المحتوى

• خطوات
• طريقة 1 من 5: حساب العمل (J)
• طريقة 2 من 5: حساب الطاقة (J) من قوة معينة (W)
• طريقة 3 من 5: حساب الطاقة الحركية (J)
• طريقة 4 من 5: حساب مقدار الحرارة (ي)
• طريقة 5 من 5: حساب الطاقة الكهربائية (J)
• نصائح
• تحذيرات
• ماذا تحتاج

الجول (J) هو أحد أهم الوحدات في النظام الدولي للوحدات (SI). الجول يقيس الشغل والطاقة والحرارة. لتمثيل النتيجة النهائية في الجول ، استخدم وحدات SI.إذا تم توفير وحدات قياس أخرى في المهمة ، فقم بتحويلها إلى وحدات قياس من النظام الدولي للوحدات.

خطوات

طريقة 1 من 5: حساب العمل (J)

1. 1 مفهوم العمل في الفيزياء. إذا قمت بتحريك الصندوق ، فإنك تنجز المهمة. إذا رفعت الصندوق ، فهذا يعني أنك قد أنجزت المهمة. لإنجاز العمل ، يجب استيفاء شرطين:
   • أنت تستخدم القوة المستمرة.
   • تحت تأثير القوة المطبقة ، يتحرك الجسم في اتجاه تأثير القوة.
2. 2 احسب الشغل. للقيام بذلك ، اضرب القوة والمسافة (التي تحرك بها الجسم). في النظام الدولي للوحدات ، تُقاس القوة بالنيوتن والمسافة بالأمتار. إذا استخدمت هذه الوحدات ، فسيتم قياس العمل الناتج بالجول.
   • عند حل المشكلات ، حدد اتجاه القوة المطبقة. عند رفع الصندوق ، يتم توجيه القوة من أسفل إلى أعلى ، ولكن إذا أخذت الصندوق في يديك وسرت مسافة معينة ، فلن تقوم بالعمل - فأنت تستخدم القوة حتى لا يسقط الصندوق ، ولكن هذه القوة لا تحرك الصندوق.
3. 3 ابحث عن وزن جسمك. هناك حاجة لحساب القوة التي يجب تطبيقها لتحريك الجسم. ضع في اعتبارك مثالًا: احسب العمل الذي قام به رياضي عند رفع (من الأرض إلى الصدر) قضيب وزنه 10 كجم.
   • إذا كانت المشكلة تحتوي على وحدات قياس غير قياسية ، فقم بتحويلها إلى وحدات SI.
4. 4 احسب القوة. القوة = تسارع الكتلة ×. في مثالنا ، نأخذ في الاعتبار عجلة الجاذبية ، والتي تساوي 9.8 م / ث. القوة التي يجب تطبيقها لتحريك العمود لأعلى هي 10 (كجم) × 9.8 (م / ث) = 98 كجم ∙ م / ث = 98 نيوتن.
   • إذا تحرك الجسم في مستوى أفقي ، فتجاهل عجلة الجاذبية. ربما تتطلب المهمة حساب القوة المطلوبة للتغلب على الاحتكاك. إذا أعطيت التسارع في المسألة ، فاضربها ببساطة في كتلة الجسم المحددة.
5. 5 قياس المسافة المقطوعة. في مثالنا ، لنفترض أن الشريط قد تم رفعه إلى ارتفاع 1.5 متر (إذا تم تقديم وحدات قياس غير قياسية في المشكلة ، فقم بتحويلها إلى وحدات SI.)
6. 6 اضرب القوة في المسافة. من أجل رفع قضيب وزنه 10 كجم إلى ارتفاع 1.5 متر ، سيقوم الرياضي بعمل يعادل 98 × 1.5 = 147 ج.
7. 7 احسب الشغل عندما تكون القوة موجهة بزاوية. كان المثال السابق بسيطًا جدًا: تتوافق اتجاهات القوة وحركة الجسم. لكن في بعض الحالات ، يتم توجيه القوة بزاوية لاتجاه الحركة. تأمل في مثال: احسب الشغل الذي قام به طفل يسحب زلاجة 25 مترًا بحبل يبعد 30 درجة عن الأفقي. في هذه الحالة ، العمل = القوة x جيب التمام (θ) x المسافة. الزاوية θ هي الزاوية بين اتجاه القوة واتجاه الحركة.
8. 8 أوجد القوة الكلية المؤثرة. في مثالنا ، لنفترض أن الطفل استخدم قوة تساوي 10 N.
   • إذا كانت المشكلة تشير إلى أن القوة موجهة لأعلى ، أو إلى اليمين / اليسار ، أو أن اتجاهها يتزامن مع اتجاه حركة الجسم ، فعند حساب الشغل ، اضرب القوة والمسافة.
9. 9 احسب القوة المقابلة. في مثالنا ، جزء صغير فقط من القوة الكلية يدفع المزلجة للأمام. نظرًا لأن الحبل موجه لأعلى (بزاوية مع الاتجاه الأفقي) ، فإن جزءًا آخر من القوة الكلية يحاول رفع المزلقة. لذلك ، احسب القوة التي يتزامن اتجاهها مع اتجاه الحركة.
   • في مثالنا ، الزاوية θ (بين الأرض والحبل) تساوي 30º.
   • cosθ = cos30º = (3) / 2 = 0.866. أوجد هذه القيمة باستخدام الآلة الحاسبة ؛ اضبط وحدة الزاوية في الآلة الحاسبة على درجات.
   • اضرب القوة الكلية في cosθ. في مثالنا: 10 × 0.866 = 8.66 نيوتن - هذه قوة يتزامن اتجاهها مع اتجاه الحركة.
10. 10 اضرب القوة المقابلة في المسافة لحساب الشغل. في مثالنا: 8.66 (ارتفاع) × 20 (م) = 173.2 ج.

