آموزش فیزیک1(فصل1)

قسمت سوم : انرژی درونی

این بخش را مطابق کتاب پیش ببرید. فقط از مثال های خوب آن غافل نشوید!

قسمت چهارم : قانون پایستگی انرژی

داستان کتاب برای پول احمد، داستان مناسبی برای گفتن مفهوم بقای انرژی است، فقط باید آن را کمی کامل تر کنید. در این داستان، جابجایی و انتقال انرژی به خوبی بیان شده است، اما مساله تبدیل انرژی از صورتی به صورت دیگر در آن دیده نمی شود. داستان را به صورت زیر ادامه دهید:

احمد می خواهد به چند کشور همسایه سفر کند. اما پول ایران را نمی تواند در هیچ کدام از این کشورها خرج کند. (چون واحد پول آن ها با واحد پول ایران فرق دارد.) به همین دلیل به یک صرافی می رود و پول ایرانی خود را با پول کشور های همسایه تعویض می کند. اما باز ارزش پول های جدید او معادل ارزش پول های ایرانی اوست.

( یعنی اگر در ابتدا می توانست با همه پول ایرانی خود یک شمش طلا و 5 بشکه نفت بخرد، هنوز هم با دادن همه پول های جدید خود همان مقدار طلا و نفت بخرد).

(البته اگر به کار خرید و فروش ارز وارد باشید، می دانید که صراف مقداری از پول شما را به عنوان دستمزد می گیرد. یعنی در واقع پول جدید شما کمی کمتر از پول اولیه است. این اتفاق در تبدیل انرژی از صورتی به صورت دیگر هم رخ می دهد، زیرا همیشه مقداری از انرژی به صورت گرما تلف می شود. یا به قولی می دانیم که هیچ ماشینی بازده 100% ندارد.)

حال برای اینکه کلاس را به هیجان درآورید و نیز مطمئن شوید دانش آموزان بقای انرژی را فهمیده اند، پوستر زیر را به آنها نشان دهید.

به آنها 10 دقیقه وقت دهید تا نحوه کار کردن ماشین را دنبال کنند، یا حتی از آنها بخواهید آن را توضیح دهند.

• چگونه ممکن است افتادن روزنامه در سینی باعث انجام این همه کار شود؟

• در واقع انرژی داده شده به ماشین، فقط انرژی روزنامه نیست. بلکه با کمی دقت معلوم می شود که ماشین از قبل کوک شده است. یعنی انرژی بسیاری از قبل در ماشین ذخیره شده است. مثلا گلوله ها از قبل در بلندی قرار گرفته اند، که برای این کار انرژی مصرف شده است. فقط این انرژی در ماشین ذخیره شده است و با افتادن روزنامه در سینی شرایطی پیش می آید که این انرژی آزاد شود.

اگر می خواهید در مورد بقای انرژی کار بیشتری انجام دهید، کمی توضیح تاریخی در مورد "ماشین های کار دایم" موضوع جالبی برای بحث است. برای این کار کتاب سرگرمی های فیزیک، نوشته پرلمان، و نیز کتاب "تاریخ صنایع و اختراعات" تالیف پیر روسو، انتشارات امیرکبیر، منابع مفیدی هستند. در هر دوی این کتاب تصویر بسیاری از ماشین های معروف کار دائم و توضیح مختصری در مورد آنها وجود دارد.

قسمت پنجم : انرژی پتانسیل گرانشی

این قسمت از درس را نیز با مشاهده ای بسیار ساده و پرسش و پاسخ کلاسی ارائه کنید.

خودکار یا گچی را که در دست داریدرها کنید (فقط رها کنید، نه پرتاب).

• خودکار به حرکت درآمد. حرکت خودکار یعنی اینکه .....
انرژی جنبشی دارد.

• وقتی در دست شما بود هم انرژی داشت؟ در دست ما انرژی جنبشی نداشت، چون حرکت نمی کرد.

• شما به آن انرژی دادید؟ نه، ما فقط آن را رها کردیم.

• پس این انرژی را از کجا آورده است؟ این انرژی نمی تواند ناگهان به وجود آمده باشد. پس حتما خودکار در دست ما نیز انرژی داشته است، اما نوع آن جنبشی نبوده است.

• اگر دست شما از ابتدا روی زمین بود و خودکار را رها می کردید، خودکار حرکت می کرد؟ نه.

سیبی که به سر آقای نیوتن خورد هم ابتدا روی شاخه درخت بود. اما سیب های روی زمین هیچ وقت به خودی خود بر سر نیوتن نیفتادند!

در مثال های بالا به نظر می رسد چیزی که باعث افتادن سیب می شود، بالا بودن آن از سطح زمین است.

این نوع انرژی که جسم صرفا به علت ارتفاعش از سطح زمین دارد، انرژی پتانسیل گرانشی نام دارد.

مسایلی که در آن ها بحث نسبی بودن انرژی پتانسیل مطرح شده، فراموشتان نشود.

