آونگ

به آونگ زیر توجه كنید چه نوع تبدیل انرژی در این آونگ روی می دهد. آیا سرعت جسم ثابت است؟ در چه لحظاتی سرعت جسم صفر می شود؟ آیا در این لحظات جسم در بالاترین محل قرار دارد یا پایین ترین مكان؟

در آونگ دائما انرژی پتانسیل و جنبشی به یكدیگر تبدیل می شوند و اگر از تلفات انرژی و اصطكاك صرفه نظر كنیم، انرژی مكانیكی جسم ثابت می ماند.

به آونگ زیر توجه کنید. فرض كنید كه این آونگ درنقطه A ،ده ژول انرژی پتانسیل داشته باشد. (مبنای سنجش انرژی پتانسیل پایین ترین محل آونگ در نظر گرفته شده است B )

از آنجا كه در نقطه A جسم متوقف است لذا انرژی جنبشی ندارد، پس در نقطه A انرژی مكانیكی جسم ده ژول می باشد.

وقتی توپ رها می شود انرژی پتانسیل آن كاهش یافته و در نتیجه انرژی جنبشی افزایش می یابد. در پایین ترین نقطهانرژی پتانسیل صفر است و تمام انرژی به صورت جنبشی خواهد بود. لذا در نقطه B انرژی جنبشی جسم ١٠ ژول خواهد بود.

جسم از نقطه B به حركت خود ادامه می دهد لذا انرژی جنبشی آن كاهش یافته و متناظراً انرژی پتانسیل افزایش می یابد. براساس بقای انرژی مكانیكی، جسم مجدداً تا همان ارتفاع اولیه بالا خواهد رفت.

تذكر: قانون بقای انرژی مكانیكی در تمام لحظات حركت آونگ برقرار می باشد. به عنوان مثال اگر جسم در نقطه ای قرار گیرد كه انرژی پتانسیل آن ٦ ژول است می توان به سادگی نتیجه گرفت که انرژی جنبشی جسم در آن نقطه ٤ ژول می باشد.

به مدل سازی زیر توجه كنید. در این مدل سازی شما می توانید طول، جرم و زاویه نوسان آونگ را تعیین كنید و نحوهنوسان آونگ را از دیدگاه های مختلف (مثل سرعت، شتاب، نیرو و انرژی مورد) بررسی قرار دهید. البته در حال حاضر فقط نوسان آونگ را از دیدگاه انرژی مورد بررسی قرار می دهیم.

زاویه (Amplitude) رها شدن آونگ را یكبار ٢ درجه و بار دیگر ٢٠ درجه قرار دهید و با تقه زدن بر روی Start ، آونگ را به حركت در آورید.

جهت مشاهده مدل سازی اینجا را کلیک کید و فایل index را بازکنید.

در هر بار آزمایش بر روی energy تقه بزنید و به نحوه تبدیل انرژی و نمودار تغییر انرژی پتانسیل و جنبشی توجه كنید.

در حالتی كه  آونگ از زاویه ٢ درجه شروع به حرکت می کند، حداكثر انرژی پتانسیل چقدر است؟

در حالتی كه آونگ از زاویه ٢٠ درجه شروع به حرکت می کند، حداكثر انرژی پتانسیل چقدر است؟

گروه مدرسه اینترنتی سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: سمیرا بادامستانی