طريقة 2 من 5: حساب الطاقة (J) من قوة معينة (W)

1. 1 القوة والطاقة. تُقاس الطاقة بالواط (W) وتصف معدل التغيير أو التحويل أو النقل أو استهلاك الطاقة ، والتي تُقاس بالجول (J).لحساب الطاقة (J) لقوة معينة (W) ، تحتاج إلى معرفة طول الوقت.
2. 2 لحساب الطاقة (J) ، اضرب الطاقة (W) بالوقت (الأوقات). يستهلك الجهاز بقوة 1 وات 1 J من الطاقة لكل ثانية واحدة. على سبيل المثال ، لنحسب الطاقة التي يستهلكها مصباح 60 واط لمدة 120 ثانية: 60 (عرض) × 120 (ثانية) = 7200 جول
   • هذه الصيغة صحيحة لأي قوة تقاس بالواط ، ولكنها تستخدم بشكل شائع في المهام التي تتضمن الكهرباء.

طريقة 3 من 5: حساب الطاقة الحركية (J)

1. 1 الطاقة الحركية هي الطاقة للحركة. يمكن التعبير عنها بالجول (J).
   • تعادل الطاقة الحركية الشغل المبذول لتسريع جسم ثابت إلى سرعة معينة. بعد الوصول إلى سرعة معينة ، تظل الطاقة الحركية للجسم ثابتة حتى يتم تحويلها إلى حرارة (من الاحتكاك) ، أو طاقة محتملة للجاذبية (عند التحرك عكس الجاذبية) ، أو أنواع أخرى من الطاقة.
2. 2 ابحث عن وزن جسمك. على سبيل المثال ، احسب الطاقة الحركية لدراجة وراكب دراجة. يزن راكب الدراجة 50 كجم وتزن الدراجة 20 كجم ، مما يعني أن الوزن الإجمالي للجسم 70 كجم (ضع في اعتبارك أن الدراجة وراكب الدراجة كجسم واحد ، لأنهما سيتحركان في نفس الاتجاه وبنفس السرعة).
3. 3 احسب السرعة. إذا تم إعطاء السرعة في المشكلة ، فانتقل إلى الخطوة التالية ؛ خلاف ذلك ، احسبها باستخدام إحدى الطرق أدناه. لاحظ أن اتجاه السرعة لا يكاد يذكر هنا ؛ علاوة على ذلك ، افترض أن الدراج يسير في خط مستقيم.
   • إذا كان راكب الدراجة يركب بسرعة ثابتة (بدون تسارع) ، فقم بقياس المسافة المقطوعة (م) وقسمها على الوقت (الأوقات) التي يستغرقها لتغطية هذه المسافة. سيعطيك هذا متوسط ​​السرعة.
   • إذا كان الدراج يتسارع ، ولم تتغير قيمة التسارع واتجاه الحركة ، فإن السرعة في وقت معين t تُحسب بالصيغة: التسارع x t + السرعة الابتدائية. يقاس الوقت بالثواني ، والسرعة بوحدة م / ث ، والتسارع بوحدة م / ث.
4. 4 أدخل القيم في الصيغة. الطاقة الحركية = (1/2) mv ، حيث m كتلة ، v هي السرعة. على سبيل المثال ، إذا كانت سرعة الدراج 15 م / ث ، فإن طاقته الحركية K = (1/2) (70 كجم) (15 م / ث) = (1/2) (70 كجم) (15 م / ث) ق) (15 م / ث) = 7875 كجم ∙ م / ث = 7875 نيوتن ∙ م = 7875 ج