همچنین مبحث انرژی کشسانی فنر را مانند کتاب پیش ببرید

آموزش فیزیک1(فصل1)

• انرژی جنبشی یعنی چه؟
یعنی اجسام به واسطه حرکت خود انرژی دارند.
پس حتما توپ در حال حرکت هم انرژی دارد؟ بله.

• وقتی در حیاط مدرسه استراحت می کنید و دوستان دیگرتان به بازی بسکتبال، والیبال و پینگ پونگ مشغول هستند،از توپ بسکتبال بیشتر واهمه دارید یا توپ پینگ پونگ؟
• وقتی توپ به سر شما می خورد، چشمان شما سیاهی می رود و حرکت توپ کند می شود. در واقع بخشی از انرژی جنبشی توپ صرف دردآوردن سر شما شده است. حالا بگوئید انرژی جنبشی کدام یک از توپ ها بیشتر بوده ؟
• از توپ بسکتبالی که سریع تر به سمت شما می آید بیشتر وحشت دارید، یا توپ کندتر؟ چرا؟
توپ سریع تر؛ چون توپ سریع تر، محکم تر به سر می خورد!

پس به نظر می رسد هر چه جرم توپ بیشتر باشد، انرژی جنبشی آن بیشتر است.
همچنین هر چه سرعت توپ بیشتر باشد، باز هم انرژی جنبشی آن بیشتر است.

برای عینی تر شدن این بحث می توانید مشاهده زیر را ضمن درس در کلاس انجام دهید:

مشاهده انرژی جنبشی

وسایل لازم: چند تکه یونولیت یا کارتن مثل هم، 2 وزنه یا 2 سنگ با وزن های مختلف (50 تا 100 گرم)

شرح :
یکی از تکه های یونولیت را هدف قرار دهید و وزنه یا سنگ را به آرامی به سوی آن پرتاب کنید. (مواظب سر و چشم دانش آموزان باشید!!!) . یونولیت دیگری را هدف قرار دهید و وزنه را از همان جای قبلی ولی بسیار محکم تر از پیش به سمت آن پرتاب کنید. خرابی یونولیت ها را با هم مقایسه کنید.

• وقتی سنگ را محکم تر پرت می کنید، سرعت آن (تندتر - کندتر ) می شود.
• در این حالت، تخریب یونولیت ( بیشتر- کمتر) از حالت اول است.
• انرژی ای که سنگ در هنگام حرکت خود داشت، در برخورد با یونولیت چه می شود؟ صرف تخریب آن می شود.

پس :

هر چه سرعت جسم بیشتر باشد، انرژی جنبشی آن ( بیشتر-کمتر ) است.

حال سنگ های مختلف را با سرعت های تقریبا یکسان به سمت یونولیت های مختلف پرت کنید و باز آثار تخریب سنگ های مختلف را با هم مقایسه کنید.

• سنگ سنگین تر اثر تخریبی ( کمتر-بیشتر)ی روی یونولیت دارد.

هر چه جرم جسم بیشتر باشد، انرژی جنبشی آن ( کمتر- بیشتر ) است.

با توجه به آنچه در فعالیت بالا دیدیم انرژی جنبشی را به صورت زیر تعریف می کنیم :

 K= 1/2 mv²
در این رابطه اگر جرم را بر حسب کیلوگرم و سرعت را بر حسب متر بر ثانیه فرار دهیم، انرژی بر حسب واحد استاندارد آن یعنی "ژول" بدست می آید.

مسایل زیر می تواند برای مقایسه انرژی های مختلف با یکدیگر و پیدا کردن شهودی از واحد ژول، به دانش آموز کمک کند. همچنان که مهارت او را در حل مسایل ابتدایی انرژی بالا می برد.

1- جرم اتوموبیل پیکان 1100 کیلوگرم است. اگر این ماشین با سرعت 100 کیلومتر بر ساعت در حال حرکت باشد، انرژی جنبشی آن چقدر است؟ (به واحد ها دقت کنید)
این اتوموبیل از گاز طبیعی (CNG ) برای سوخت استفاده می کند.برای به دست آوردن این مقدار انرژی جنبشی چند گرم گاز نیاز دارد؟ ( فرض کنید بازده اتوموبیل 20% باشد)

2- معلم ورزش تان در امتحان دو سرعت از شما می خواهد که مسافت 65 متر را در زمان کمتر از 10 ثانیه طی کنید. انرژی جنبشی شما در طول امتحان چقدر است؟ (وزن خود را بنویسید)

3- پرستوهای مهاجر هنگام کوچ سالیانه خود می توانند با سرعت 150 کیلومتر بر ساعت پرواز کنند. اگر جرم یک پرستو 500 گرم باشد، انرژی جنبشی هر پرستو هنگام پرواز چه قدر است؟

پس از حل این مثال ها توجه دانش آموزان را به اعدادی که بدست آورده اند جلب کنید. از آن ها بخواهید قدرت پرستو را با قدرت خودشان که تنها مدت بسیار کوتاهی می توانند با سرعت مشابه بدوند، مقایسه کنند. این پرستوهای مهاجر حدود 2 ماه در سفرند.