סיכומים משיעורי פיזיקה

#5- עילוי, עבודה ואנרגיה

דמיינו סיר עם מים, שלא זז. עכשיו דמיינו 'שקית' בתוך הסיר. השקית לא זזה.(כןכן, המים זזים ברמה המולקולרית, אבל זה לא העיסוק שלנו ברגע זה.)

יש כוח mg המושך את המים כלפי מטה, אבל למה היא לא זזה? כוח העילוי! יש fע המבטלת את mg.(ע זה בדביל עילוי, זה לא שגיאת כתיב)

כוח העילוי לא ממש משתנה. אם נשים אבן אז הוא ישקע. כי כוח העילוי יישאר אותו הדבר, אבל כוח הגרוויטציה ימשך אותו כלפי מטה.

וזה קשור לצפיפות. צפיפית מסומנת באות ρ, והיחידות הן kg/m³. הצפיפות של מים היא (בערך) 1000kg/m³.
ותזכרו שm=ρv.
הרי זה הגיוני, יחידות v הן m³ ויחידות ρ הן kg/m³, אז כשמכפילים ביניהם הm³ מתבטל ונשאר kg, היחידה של מסה.

כמו שאתם יודעים, כוח הכבידה שהגוף עובר היא mg. ומה היא כוח העילוי? גם mg. אבל מה הm פה? הm פה היא הρv של המים, או הנוזל הנמצא בה. תניחו שיש במקום האבן הזה יש מים, ותחשבו את המסה שלה. המסה הזאת היא הm בmg שנמצא בכוח העילוי. אפשר גם להשתמש בfע=ρvg

נקח פה נוזל בתוך כלי מסוים, שהצפיפות שלו היא 400kg/m³. זה מדבר על הנוזל.
יש כאן קוביה מעץ, עם צפיפות שונה. נניח שנקח עץ אלון(כן, המורה ניסה להכניס את עצמו. הוא עכשיו תיבה) עם צפיפות 30kg/m³, שהצלעות שלה היא 2m, והקוביה צפה. ולא כל הקוביה צפה. רק חלקו מחוץ למים ורק חלק בתוך המים. עכשיו ננסה למצוא כמה ממנו שקועה במים.
הקוביה הזאת במהירות 0, שזה אכן מהירות קבועה. שזה אומר שהתאוצה 0. שזה אומר שהכוח הכולל עליו הוא 0.
מופעל עליו כוח גרוויטציה. ובגלל שהכוח הכולל הוא 0, צריך כוח עילוי שיאפס את זה. וכשכוח הגרוויטציה היא mg בלי קשר למה במים ומה לא, הv של הקוביה היא 8(2•2•2) והρ של הקוביה היא 30, m=240, וכך mg=240g. ובגלל שבmg ובρvg יש g, אפשר לבטל את הg מ2 הצדדים ואז נשאר 240=ρv. אנחנו יודעים שהρ היא 400, אז נשאר לנו לחשב את v, שהיא 240÷400=0.6. אז הv שנמצאת בתוך המים היא 0.6.
אבל לא עצרנו. אנחנו רוצים לחשב את הצלע, לא את הנפח. בגלל שנפח=צלע×צלע×צלע, נצטרך לחלק אותו בצלע², שהיא 4, ולכן גודל הצלע היא 0.15.

עכשיו נעבור לעבודה, ונתעסק בעבודה עם כוח קבוע.
העבודה מדברת על כמה הכוח משפיע לאורך דרך.
והוא שווה לגודל הכוח כפול הדרך כפול קוסינוס הזווית שבין כוח לדרך. אם הכוח והדרך באותו הכיוון, אז הזווית היא 0 והקוסינוס של הזווית היא 1.
נגיד שמסתכלים על כוח הנורמל על ציר הy, והדרך בכיוון ציר הx, והצירים מאונכים, אין פה עבודה! כי קוסינוס של 90° היא 0 ומה שלא תכפיל אותו הוא יהיה 0.
וגודל העבודה היא ג'ול, J.
תזכרו שהכל פה הם סקלרים. משתמשים בגודל בכוח, גודל הדרך, וקוסינוס של זווית שהיא מספר, וביחד הכל יוצא מספר.

רוצים לחבר בין עבודות?(עם מי אתם עושים עבודה משותפת? תיזהרו שלא יתנו לכם לעשות את כל העבודה!)
אז דרך אחת היא לחבר את העבודות של כל הכוחות- כולם מספרים אז פשוט לחבר ביניהם ועדיין יהיה לכם מספר.
ועוד דרך היא לחבר את כל הכוחות ולחשב את העבודה. גם עובד.

תזכורת נחמדה: אם כוח קבוע גם התאוצה קבועה

אנרגיה היא לא וקטור. היא מספר. אנרגיה קינטית מסתכלת על מה קורה בתנועה. בעיניי הטבע אין אנרגיה קינטית, אבל אנחנו- בני האדם, משתמשים בזה בשביל מדידות, חישובים, וכו'
איך מחשבים אנרגיה קינטית?
Eₖ=½mv².
יש לך את המסה ואת המהירות של הגוף? יופי, עכשיו תוכל להכניס את המספרים האלה למשוואה.

בואו נכניס עוד מספרים לעניין.
הכירו: אנרגיה פוטנציאלית.
אנרגיה זה מספר. והפוטנציאל פה מתארת משהו בתיאור הגאומטרי.
האנרגיה הפוטנציאלית של הכבידה מסומנת בUg, והיא mgy.
תעשו לעצמכם ולאחרים טובה ובפעם הבא שאתם רוצים לשכנע מישהו לא להתאבד אל תגידו לו שיש לו פוטנציאל. בסדר?
יש גם אנרגיה פוטנציאלית של קפיץ. Us=½kΔx²
הk פה היא קבוע הקפיץ.

אם אין חיכוך והכוחות היחידים שעושים את העבודה הם הגרוויטציה וקפיץ(כוח הנורמל לא עושה עבודה) אז
Et=½mv²+mgy+½kΔx²
והוא קבוע!
לוקחים טוש, זרקת אותו למעלה. לא תצפה פה שיש משהו קבוע, נכון? סכום האנרגיה היא קבועה!