   • صيغة حساب الطاقة الحركية مشتقة من تعريف الشغل (W = FΔs) والمعادلة الحركية (v = v₀ + 2aΔs ، حيث هي المسافة المقطوعة).

طريقة 4 من 5: حساب مقدار الحرارة (ي)

1. 1 أوجد كتلة الجسم الساخن. للقيام بذلك ، استخدم ميزانًا أو مقياس نابض. إذا كان الجسم سائلاً ، فقم أولاً بوزن الحاوية الفارغة (التي ستصب السائل فيها) لإيجاد كتلتها. بعد وزن السائل ، اطرح كتلة الحاوية الفارغة من هذه القيمة لإيجاد كتلة السائل. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك أن الماء يزن 500 جرام.
   • لكي يتم قياس النتيجة بالجول ، يجب قياس الكتلة بالجرام.
2. 2 أوجد الحرارة النوعية للجسم. يمكن العثور عليها في كتاب الكيمياء أو الفيزياء أو على الإنترنت. السعة الحرارية النوعية للماء هي 4.19 J / g.
   • تختلف الحرارة النوعية قليلاً مع درجة الحرارة والضغط. على سبيل المثال ، في بعض المصادر ، تبلغ السعة الحرارية النوعية للماء 4.18 جول / جم (حيث تختار المصادر المختلفة قيمًا مختلفة "لدرجة الحرارة المرجعية").
   • يمكن قياس درجة الحرارة بالدرجات كلفن أو مئوية (لأن الفرق بين درجتي الحرارة سيكون هو نفسه) ، ولكن ليس بالدرجات فهرنهايت.
3. 3 ابحث عن درجة حرارة بداية جسمك. إذا كان الجسم سائلاً ، استخدم مقياس حرارة.
4. 4 قم بتسخين الجسم وإيجاد درجة حرارته النهائية. بهذه الطريقة يمكنك معرفة كمية الحرارة المنقولة إلى الجسم عند تسخينه.
   • إذا أردت إيجاد إجمالي الطاقة المحولة إلى حرارة ، ضع في اعتبارك أن درجة حرارة الجسم الأولية تساوي صفرًا مطلقًا (0 كلفن أو -273.15 درجة مئوية). هذا عادة لا ينطبق.
5. 5 اطرح درجة حرارة البداية من درجة حرارة النهاية لإيجاد التغير في درجة حرارة الجسم. على سبيل المثال ، يتم تسخين الماء من 15 درجة مئوية إلى 35 درجة مئوية ، أي أن التغير في درجة حرارة الماء هو 20 درجة مئوية.
6. 6 اضرب وزن الجسم والحرارة النوعية والتغير في درجة حرارة الجسم. الصيغة: H = mcΔT ، حيث ΔT هي التغير في درجة الحرارة. في مثالنا: 500 × 4.19 × 20 = 41.900 جول
   • تقاس الحرارة أحيانًا بالسعرات الحرارية أو السعرات الحرارية. السعرات الحرارية هي كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة 1 جرام من الماء بمقدار 1 درجة مئوية ؛ السعرات الحرارية هي كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة 1 كجم من الماء بمقدار 1 درجة مئوية. في المثال أعلاه ، يتطلب الأمر 10000 سعر حراري أو 10 كيلو كالوري لرفع درجة حرارة 500 جرام من الماء بمقدار 20 درجة مئوية.

