שאלות הערכה

صفحة: 63

המרת אנרגיית תנועה וחוק שימור האנרגיה מה המשותף לכל ההתרחשויות האלה : ספורטאי המתחרה בקפיצה במוט , כדורגלן הבועט בכדורגל ומעיפו למרום , ספורטאית הקופצת לים מצ וּ ק וצוללת למעמקי המים , ורוח נושבת המניעה מפרשית ? במקרים אלה , ובמקרים רבים אחרים , באה לידי ביטוי אנרגיית תנועה , ואפשר לתארם באמצעות המרות אנרגיה - מאנרגיית תנועה לסוגי אנרגיה אחרים או להיפך . בכל המקרים האלה מתקיים חוק שימור האנרגיה , כלומר בכל מקרה סך האנרגיה של הגופים ( במערכת ) לפני ההמרה שווה לסך האנרגיה של הגופים אחרי ההמרה . שילוב של חוק שימור האנרגיה עם הנוסחה לחישוב אנרגיית התנועה , מאפשר לחשב את מהירותם של הגופים הנמצאים בתנועה . כדי להמחיש זאת נדון בדוגמה שלפניכם : ספורטאי המתחרה בקפיצה במוט משתדל לקפוץ מעל לרף בלי להפילו . הוא מתחיל לרוץ , מגביר את מהירותו , וברגע המתאים תוקע את בסיס המוט באדמה , דוחף את עצמו כלפי מעלה בעזרת המוט , ונע באוויר עד שהוא מגיע לגובה המתאים המאפשר לו לעזוב את המוט " ) רגע הניתור ( " ולעבור מעל הרף בלי להפילו . לאחר שהספורטאי עובר מעל הרף הוא נופל על מזרן הנמצא מתחת לרף . מרגע הניתור אנרגיית התנועה של הספורטאי מומרת לאנרגיית גובה שלו , או להיפך ( כמובן בהזנחת החיכוך עם האוויר . ( בהתאם לחוק שימור האנרגיה , השינוי באנרגיית התנועה של הספורטאי שווה לשינוי באנרגיית הגובה שלו . שילוב של חוק שימור האנרגיה עם הנוסחה של אנרגיית התנועה יאפשר לכם לחשב את מהירות הספורטאי בנקודות שונות במהלך תנועתו . כדאי לדון עם התלמידים במצב שבו החיכוך עם האוויר אינו זניח . יש להבהיר שגם במקרה זה חוק שימור האנרגיה מתקיים , אך האנרגיה המכנית ( הסכום של אנרגיית הגובה ואנרגיית התנועה ) הולכת וקטנה כי היא מומרת לחום . שאלה ספורטאי המתחרה בקפיצה במוט קופץ בהצלחה מעל רף שהונח בגובה של 5 מטרים מעל לרצפה ( משטח הייחוס . ( מסת גופו של הספורטאי היא ק"ג 60 . ברגע הניתור ( כאשר הספורטאי עוזב את המוט ) גובהו מעל לפני הקרקע הוא 3 מטרים . התעלמו מהחיכוך עם האוויר . . 1 חשבו את השינוי באנרגיית הגובה ואת השינוי באנרגיית התנועה של הספורטאי כאשר הוא עולה מנקודת הניתור אל הגובה המרבי מעל לרף . . 2 מהי אנרגיית התנועה של הספורטאי בנקודת הגובה המרבי ? הסבירו . . 3 מהי אנרגיית התנועה של הספורטאי בנקודת הניתור ? . 4 חשבו את מהירות הספורטאי ברגע הניתור . . 5 מהי האנרגיה הכוללת של הספורטאי בנקודת הגובה המרבי ? . 6 מהי האנרגיה הכוללת ואנרגיית התנועה של הספורטאי כשהוא סמוך לפני הקרקע ? . 7 באיזו מהירות פוגע הספורטאי בקרקע בסיום הקפיצה ? הסבירו מדוע . . 8 תארו באמצעות גרפים מסוג עוגה את הכמות של כל אחד מסוגי האנרגיה שיש לספורטאי בנקודת הניתור למעלה , בגובה המרבי , ועל סף הפגיעה בקרקע . שאלה : 1 השינוי בגובה הוא : 2 מטרים 3 ) מטרים 5 - מטרים . ( h = השינוי באנרגיית הגובה : ג' 1 , 200 ול . E = W h = h 2 ) מטרים 600 × ניוטון . ( השינוי באנרגיית התנועה שווה לשינוי באנרגיית הגובה ( לפי חוק שימור האנרגיה . ( שאלה : 2 בגובה המרבי אנרגיית התנועה שווה לאפס כי המהירות היא אפס באופן רגעי . שאלה : 3 בהתאם לסעיפים , ו–2 1 אנרגיית התנועה בנקודת הניתור ג' 1 , 200 - ול . שאלה : 4 מסתו של הספורטאי ק"ג 60 . לכן אנרגיית התנועה בנקודת הניתור היא ג' 1 , 200 ול . מציבים ערכים אלה בנוסחה של אנרגיית התנועה ( E = 1 / 2 . m . v 2 ) ומחשבים באמצעותה את מהירות הספורטאי , שהיא 6 . 32 מטר / שנייה . v = שאלה : 5 האנרגיה הכוללת בגובה המרבי היא אנרגיית גובה בלבד ( מעל משטח הייחוס , הקרקע ) והיא שווה ג' 3 , ל–000 ול 600 ) ניוטון 5 × מטרים . ( שאלה : 6 האנרגיה הכוללת סמוך לפני הקרקע היא גם כן ג' 3 , 000 ול ( חוק שימור האנרגיה . ( האנרגיה הכוללת שווה לאנרגיית תנועה ( אין אנרגיית גובה במשטח הייחוס . ( שאלה . 3 , 000 = 1 / 2 × ק"ג 60 × v : 7 מכאן : ( מטר / שנייה ) . v = 100 ולכן המהירות היא 10 מטר / שנייה . שאלה : 8 בנקודת הניתור - שני שלישים אנרגיית גובה ושליש אנרגיית תנועה ; בגובה המרבי - אנרגיית גובה בלבד ; על סף הפגיעה בקרקע - אנרגיית תנועה בלבד . השינוי באנרגיית התנועה של הספורטאי שווה לשינוי באנרגיית הגובה שלו

السابق  |  التالي