخارجي والنظام خلال عملية إنجاز الشغل. ويمكن أن تنتقل الطاقة في كلا الاتجاهين. فإذا بذل المحيط الخارجي شغلاً على النظام فإن الشغل W يكون موجبًا، وتزداد طاقة النظام. أما إذا بذل النظام شغلاً على المحيط الشكل 2-4 إذا كان كوكب يدور في الخارجي فإن الشغل W يكون سالبا، وتتناقص طاقة النظام. أي أن الشغل هو انتقال مدار دائري، فإن القوة التي يتأثر بـهـا تكون متعامدة مع اتجاه حركته؛ ولذا الطاقة بطرائق ميكانيكية. وليس لإشارة الشغل دلالة اتجاهية؛ فالشغل كمية قياسية، ونستدل من الإشارة على كسب أو فقد النظام للطاقة. فإن قوة الجذب لا تبذل شغلاً على الكوكب. --- SECTION: Calculating Work حساب الشغل --- Calculating Work حساب الشغل إن المعادلة الأولى التي استخدمت لحساب الشغل هي W =Fd ، وتستخدم هذه المعادلة عندما تؤثر قوى ثابتة في اتجاه حركة الجسم فقط. والآن، ماذا يحدث عندما تؤثر القوة في اتجاه متعامد مع اتجاه الحركة؟ للإجابة عن هذا السؤال سندرس حركة كوكب ما حول الشمس، انظر الشكل 2-4. فإذا كان المدار دائريا فإن القوة تكون دائما متعامدة مع اتجاه الحركة. وقد درست سابقًا أن القوة العمودية على اتجاه حركة جسم ما لا تغير مقدار سرعته، وإنما تغير اتجاه حركته؛ لذا فإن مقدار سرعة الكوكب لا يتغير ، أي أن طاقته الحركية ثابتة أيضًا. --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: إذا كان كوكب يدور في مدار دائري Description: Diagram of a planet orbiting a star. The planet is labeled 'كوكب' and the star is labeled 'الشمس'. An arrow labeled 'F' points from the planet towards the star, indicating the force of gravity. Another arrow labeled 'v' is tangent to the planet's orbit, indicating the planet's velocity. Table Structure: Headers: N/A Context: Illustrates that when a planet orbits a star in a circular path, the force of gravity is always perpendicular to the planet's direction of motion.