طريقة 5 من 5: حساب الطاقة الكهربائية (J)

1. 1 يصف هذا طريقة لحساب تدفق الطاقة في دائرة كهربائية. يتم إعطاء مثال عملي على أساسه يمكن للمرء حل المشكلات الجسدية. لنبدأ بحساب القوة وفقًا للصيغة P = I x R ، حيث I هي القوة الحالية (A) ، R هي المقاومة (أوم). ستجد القوة (W) التي يمكنك بواسطتها حساب الطاقة (J) (انظر الفصل الثاني).
2. 2 خذ المقاوم. يشار إلى قيمة المقاومة (أوم) للمقاوم برقم أو علامة مرمزة بالألوان. يمكنك أيضًا تحديد مقاومة المقاوم من خلال توصيله بمقياس أوم أو مقياس متعدد. على سبيل المثال ، لنأخذ المقاوم 10 أوم.
3. 3 قم بتوصيل المقاوم بالمصدر الحالي. للقيام بذلك ، استخدم مقاطع تمساح أو حامل تجريبي به دائرة كهربائية.
4. 4 قم بتمرير تيار عبر الدائرة لفترة زمنية معينة. على سبيل المثال ، افعل هذا لمدة 10 ثوانٍ.
5. 5 حدد قوة التيار. للقيام بذلك ، استخدم مقياس التيار الكهربائي أو جهاز القياس المتعدد. على سبيل المثال ، التيار 100 مللي أمبير = 0.1 أ.
6. 6 احسب القوة (W) باستخدام الصيغة P = I x R. في مثالنا: P = 0.1 x 10 = 0.01 x 10 = 0.1 W = 100 mW
7. 7 اضرب القوة والوقت لإيجاد الطاقة (J). في مثالنا: 0.1 (عرض) × 10 (ث) = 1 ج.
   • نظرًا لأن 1 جول قيمة صغيرة ، ويتم تحديد طاقة الأجهزة الكهربائية بالواط والملي واط والكيلوواط ، في قطاع الإسكان والمجمعات ، يتم قياس الطاقة عادةً بالكيلوواط / ساعة. إذا كان 1 W = 1 J / s ، إذن 1 J = 1 W ∙ s ؛ إذا كان 1 kW = 1 kJ / s ، فإن 1 kJ = 1 kW ∙ s. بما أن 1 ساعة = 3600 ثانية ، إذن 1 كيلوواط ∙ ساعة = 3600 كيلو واط ∙ ث = 3600 كيلو جول = 3600000 ج.

نصائح

• في النظام الدولي للوحدات ، تُقاس الطاقة والعمل أيضًا بوحدات الإرج. 1 erg = 1 داين (وحدة قياس القوة) × 1 سم .1 J = 10،000،000 erg.

تحذيرات

• الجول والنيوتن متر هما وحدتا قياس للعمل. يقيس الجول الطاقة والشغل المبذول عندما يتحرك الجسم في خط مستقيم. إذا استدار الجسم ، فإن وحدة القياس هي نيوتن متر.

ماذا تحتاج

العمل والطاقة الحركية:

• ساعة توقيت أو مؤقت
• مقاييس
• آلة حاسبة جيب التمام

الطاقة الكهربائية:

• المقاوم
• الأسلاك أو الحامل التجريبي
• متعدد (أو الأومتر ومقياس الأميتر)
• مقاطع التمساح

كمية الحرارة:

• جسم ساخن
• مصدر الحرارة (مثل الموقد)
• ميزان الحرارة
• كتيب لتحديد الحرارة النوعية لجسم ساخن