حل مسائل الشغل والطاقة والزخم – فيزياء الخامس العلمي

 

في هذه المحاضرة، نلخّص ونرتب مسائل وأسئلة الفصل الخامس من كتاب الفيزياء للصف الخامس العلمي، مع شرح مفصل للقوانين المستخدمة في كل مسألة، وتوضيح خطوات الحل بطريقة مبسطة ومناسبة للطلاب، ومتوافقة مع متطلبات النشر في المواقع ومحركات البحث.

أولاً: ملخص القوانين المستخدمة في الفصل الخامس

  1. قانون الشغل: W=F⋅x⋅cos⁡(θ)W = F \cdot x \cdot \cos(\theta)
  2. قوانين القدرة (Power):
    • P=WtP = \frac{W}{t}
    • P=F⋅x⋅cos⁡(θ)tP = \frac{F \cdot x \cdot \cos(\theta)}{t}
    • P=F⋅v⋅cos⁡(θ)P = F \cdot v \cdot \cos(\theta)

    لتحويل القدرة من الواط إلى الحصان:

    • من الواط إلى الحصان: Power(HP)=Power(W)746\text{Power(HP)} = \frac{\text{Power(W)}}{746}
    • من الحصان إلى الواط: Power(W)=Power(HP)⋅746\text{Power(W)} = \text{Power(HP)} \cdot 746
  3. الطاقة الحركية:
    • K.E=12mv2K.E = \frac{1}{2} m v^2
    • W=ΔK.EW = \Delta K.E
  4. الطاقة الكامنة التثاقلية:
    • P.E=mghP.E = mgh
  5. الطاقة الكامنة المرونية:
    • P.E=12kx2P.E = \frac{1}{2} k x^2
  6. قانون حفظ الطاقة الميكانيكية:
    • K.E1+P.E1=K.E2+P.E2K.E_1 + P.E_1 = K.E_2 + P.E_2
  7. قانون الزخم الخطي:
    • p=mvp = mv
  8. قانون الاحتكاك:
    • Fk=μkNF_k = \mu_k N, حيث N=mgN = mg

ثانياً: حل مسائل الفصل

المسألة الأولى: متوسط القوة المؤثرة من الرمل

  • المعطيات:
    • الكتلة m=2kgm = 2 \text{kg}
    • الارتفاع h=10mh = 10 \text{m}
    • الإزاحة داخل الرمل x=3cm=0.03mx = 3 \text{cm} = 0.03 \text{m}
  • باستخدام قانون حفظ الطاقة: mgh=12mv2⇒K.E=200Jmgh = \frac{1}{2}mv^2 \Rightarrow K.E = 200 J
  • استخدام قانون الشغل لاستخراج القوة: W=F⋅x⇒F=Wx=2000.03=6666.67NW = F \cdot x \Rightarrow F = \frac{W}{x} = \frac{200}{0.03} = 6666.67 \text{N}
  • القوة الكلية المؤثرة بالرمل: Ftotal=F+W=−6666.67+2⋅10=−6646.67NF_{\text{total}} = F + W = -6666.67 + 2 \cdot 10 = -6646.67 \text{N}

المسألة الثانية: قوة الاحتكاك والشغل المبذول

  • المعطيات:
    • m=1250kg,x=36m,μk=0.7m = 1250 \text{kg}, x = 36 \text{m}, \mu_k = 0.7
  • القوة: Fk=μk⋅mg=0.7⋅1250⋅10=8750NF_k = \mu_k \cdot mg = 0.7 \cdot 1250 \cdot 10 = 8750 \text{N}
  • الشغل: W=Fk⋅x⋅cos⁡(180)=−8750⋅36=−315000JW = F_k \cdot x \cdot \cos(180) = -8750 \cdot 36 = -315000 \text{J}

المسألة الثالثة: صندوق على سطح مائل

  • المعطيات:
    • m=80kg,x=3.5m,θ=37°m = 80 \text{kg}, x = 3.5 \text{m}, \theta = 37^°
  • القوة اللازمة لدفع الصندوق: F=mg⋅sin⁡(θ)=80⋅10⋅0.6=480NF = mg \cdot \sin(\theta) = 80 \cdot 10 \cdot 0.6 = 480 \text{N}
  • الشغل المبذول: W=F⋅x=480⋅3.5=1680JW = F \cdot x = 480 \cdot 3.5 = 1680 \text{J}

المسألة الرابعة: حساب القدرة بالواط

  • المعطيات:
    • F=50N,x=20m,t=5sF = 50 \text{N}, x = 20 \text{m}, t = 5 \text{s}
  • القدرة: P=F⋅xt=50⋅205=200WP = \frac{F \cdot x}{t} = \frac{50 \cdot 20}{5} = 200 \text{W}

المسألة الخامسة: قدرة سحب صندوق بسرعة ثابتة

  • المعطيات:
    • F=20N,v=0.6m/sF = 20 \text{N}, v = 0.6 \text{m/s}
  • القدرة: P=F⋅v=20⋅0.6=12WP = F \cdot v = 20 \cdot 0.6 = 12 \text{W}

المسألة السادسة: قدرة جرار

  • المعطيات:
    • F=12000N,v=2.5m/sF = 12000 \text{N}, v = 2.5 \text{m/s}
  • القدرة بالواط: P=F⋅v=12000⋅2.5=30000WP = F \cdot v = 12000 \cdot 2.5 = 30000 \text{W}
  • القدرة بالحصان: HP=30000746≈40.2HPHP = \frac{30000}{746} \approx 40.2 \text{HP}

المسألة السابعة: إيقاف لاعب كرة قدم

  • المعطيات:
    • m=90kg,vi=6m/s,vf=0,x=1.8mm = 90 \text{kg}, v_i = 6 \text{m/s}, v_f = 0, x = 1.8 \text{m}
  • استخدام الشغل والطاقة: ΔK.E=12mvf2−12mvi2=0−1620=−1620J\Delta K.E = \frac{1}{2}mv_f^2 – \frac{1}{2}mv_i^2 = 0 – 1620 = -1620 \text{J}

    W=F⋅x⇒F=−16201.8=−900NW = F \cdot x \Rightarrow F = \frac{-1620}{1.8} = -900 \text{N}

  • الزمن باستخدام الدفع والزخم: F⋅t=m(vf−vi)=90(0−6)=−540⇒t=−540−900=0.6sF \cdot t = m(v_f – v_i) = 90(0 – 6) = -540 \Rightarrow t = \frac{-540}{-900} = 0.6 \text{s}
المحاضرة السابق
رجوع إلى الدرس
المحاضرة التالي